第2章　长输管道施工工艺简介

2.1　长输管道施工工艺流程

长输管道的施工工艺流程，由于管道输送介质的不同、施工方法的不同、施工地形的不同，施工工艺流程存在着一定的差异。如长输管道一般地段的施工采用的是：先进行管道的组装焊接，后进行管沟的开挖。而石方地段、山区地段，由于管沟的爆破和管道整体下沟困难等原因，而采用的是：先开管沟，后组装焊接的工序。还有输送气体介质的管道，需对管道进行干燥处理，而输送液体的管道一般不需对管道进行干燥处理。长输管道施工工艺流程如图2-2-1所示。

2.2　施工准备

施工准备是在工程开工前，为工程施工做的所有工作。施工准备是一项非常重要的工作，一定要认真细致地做各项准备工作。施工准备工作直接影响着工程质量、施工安全和施工进度。

2.2.1　公共关系准备

（1）处理好与地方政府和上级主管部门的关系　调查地方政府和上级主管部门下发的与本工程施工有关法规、文件等，并认真阅读，将重要条款摘录下来严格遵守。

与当地政府和上级主管部门签订与工程施工有关的合同、协议。

积极与当地政府和上级主管部门进行沟通和联系，征求他们的意见和建议，争取他们的理解和支持。

（2）民俗民情调查　调查当地居民的风俗习惯、生活和生产情况，避免产生违背风俗习惯的事情发生。在施工过程中，尽量减轻对居民生活和生产的影响。

（3）对当地的资源进行调查　对劳动力资源和物资资源进行调查，以备工程需要时，可以征用。

（4）办理水、电、路和通信使用证　用水包括生活用水和施工用水，电也包括生活用电和施工用电，道路的通行许可和通信的使用许可，都需要办理相应的手续和准用证。

（5）办理施工许可证　一个施工企业不论到哪里施工，都需到工程所在地办理施工许可证。无施工许可证，绝不允许施工。

（6）办理开工报告　工程开工前必须办理开工报告，并经有关部门批准后方能开工。

2.2.2　人员准备

（1）根据工程情况编制劳动力组织计划。

（2）对所有参加施工的人员进行身体检查。

（3）对施工人员进行培训

①对所有人员进行HSE知识的培训。

②对特种作业人员，进行安全技术的培训，并应取得相应的资格证书。

③对焊工进行技术培训，并应经考试取得与工程焊接相适应的焊工资格证书。

2.2.3　设备及物资准备

（1）根据工程情况编制设备需用计划和物资供应计划。

（2）对设备进行维护、维修和保养。

（3）对计量器具、仪表等进行鉴定。

（4）采购技措用料及开工初期的工程用料。

（5）非标件的加工。

2.2.4　编制施工进度计划及对施工任务进行划分

（1）编制施工进度计划。

（2）设置里程碑事件。

（3）编制详细的施工准备计划。

（4）编制人力组织计划。

（5）编制设备采购及调遣计划。

（6）编制物料供应计划。

（7）对施工任务进行分解。

（8）编制横道图、网络计划。

2.2.5　技术准备

（1）编制施工组织设计。

（2）备齐施工用的各项法律、法规和施工标准。

（3）备齐施工用的各种表格。

（4）进行焊接试验和焊接工艺评定，编制焊接工艺规程。

（5）对焊工进行培训和考试。

（6）对采用的新材料、新设备、新工艺进行试验、检定和人员培训。

（7）组织相关人员认真学习法规和标准，学习设计说明和设计要求，掌握本工程的技术要求和工程特点。

（8）对设计图纸进行会审。

（9）对工程中的重点、难点的施工方案进行讨论研究。

2.2.6　对施工地区的自然状况进行调查

（1）对降雨情况进行调查，由于管道施工是野外作业，所以降雨对工程的施工影响较大。应尽量避免在雨季施工，特别应避免在雨季进行管道的焊接。

（2）对风季进行调查，对一年中影响焊接作业的风季时间进行调查。尽量避免在大风天施工，如果由于工期紧，无法避免在风季施工，则需采取防风措施。

（3）对气温进行调查，高温季节会降低施工人员的劳动生产率，低温季节施工除降低施工人员的劳动生产率外，还会对施工设备和焊接质量等产生不良影响。

（4）对施工地形进行调查，是平原、山地、水网还是沙漠、戈壁，各种不同的地形需采取不同的施工措施。

（5）对交通条件进行调查，主要影响钢管和施工机械的运输，应根据交通条件的具体情况，采取相应的运输措施。

（6）水源调查，主要是管道试压用水水源。对水源水质、储量和距用水点的距离及是否准用等情况进行调查。

2.2.7　营地建设

（1）根据工程量的大小和社会依托等条件，一般设立一个主营地和几个分营地。营地距施工地点的最远距离不应超过50km。

（2）主营地应设在施工管道的中间，社会依托条件好、交通方便、通信条件好、供水供电条件好的位置。

（3）主营地应设立职工宿舍、食堂、卫生间、办公室、会议室、职工文体活动室、医务所、材料库（场）和停车场等。

（4）分营地一般设立职工宿舍、食堂、卫生间和简易办公室即可。分营地的生活用品和生产材料由主营地负责供应。

2.3　测量放线及作业带清理

测量放线是长输管道工程正式施工的第一道工序，它决定着管道的敷设位置是否符合设计要求。为了方便管道工程的施工，必须对作业带进行清理。

2.3.1　接桩

这里所说的“桩”是管道设计单位把管道的走向、管道特征、管道里程、管道所经过的地下障碍物等，用木制、水泥、石制等的标志物将管道经过的实际位置标出，这些标志物就是“桩”。

接桩就是由设计单位把管道的桩的位置、性质交给施工单位。

2.3.2　补桩

补桩的主要工作内容如下。

（1）把设计上原有的桩，由于各种原因而丢失的桩补齐。

（2）增设加密桩，设计给的桩的距离一般比较远，施工单位为了方便管道的施工，在原桩间增加加密桩。

（3）在管道转角处，设计上一般只给一个转角桩，而管道在这里的实际走向是一个圆弧。这里的桩要增补得更密些，以保证管道按正确的走向敷设。

2.3.3　测量放线及设立标志桩

（1）管道的中心线　管道的中心线，即管道轴心所通过的线，这是管道敷设的基准线。在管道的直线段，管道的中心桩就是管道的中心线。而在管道的曲线段，在转角桩处并不是管道的中心线，管道的中心线是在其内侧相距一个外矢矩的位置。曲线段管道中心线的位置，应根据设计的曲率半径确定曲线段的起点、顶点和终点三桩，在三桩的中间加设间距不大于10m的中心桩。

（2）作业带边界线　施工作业带的宽度，应根据敷设管径的大小、管道的埋设深度和施工方法等因素来确定。作业带的边界线分为管沟堆土一侧和组装焊接一侧。堆土一侧的宽度，以能堆放管沟挖出的土的宽度再加1m。其余部分的宽度就是管道组装焊接一侧的宽度。

另外，每隔1～2km应设一个回车场，回车场的占地宽度，以车辆能顺利回车为准。

（3）管沟边线　管沟的边线应根据设计的沟底宽度、沟深和根据不同的地质条件的边坡比，来确定沟顶的宽度。从管道的中心线向两侧各沿半个沟顶宽度，就是管沟的两条边线。管沟边线的直线段要直，曲线段要按曲率半径圆滑过渡。

（4）管道特征标志　管道通过不同的地质条件，通过人口居住区，穿越道路、河流及建筑物等，钢管的材质、壁厚、防腐等级和焊缝检测等级等均可能有所不同。在这些发生变化的位置，要设置标识明确的特征桩。

（5）里程桩和测试桩　按设计要求确定里程桩和测试桩的位置。

（6）地下障碍物标志桩　根据设计图纸和现场勘察到的管道要穿越的原有管道、电缆及其他障碍物等，都应设标志桩，以便施工时采取相应的措施。

2.3.4　移桩

管沟在开挖前，应将管沟开挖范围内的管道中线桩、特征桩、里程桩、标志桩等平移到管沟的一侧，以便核对管道敷设的位置。

2.3.5　施工作业带的清理

（1）施工作业带上附着物的清除　施工作业带上一切影响施工的农作物、树木、杂草和构筑物等均应清除。

（2）施工作业带的平整　施工作业带的平整，是为了方便钢管和施工用料的运输及工程的施工。作业带平整得好，有利于提高管道工程的施工效率和保证工程的施工质量。

2.3.6　施工便道的修筑

施工便道是施工过程中，为运输工程材料、设备及施工人员上下班修筑的临时性道路。

施工便道的修筑原则如下。

（1）尽量利用原有的道路，如果原有道路的宽度不够应对其进行加宽。

（2）施工便道应每1km，加修1个会车道。

（3）施工便道应具有较强的承载能力。

（4）对道路原有的小桥，进行承载能力核算和安全评估。对承载能力不足的应进行加固。

（5）施工便道通过小河、沟渠时，应修筑临时的涵桥或涵管，以满足水的流量为准。

（6）修筑施工便道还应考虑地下的构筑物，不会因车辆的重压而造成破坏。应考虑到地上的构筑物（如动力电缆、通信电缆、架空的管道等）的高度是否影响车辆的通行。

2.4　管道的组装焊接

2.4.1　布管

将钢管以一定的距离放置在作业带上就是布管。

钢管要布成如图2-2-2所示的形式，钢管的首尾间不能直接相连，要错开钢管直径+（200～300mm）的距离。这便于坡口的加工、管内杂物的清理、坡口的清理和修整。

2.4.2　钢管的组装

（1）组装前的清理　钢管组装前应将管内的杂物清理干净。坡口及两侧的油、锈及其他杂物清理干净，坡口及两侧20mm范围内应见金属光泽。

（2）坡口的检查及修整　管口组装前应检查坡口角度、钝边等尺寸，存在缺陷应进行修整。如果采用管道自动焊进行焊接，建议采用坡口机现场加工坡口，尽量做到当天加工的坡口当天焊接，这样可有效地保证坡口的质量。

（3）组装　管道的组装应采用对口器，对口器分为内对口器和外对口器。当管径大于300mm时，应采用内对口器组装管口；当管径不大于300mm或连头的管口应采用外对口器进行组装。

钢管上的制管焊缝必须错开100mm以上。当采用直缝管时，制管焊缝应放置在圆的上半周。

按焊接工艺规程的要求调整组装间隙。当管口存在不可避免的错边时，应尽量将错边均布在整个圆周上。

2.4.3　钢管的焊接

（1）根焊焊道的焊接　管与管、管与管件及管件与管件间的第一层焊道称为根焊焊道。

当采用定位焊缝定位时，定位焊缝的焊接应采用正式焊接所用的焊接设备、焊接材料和焊接工艺。当焊接工艺规程要求预热时，焊前应对管口进行预热，达到预热温度后方可进行定位焊缝的焊接。

当采用内对口器时，应将根焊焊道全部焊完后，方可撤离对口器。当钢管的强度等级高、壁厚大、施焊环境温度低时，应在焊完热焊焊道后，方可撤离对口器。

当采用外对口器时，至少应焊接完成根焊焊道的50％，且焊道均布在圆周上，对口器方能撤离。

（2）热焊焊道的焊接　为防止根焊焊道产生裂纹，根焊焊道完成后，在尽可能短的时间内焊接的根焊后的第一层焊道，就称为热焊焊道。

根焊焊道焊接完成后，应尽快对根焊焊道进行清理。一般采用砂轮机和钢丝刷进行清理，应将熔渣及飞溅清理干净，但不要伤及坡口和钢管的表面。根焊焊道与热焊焊道的间隔时间应控制在10min内。

热焊焊道的焊接应采用大电流、快焊速，在短时间内完成。

（3）填充焊道的焊接　热焊焊道后，盖面焊道前的所有焊道均称为填充焊道。

填充焊道采用窄、薄和快速的焊接原则。下向焊焊道的宽度一般不超过10mm，上向焊焊道的宽度一般不超过15mm。

（4）盖面焊道的焊接　焊缝的最后一层露在表面的焊道称为盖面焊道。

管道下向焊盖面焊道的宽度应控制在15mm范围内，当焊缝宽度超过15mm时应采用多道焊；管道上向焊盖面焊道的宽度应控制在18mm范围内，当焊缝宽度超过18mm时应采用多道焊。

2.4.4　表面的清理及外观检查

（1）表面清理　盖面焊道完成后应对焊缝的表面及焊缝两侧的熔渣、飞溅等进行清理。

（2）焊缝的外观检查　焊缝的外观应符合下列要求：焊缝及两侧应清洁；焊缝的宽度、余高应符合技术要求，焊缝的表面应与母材圆滑过渡；焊缝的表面无裂纹、未熔合、表面气孔、表面夹渣等缺陷；焊缝的咬边深度和长度应符合技术要求。

（3）焊缝表面的修磨　当焊缝表面存在余高超标或焊缝表面不能圆滑过渡的现象，应对焊缝的表面进行修磨。修磨后应使焊缝表面圆滑过渡，并使焊缝的余高达到技术要求。焊缝修磨时应避免伤及管表面。

（4）焊缝表面的修补　经外观检查存在除裂纹和未熔合外的其他焊接缺陷，应将缺陷清除后进行修补。修补后的表面焊道应进行修磨，修磨至与原焊道和管表面圆滑过渡。

2.4.5　焊接接头的无损检测

（1）无损检测方法　长输管道常用的无损检测有两种：一是射线检测，二是超声波检测。

（2）无损检测标准　主要检测标准如下。

SY/T 4109《石油天然气钢质管道无损检测》

SY/T 4103《钢质管道焊接及验收》

SY/T 0327《石油天然气钢质管道对接环焊缝全自动超声波检测》

（3）无损检测人员资格　从事无损检测的人员必须持有国家技术监督部门颁发的并与其工作内容相适应的无损检测人员资格证书。

2.4.6　焊缝的返修

经无损检测发现的超标缺陷或外观检查发现的裂纹、未熔合，应对其进行返修。

（1）缺陷位置和尺寸的确定　根据射线照片和评片记录、超声波检测记录、外观检查记录确定焊接缺陷的位置和尺寸。

（2）制定焊缝返修工艺　根据焊缝返修焊接工艺规程，并结合缺陷的性质、尺寸及存在的位置，制定详细的返修焊接工艺。返修焊接工艺至少应包括下列内容：焊工资格、焊接设备、焊接材料、缺陷的性质、缺陷尺寸及存在的位置、缺陷的清除方法和焊后检验要求等。

（3）焊缝的返修　从事返修工作的焊工应持有与其相适应的焊工资格证；整个返修过程应严格按照返修工艺的要求进行。

返修后的焊缝表面应修磨至与原焊缝和母材圆滑过渡，返修焊缝经外观检查合格后应按原无损检测标准进行检测。经外观检查或无损检测不合格的焊缝应重新进行返修，但同一部位的返修次数不应超过2次。

2.5　管道的防腐补口

2.5.1　金属腐蚀的基本原理和分类

（1）腐蚀的定义　物质的表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象称为腐蚀。

（2）腐蚀的分类

①按腐蚀的机理分类　分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀等。

化学腐蚀——金属表面与非金属电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。

电化学腐蚀——金属表面与离子导电的介质发生电化学作用而引起的破坏。

物理腐蚀——单纯的物理溶解作用而引起的破坏。

②按腐蚀的环境分类　分为化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、电流腐蚀、细菌腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和接触腐蚀等。

2.5.2　埋地管道的腐蚀

（1）土壤腐蚀　埋地金属管道的腐蚀属于电化学腐蚀，按照电化学腐蚀的机理，电化学腐蚀反应有阳极反应和阴极反应，并由金属内部电子和电解质中的离子导电构成电流的循环回路。阳极反应是金属失去电子变为离子转移到介质中，即氧化反应；阴极反应则为介质中的离子吸收电子的还原过程。

土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙为空气和水所充满，而土壤中的水含有一定的盐，使土壤具有离子导电性，成为电解质。土壤的理化不均匀性加上钢材的电化学不均匀性，这就构成了腐蚀电池的条件。对土壤腐蚀性影响较大的因素如下。

①土壤的电阻率　土壤的电阻率越小，腐蚀性越强；土壤的电阻率越大，腐蚀性越弱。

②土壤中的氧　由于土壤的结构和湿度的不同，其含氧量有很大的区别，这就会形成氧浓差电池腐蚀。

③土壤中pH值　一般来说酸性土壤较碱性土壤腐蚀性强。

④土壤中的微生物　土壤中的微生物对金属的腐蚀影响很大。

（2）细菌腐蚀　在一些缺氧的土壤中，细菌参与了腐蚀过程。这些菌主要是硫酸还原菌，它是一种厌氧菌，它参加电极反应的作用是将可溶的硫酸盐转化为硫酸氢根，并和铁作用生成硫化亚铁。

（3）杂散电流腐蚀　杂散电流是在地下流动的设计之外的电流，如电气化电路、各种用电设备接地等散布的电流都可称为杂散电流。这种电流也能对地下的金属管道产生腐蚀。

2.5.3　防腐前对钢管表面的处理

对钢管表面的处理方法主要有如下几种。

（1）清洗

（2）工具除锈

（3）喷射除锈

（4）酸洗

2.5.4　管道防腐的常用涂料

管道防腐的常用涂料有如下几种。

（1）防锈漆和底漆

（2）油脂漆和天然树脂漆

（3）生物和漆酚树脂漆

（4）醇酸树脂漆

（5）酚醛树脂漆

（6）沥青漆

（7）过氧乙烯漆

（8）乙烯树脂漆

（9）环氧树脂漆

（10）聚氨基甲酸酯漆

（11）有机硅漆

（12）无机富锌漆

2.5.5　防腐涂层的主要特性

（1）具有良好的电绝缘性。

（2）具有足够的机械强度。

（3）具有良好的稳定性。

2.5.6　管道防腐补口的一般步骤［以热收缩套（或带）为例］

（1）对管表面进行处理，一般采用喷砂除锈的方法。

（2）对钢管进行预热，预热温度应符合标准和厂家的技术要求，整个管口的预热温度应均匀一致。

（3）将收缩套（或带）放在管口的中央，两侧与管原防腐层的搭接宽度应基本相等。

（4）用火焰从中间沿环向均匀加热，使中间部位先收缩，然后再往两边均匀加热。用辊子碾压挤出空气，直至端部有胶溢出。

（5）一侧加热收缩完成后，再用相同的方法加热另一侧。

2.5.7　管道防腐的一般要求

（1）防腐材料必须有质量证明书和合格证。

（2）应对管表面进行清理，做到无锈及其他污物。

（3）经防腐的管表面应光滑平整，无气泡、无鼓包、无针眼、无皱褶，搭边应结合良好。

2.6　管沟的开挖管道下沟回填及地貌恢复

2.6.1　管沟开挖

（1）管沟的位置及几何尺寸　管沟在开挖前应重新核对管沟的位置是否正确。管沟的开挖者要掌握管沟的几何形状和尺寸，并根据地质状况控制好边坡比。

（2）选择开挖方法　根据地质状况、地形状况、气候状况、设备状况及地下障碍物等因素确定采用开挖方法。

常见地质条件采用的开挖方法如下。

①沙漠地段，通常采用推土机和单斗挖土机进行管沟的开挖。

②对于较软又能较好成沟的地段，可采用轮斗挖土机进行管沟的开挖。

③对于较硬的地段，一般采用单斗挖土机进行管沟的开挖。

④冻土地段，采用松土机和单斗挖土机进行管沟的开挖。

⑤岩石地段，采用爆破的方法进行管沟的开挖。

2.6.2　管道下沟

目前管道施工通常采用沟上组装焊接、防腐补口后再将管道整体下沟的施工方法。

管道下沟前，应完成焊缝的焊接，焊缝经外观检查和无损检测合格，并完成防腐补口后方能进行管道的下沟。

一般采用吊管机进行管道的下沟，应根据管径的大小选择吊管的起重能力和台数。下沟用吊管机的台数一般不应少于3台。

2.6.3　管道回填及地貌的恢复

管道下沟后应检查管子的标高是否符合设计要求，检查合格后方可进行管道的回填。回填土的粒径应符合要求，管道的四周必须垫有一定厚度的细土或细沙。细土或细沙垫好后，一般采用推土机加填其他回填层。回填后，回填层的高度应高出地面约300mm。

回填完成后，应对地貌进行恢复。沟渠、田埂、小路等应压实或疏通。

2.7　压力试验及通球扫线

2.7.1　压力试验

（1）试压介质为水。当管线附近没有水源，也可采用空气作为试压介质，但应加强安全措施。

（2）压力表的精度不得低于1.5级，表盘直径不得小于150mm。压力表的标定刻度应为试验压力的1.25～1.5倍。

（3）试压用的压力表不得少于2块。

（4）试压的分段：一般地段试压的管线的分段长度通常为20～30km。

（5）当采用液体作试压介质时，每一段的高差不宜超过30m。

（6）强度试验压力应为设计压力的1.25倍，严密性试验压力应与设计压力相等。

2.7.2　通球扫线

（1）通球扫线的目的　通球扫线的目的就是将管内的所有污物清理干净。

（2）清管工序

①通球扫线一般在分段试压合格后，整体联合试运前进行。

②清管球分为球形、橄榄形、皮碗形及清管跟踪球等。

③清管介质为清水或空气。

④推球的介质压力一般为0.5MPa。

⑤根据管线内污物的多少及清管效果，确定通球扫线的次数，直至管内的清洁度达到设计要求为准。