国内工艺管线工厂化预制的技术现状与发展趋势
中国石油集团工程技术研究院、中国石油集团海洋工程重点实验室
（天津 300451） 胡艳华 李春润
中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部 （青岛 266500）郑理 王志坚 吕忠义
摘要：阐述了国内工艺管线工厂化预制的施工特点、施工模式、技术现状以及发展趋势，可为今后施工企业的决策提供参考基础。
1 引言
管道是用于传输介质的载体，连接着装置内所有设备，并通过各种控制元件对生产工艺进行温度、压力、流量等参数的调节达到工艺要求。因此，管道工程本身具备管径多、材质复杂、壁厚系列不等、焊接工程量大的特点。在施工过程中则受材料供应、设备交安、气候条件、现场作业面等诸多制约因素影响。同时，由于管道连接中焊接量大，成千上万道焊口的质量直接影响石化装置的安全运行。所以管道工厂化预制逐渐被人们所接受。管道预制工作在车间内进行，应分成下料、机械加工、组对点焊、焊接热处理、检验等工序，按工序配备设备与人员，按工序组织流水作业。每道工序作业人员组成一个工段，制定各工段工作标准, 实行工段之间互检、工件按流水作业。下料工段实行计算机配菜，合理套裁，减少材料浪费。
石油、化工、电力等建设项目中、管道施工工作量占整个安装施工工作量的比例较大。以油、气为原料的年产30万t 合成氨装置，工艺管道约70000m ；以煤为原料的年产30万t 合成氨装置，工艺管道约100000m 。加强管道施工的预制水平和预制深度，是提高管道施工质量、速度、管理水平和降低施工成本的重要途径；同时促进管道现场施工的机械化、工厂化和文明施工，也有利于新技术、新工艺、新机具、新材料的推广应用，推动企业技术进步。
2 工艺管线的工厂化预制
2.1 施工特点
预制厂内全部采用转动口焊接，有利于提高和保证焊接质量，且转动口焊缝无损探伤比例小，可减少探伤检测费用。
在预制厂里尽量增加焊接口数量，其数量可达总焊接口数的80%—90%，相
应地减少了现场安装中的固定口焊接工作量，从而能够加快现场安装施工速度，缩短安装工期。
预制厂内施工不受自然环境条件下的不利影响和干扰，能够保证施工的连续性，又能减少额外的临时措施及其费用。
对高压厚壁管及合金钢管（如CrMo 钢管）等施工工艺较为复杂的管线，施焊前需进行预热，焊后需进行后热、X 光（或γ射线）拍片、热处理等，更能体现工厂化预制的优点。合理的流水作业，使各工序很好地衔接起来，这样机具可以集中使用，临时电缆等施工用料可以大量减少，大幅度提高施工机具等的施工效率。
2.2 主要施工模式
目前，国内施工单位主要推行以下三种管道预制工厂化的模式。
2.2.1 “工厂型”管道预制模式
工厂型管道预制模式即为固定型管道预制模式。其主要特点如下：
（1）管道预制有固定场地、建有标准厂房，即在现场或异地建立规范化管道预制工厂（同样用于钢结构预制）；根据管道预制流程，合理进行平面布置。包括堆场及水平、车间、办公休息室、平台、仓库、道路、供水、供电、消防、集中压缩空气站及管路、集中焊接气体供气站及管路、电焊机房、除锈防腐场地等。
（2）实现管道预制流水作业。配备管道预制专用机械设备和物流传送线，关键工序建立流水作业的生产模式，形成管道除锈防腐、下料、坡口、焊接作业线。在一个预制场地完成管道除锈防腐、下料、坡口、组对、焊接、检验、吹扫封闭，把整个装置的管道预制工作全部完成。
（3）装备先进的机械设备，除了宽敞的钢结构厂房、足够的起重机械之外，均配置了管道专用抛丸除锈机、高速带锯机、管道高速切断坡口机、管道半自动纵进刀坡口机、管道相贯口数控等离子切割机、管道预制弯管自动焊机、管道预制悬臂自动焊机。国内部分公司还在管道预制厂配置了自行式全位置自动焊机、焊缝射线检测实时成像系统以及部分管道支管拉拔设备、组合式弯管设备等。
（4）在管道工厂化预制中引进计算机辅助管理，建立了设计图—管道单线图—预制管段图的二次设计流程；加强了技术、质量、进度等系统管理。
2.2.2 “现场型”管道预制模式
现场型管道预制模式即为“准工厂化”管道预制模式，其主要特点如下：
（1）根据现场具体情况和实际投入能力，建立集中或分散能遮风避雨的简易厂房。
（2）配备水平及垂直运输设备、关键工序使用的抛丸除锈机、高速带锯机、管道自动径向进刀坡口机、多种形式管道预制自动焊机等。
（3）同时，加强管道预制的技术、质量、材料、进度和成品的信息管理，加强管道预制过程的监控和管理。
2.2.3 “移动型”管道预制模式
移动型管道预制模式属于“现场型准工厂化”管道预制模式，其主要特点如下：
（1）关键工序的机械安装在集装箱内，形成专业工作站。
（2）工作站可以根据现场实际情况灵活布置，各专业工作站之间，既可以采用传输工装联接，也可以直接采用吊车、门吊、倒运小车等吊装运输工具进行传送。
（3）目前，在用的管道预制关键工序工作站有：管道高速锯切下料和坡口工作站、管道相贯口数控等离子切割工作站、多种形式的管道自动焊接工作站。
2.3 施工准备及施工依据
工厂化预制过程中最关键的工作是技术准备，空视图是管道预制的唯一依据，因此正确可靠的空视图是技术准备的关键环节。管道空视图要经过现场安装组根据现场的实际情况，进行标记工作。对于已标记的管道空视图，经过管道技术负责人的审核后才能预制。标记工作要注意以下几点：
（1）尺寸复核
空视图上的尺寸由于各种原因往往与实际情况不完全一致，也即如果按照管道空视图上尺寸加工时，有的管道在现场安装不完全合适。所以，管道空视图上的尺寸，要根据现场的实际情况进行复核。有些重要尺寸，要经过实际测量，来修订管道空视图上的尺寸。
（2）焊口编号
根据质量控制的可追溯性原则，每条管线的每道焊口均需编号，以便焊工落图及以后的质量追踪。
（3）确定管道分段位置
为了运输、起重和安装的方便，有些管线一张空视图要分为若干段预制，段与段之间的连接，要在现场安装时进行。
（4）确定点焊口的位置
现场安装条件往往存在一些可变因素，使某些焊口在管道预制厂预制时只能点焊或不焊，待现场安装后再焊接。较常见的是一些与设备相连的法兰盘。
施工主要依据如下：
（1）技术资料：包括带自动控制点的工艺流程图、管道总平面布局图、管道空视图、管道支架图以及管件、特殊管件图。
（2）技术标准：包括设计要求执行的规范和标准、管材及阀门标准以及管件标准。
（3）单线图：单线图是管线预制的主要依据。单线图应具备安装尺寸、标高、管件位置、走向、材质、规格、管段编号、分段位置、活口位置和焊口编号等内容。
3工艺管线工厂化预制的发展现状
早在20世纪60年代，美、欧、日等国外工程公司在管道预制方面有许多成功经验和相当专业化的技术装备。仅以法国赫尔蒂公司一个管道预制车间为例，年预制量约4000t （年产30万t 合成氨装置的工艺管道预制量约1000t ）。
20世纪70年代在我国引进大化肥的同时，国内管道预制生产线的概念已经建立，参加大化肥建设的施工企业在现场均建了不同规模的管道预制生产线。由于当时国内缺乏管道预制的专业机械设备，各单位只能因陋就简改装或制作相应的管道预制施工机械。如：中化三建承建安庆石化总厂250万t /a炼油、引进的30万t/a合成氨、52万t/a尿素工程时，在现场建立了制管车间（或称管道预制厂），革新制作了高压管切断、坡口车床，不锈钢管大型砂轮切割机，低合金钢管热处理用远红外电加热器及控制设备等专用施工机械设备，提高了管道预制的加工质量和效率。中化四建在管道预制加工中，革新制作了管道万能组装台；中化七建在管道预制加工中，革新制作了刀架转动式管道切割机等。
近年来，随着国民经济的快速发展，新型管道预制专用机械的问世，专业化制管车间已经得到越来越多施工企业的重视，成为其参与竞争的重要标志。目前，中石油、中石化、中海油、中化建、船舶制造、火电、核电等大型集团的施工企业，相续装备了能够体现企业专业水平和施工能力的高效制管生产线。尤其是中
石化所属施工企业，在管道预制生产线方面进行了较大投入。仅在上海化工园区，中石化三公司、五公司、十公司以及上海工业设备安装公司，燕达公司等施工单位均建立相当规模的管道预制生产线。中石化四公司、中油一建公司、中油二建公司、长庆油建公司、华北油建公司、陕西化建公司、天津电建公司、浙江开元安装集团公司等也在基地或项目所在地建立不同形式的管道预制生产线。2007年7月，中海油青岛基地公司成功建成导管架制管生产线，并已顺利投产。迄今为止，该生产线为亚太地区规模最大的导管架制管生产线，对中石油海洋公司形成了强有力的竞争。
4 管道工厂化预制中需解决的问题
（1）国内工程施工中，管道预制工作开展水平不一。运输成本是制约管道工厂化预制广泛应用的主要问题。因此，解决好管段的长距离运输，将大力推动管道工厂化预制的迅速发展。
（2）进一步加强计算机技术的应用，做好管道施工信息管理软件的升级工作，简化过程管理，降低工程管理费用。
（3）开发标准化科拆卸预制厂，配备相关机械加工设备，缩短管段运输距离。
（4）推动管道工厂化预制工作，转变传统的施工管理观念，充分发挥国内施工企业的资源优势，走出国门占领国际市场，促进施工企业的可持续发展。 5 国内外制管生产线的发展趋势
（1）多种管道预制模式并存
在今后相当长时期内，国内施工单位会根据企业投入能力和项目建设实际状况，选择工厂型、现场型、移动型等不同管道预制模式，实现管道施工的工厂化预制或准工厂化预制。
（2）管道预制生产线的多功能性
管道预制生产线，既要满足管道预制的需要，又要满足钢结构预制的需要。另外，根据不锈钢、有色金属、薄壁管道的特点，选配水平和垂直运输设备、除锈设备、切断设备、物流工装等，都要适应管道和钢结构的预制需要。
（3）预制现场流水作业
不管采取工厂型、现场型、移动型的管道预制模式，制管生产线各工序之间都要合理衔接，形成流水作业，实现管道预制生产线的最大产能。
（4）管道预制装备更加专业化
国内多家从事管道预制设备制造的厂商，正在努力开发更专业、先进的管道预制切断、坡口、焊接等设备，这将有利于实现关键工序的机械化、自动化，有利于提高生产效率，减少工人劳动强度。
（5）先进的计算机辅助管理
管道预制安装过程中，计算机辅助管理将替代传统的人工管理。先进、易于操作的管道预制系统软件，将提高管道预制的技术管理、质量管理、材料管理与进度管理水平。
（6）加大管道预制深度
加大管道预制深度，就是科学进行管段设定、预制的管段模块化。管道预制生产线可实现运输安装便捷，并尽可能加大管道预制深度，减少现场工作量。 6 结论
综上所述，探索管道施工工艺，加大技术开发力度，提高管道施工综合水平，降低工程成本，保证工程质量，是施工企业追求的目标。今后，施工企业须加大技术力量和资金投入，不断提高管道工厂化预制水平，从而有效解决工艺管道施工周期长、现场投入大、过程控制负责的不利局面。
通讯联系人：胡艳华，[1**********]
国内工艺管线工厂化预制的技术现状与发展趋势
中国石油集团工程技术研究院、中国石油集团海洋工程重点实验室
（天津 300451） 胡艳华 李春润
中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部 （青岛 266500）郑理 王志坚 吕忠义
摘要：阐述了国内工艺管线工厂化预制的施工特点、施工模式、技术现状以及发展趋势，可为今后施工企业的决策提供参考基础。
1 引言
管道是用于传输介质的载体，连接着装置内所有设备，并通过各种控制元件对生产工艺进行温度、压力、流量等参数的调节达到工艺要求。因此，管道工程本身具备管径多、材质复杂、壁厚系列不等、焊接工程量大的特点。在施工过程中则受材料供应、设备交安、气候条件、现场作业面等诸多制约因素影响。同时，由于管道连接中焊接量大，成千上万道焊口的质量直接影响石化装置的安全运行。所以管道工厂化预制逐渐被人们所接受。管道预制工作在车间内进行，应分成下料、机械加工、组对点焊、焊接热处理、检验等工序，按工序配备设备与人员，按工序组织流水作业。每道工序作业人员组成一个工段，制定各工段工作标准, 实行工段之间互检、工件按流水作业。下料工段实行计算机配菜，合理套裁，减少材料浪费。
石油、化工、电力等建设项目中、管道施工工作量占整个安装施工工作量的比例较大。以油、气为原料的年产30万t 合成氨装置，工艺管道约70000m ；以煤为原料的年产30万t 合成氨装置，工艺管道约100000m 。加强管道施工的预制水平和预制深度，是提高管道施工质量、速度、管理水平和降低施工成本的重要途径；同时促进管道现场施工的机械化、工厂化和文明施工，也有利于新技术、新工艺、新机具、新材料的推广应用，推动企业技术进步。
2 工艺管线的工厂化预制
2.1 施工特点
预制厂内全部采用转动口焊接，有利于提高和保证焊接质量，且转动口焊缝无损探伤比例小，可减少探伤检测费用。
在预制厂里尽量增加焊接口数量，其数量可达总焊接口数的80%—90%，相
应地减少了现场安装中的固定口焊接工作量，从而能够加快现场安装施工速度，缩短安装工期。
预制厂内施工不受自然环境条件下的不利影响和干扰，能够保证施工的连续性，又能减少额外的临时措施及其费用。
对高压厚壁管及合金钢管（如CrMo 钢管）等施工工艺较为复杂的管线，施焊前需进行预热，焊后需进行后热、X 光（或γ射线）拍片、热处理等，更能体现工厂化预制的优点。合理的流水作业，使各工序很好地衔接起来，这样机具可以集中使用，临时电缆等施工用料可以大量减少，大幅度提高施工机具等的施工效率。
2.2 主要施工模式
目前，国内施工单位主要推行以下三种管道预制工厂化的模式。
2.2.1 “工厂型”管道预制模式
工厂型管道预制模式即为固定型管道预制模式。其主要特点如下：
（1）管道预制有固定场地、建有标准厂房，即在现场或异地建立规范化管道预制工厂（同样用于钢结构预制）；根据管道预制流程，合理进行平面布置。包括堆场及水平、车间、办公休息室、平台、仓库、道路、供水、供电、消防、集中压缩空气站及管路、集中焊接气体供气站及管路、电焊机房、除锈防腐场地等。
（2）实现管道预制流水作业。配备管道预制专用机械设备和物流传送线，关键工序建立流水作业的生产模式，形成管道除锈防腐、下料、坡口、焊接作业线。在一个预制场地完成管道除锈防腐、下料、坡口、组对、焊接、检验、吹扫封闭，把整个装置的管道预制工作全部完成。
（3）装备先进的机械设备，除了宽敞的钢结构厂房、足够的起重机械之外，均配置了管道专用抛丸除锈机、高速带锯机、管道高速切断坡口机、管道半自动纵进刀坡口机、管道相贯口数控等离子切割机、管道预制弯管自动焊机、管道预制悬臂自动焊机。国内部分公司还在管道预制厂配置了自行式全位置自动焊机、焊缝射线检测实时成像系统以及部分管道支管拉拔设备、组合式弯管设备等。
（4）在管道工厂化预制中引进计算机辅助管理，建立了设计图—管道单线图—预制管段图的二次设计流程；加强了技术、质量、进度等系统管理。
2.2.2 “现场型”管道预制模式
现场型管道预制模式即为“准工厂化”管道预制模式，其主要特点如下：
（1）根据现场具体情况和实际投入能力，建立集中或分散能遮风避雨的简易厂房。
（2）配备水平及垂直运输设备、关键工序使用的抛丸除锈机、高速带锯机、管道自动径向进刀坡口机、多种形式管道预制自动焊机等。
（3）同时，加强管道预制的技术、质量、材料、进度和成品的信息管理，加强管道预制过程的监控和管理。
2.2.3 “移动型”管道预制模式
移动型管道预制模式属于“现场型准工厂化”管道预制模式，其主要特点如下：
（1）关键工序的机械安装在集装箱内，形成专业工作站。
（2）工作站可以根据现场实际情况灵活布置，各专业工作站之间，既可以采用传输工装联接，也可以直接采用吊车、门吊、倒运小车等吊装运输工具进行传送。
（3）目前，在用的管道预制关键工序工作站有：管道高速锯切下料和坡口工作站、管道相贯口数控等离子切割工作站、多种形式的管道自动焊接工作站。
2.3 施工准备及施工依据
工厂化预制过程中最关键的工作是技术准备，空视图是管道预制的唯一依据，因此正确可靠的空视图是技术准备的关键环节。管道空视图要经过现场安装组根据现场的实际情况，进行标记工作。对于已标记的管道空视图，经过管道技术负责人的审核后才能预制。标记工作要注意以下几点：
（1）尺寸复核
空视图上的尺寸由于各种原因往往与实际情况不完全一致，也即如果按照管道空视图上尺寸加工时，有的管道在现场安装不完全合适。所以，管道空视图上的尺寸，要根据现场的实际情况进行复核。有些重要尺寸，要经过实际测量，来修订管道空视图上的尺寸。
（2）焊口编号
根据质量控制的可追溯性原则，每条管线的每道焊口均需编号，以便焊工落图及以后的质量追踪。
（3）确定管道分段位置
为了运输、起重和安装的方便，有些管线一张空视图要分为若干段预制，段与段之间的连接，要在现场安装时进行。
（4）确定点焊口的位置
现场安装条件往往存在一些可变因素，使某些焊口在管道预制厂预制时只能点焊或不焊，待现场安装后再焊接。较常见的是一些与设备相连的法兰盘。
施工主要依据如下：
（1）技术资料：包括带自动控制点的工艺流程图、管道总平面布局图、管道空视图、管道支架图以及管件、特殊管件图。
（2）技术标准：包括设计要求执行的规范和标准、管材及阀门标准以及管件标准。
（3）单线图：单线图是管线预制的主要依据。单线图应具备安装尺寸、标高、管件位置、走向、材质、规格、管段编号、分段位置、活口位置和焊口编号等内容。
3工艺管线工厂化预制的发展现状
早在20世纪60年代，美、欧、日等国外工程公司在管道预制方面有许多成功经验和相当专业化的技术装备。仅以法国赫尔蒂公司一个管道预制车间为例，年预制量约4000t （年产30万t 合成氨装置的工艺管道预制量约1000t ）。
20世纪70年代在我国引进大化肥的同时，国内管道预制生产线的概念已经建立，参加大化肥建设的施工企业在现场均建了不同规模的管道预制生产线。由于当时国内缺乏管道预制的专业机械设备，各单位只能因陋就简改装或制作相应的管道预制施工机械。如：中化三建承建安庆石化总厂250万t /a炼油、引进的30万t/a合成氨、52万t/a尿素工程时，在现场建立了制管车间（或称管道预制厂），革新制作了高压管切断、坡口车床，不锈钢管大型砂轮切割机，低合金钢管热处理用远红外电加热器及控制设备等专用施工机械设备，提高了管道预制的加工质量和效率。中化四建在管道预制加工中，革新制作了管道万能组装台；中化七建在管道预制加工中，革新制作了刀架转动式管道切割机等。
近年来，随着国民经济的快速发展，新型管道预制专用机械的问世，专业化制管车间已经得到越来越多施工企业的重视，成为其参与竞争的重要标志。目前，中石油、中石化、中海油、中化建、船舶制造、火电、核电等大型集团的施工企业，相续装备了能够体现企业专业水平和施工能力的高效制管生产线。尤其是中
石化所属施工企业，在管道预制生产线方面进行了较大投入。仅在上海化工园区，中石化三公司、五公司、十公司以及上海工业设备安装公司，燕达公司等施工单位均建立相当规模的管道预制生产线。中石化四公司、中油一建公司、中油二建公司、长庆油建公司、华北油建公司、陕西化建公司、天津电建公司、浙江开元安装集团公司等也在基地或项目所在地建立不同形式的管道预制生产线。2007年7月，中海油青岛基地公司成功建成导管架制管生产线，并已顺利投产。迄今为止，该生产线为亚太地区规模最大的导管架制管生产线，对中石油海洋公司形成了强有力的竞争。
4 管道工厂化预制中需解决的问题
（1）国内工程施工中，管道预制工作开展水平不一。运输成本是制约管道工厂化预制广泛应用的主要问题。因此，解决好管段的长距离运输，将大力推动管道工厂化预制的迅速发展。
（2）进一步加强计算机技术的应用，做好管道施工信息管理软件的升级工作，简化过程管理，降低工程管理费用。
（3）开发标准化科拆卸预制厂，配备相关机械加工设备，缩短管段运输距离。
（4）推动管道工厂化预制工作，转变传统的施工管理观念，充分发挥国内施工企业的资源优势，走出国门占领国际市场，促进施工企业的可持续发展。 5 国内外制管生产线的发展趋势
（1）多种管道预制模式并存
在今后相当长时期内，国内施工单位会根据企业投入能力和项目建设实际状况，选择工厂型、现场型、移动型等不同管道预制模式，实现管道施工的工厂化预制或准工厂化预制。
（2）管道预制生产线的多功能性
管道预制生产线，既要满足管道预制的需要，又要满足钢结构预制的需要。另外，根据不锈钢、有色金属、薄壁管道的特点，选配水平和垂直运输设备、除锈设备、切断设备、物流工装等，都要适应管道和钢结构的预制需要。
（3）预制现场流水作业
不管采取工厂型、现场型、移动型的管道预制模式，制管生产线各工序之间都要合理衔接，形成流水作业，实现管道预制生产线的最大产能。
（4）管道预制装备更加专业化
国内多家从事管道预制设备制造的厂商，正在努力开发更专业、先进的管道预制切断、坡口、焊接等设备，这将有利于实现关键工序的机械化、自动化，有利于提高生产效率，减少工人劳动强度。
（5）先进的计算机辅助管理
管道预制安装过程中，计算机辅助管理将替代传统的人工管理。先进、易于操作的管道预制系统软件，将提高管道预制的技术管理、质量管理、材料管理与进度管理水平。
（6）加大管道预制深度
加大管道预制深度，就是科学进行管段设定、预制的管段模块化。管道预制生产线可实现运输安装便捷，并尽可能加大管道预制深度，减少现场工作量。 6 结论
综上所述，探索管道施工工艺，加大技术开发力度，提高管道施工综合水平，降低工程成本，保证工程质量，是施工企业追求的目标。今后，施工企业须加大技术力量和资金投入，不断提高管道工厂化预制水平，从而有效解决工艺管道施工周期长、现场投入大、过程控制负责的不利局面。
通讯联系人：胡艳华，[1**********]