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管道预制工厂化的运作和技术攻关
陈湘辉
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摘要：
随着我国经济建设的飞速发展，石化产品需求的不断增长，石化生产装置趋向于规模化、大型化方向发展，但石化装置建设周期却在缩短，作为以石化工程建设为主营业务的施工企业，面临着越来越大的挑战。尤其突出的是随着工程规模的扩大，管道施工任务量随之成倍增加，同时由于管道施工本身程序复杂、组成件数量庞大等的特点，其施工实际需求周期严重制约着工程的整体进度；加之市场高技能的焊工资源匮乏，需求量大，导致管道施工难以保证和满足工程总工期的要求。同时造成施工成本不断增加，管道工程施工组织压力越来越大。由此造成管道工程施工已经成为影响工程总体进度的主要矛盾和瓶颈，成为石化工程施工企业亟待解决的问题。
从2007年以来，国内自动焊技术、半自动焊技术在工业管道工程的应用取得了实质性进展，通过实施完善管道预制工厂设备、流程、软件和操作人员技能等方面的工作，提高管道预制的质量和效率；自动化、机械化的管道预制形成流水作业。打通了固有模式的预制管理流程，逐渐形成了管道预制和管道安装工序分离的雏形；特别是管道自动焊技术取得了突破，将从根本上解决焊工紧缺，施工工期及施工质量等问题，从而提高了管道工厂化预制的能力和水平。
关键词：
管道预制工厂化 工程建设行业 预制技术 化工建设项目
正文：
石油、化工建设项目中，管道施工工作量占整个安装施工工作量的比例较大。以70万吨/年芳烃联合装置为例，工艺管道约146KM，管道总焊接寸D为65万；以100万吨/年乙烯装置为例，管道工程量达到250km，焊接总量达到130万寸D，其中的大口径管道、高压厚壁管道、合金钢材质管道数量较大。超高压蒸汽管道最大管径24〞，壁厚达到了73mm，焊接工艺复杂、施工作业周期长，采用工厂化预制，可以极大缓解现场安装施工的压力；管道工厂化预制，采取机械化作业和自动化焊接，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；同时促进管道施工的机械化、工厂化，也有利于新技术、新工艺、新机具、新材料的推广应用，推动管道施工的技术进步。
一、 管道预制工厂化的表现形式和优势
管道预制工厂化就是管道预制施工采用先进的工业化施工，其表现形式为：
1、管道预制工厂化是施工单位在项目所在地（或异地）建有固定的标准厂房或移动式厂房、按照流程作业的方式组织施工；
2、配备管道预制所需的机械装备，在工厂内完成大部分管道的防腐、切割、组对、焊接、检验等工作；
3、在管道预制工厂只完成管段施工，预制好的管段送往现场各个界区或工段进行安装，在现场只要进行少部分管道二次预制或固定口焊接。
管道预制工厂化的优势有以下几个方面：
1、管道预制采取工厂化施工方法可实现异地管道的预制施工，管道预制可与土建同步施工，最大限度的缩短施工总工期；
2、可以最大限度实现关键工序的机械化、自动化，有利于提高机械设备的利用率和劳动生产效率；
3、管道预制的质量控制比较容易实现，质量容易得到保证；
4、管道预制工厂作业环境、条件好，可以全天候施工，减少现场高空作业；
5、材料、管件、耗材集中管理，便于控制施工成本。
6、减少管道焊接作业对焊工，尤其是高技能焊工的依赖。
二、 国内管道预制工厂化的现状
早在20世纪60年代，美、欧、日等国外工程公司在管道工厂化预制方面有许多成功经验和相当专业化的技术装备。美国的工程公司在国内进行管道的深度预制，利用海运到工程所在地进行安装，大大缩短了安装工期；法国的法液空公司在杭州有预制厂房，进行管道、设备的深度预制，并制作橇块，极大的方便了现场的安装。
近年来，在石油、石化、化工等行业中管道施工的预制水平和预制深度普遍得到加强。目前国内管道的工厂化预制施工技术的正处于起步阶段，相应的管理水平、技术装备等与国外相比仍存在着一定的差距；在硬件装备方面，设备的机械化、自动化程度依然相对较低；在软件管理方面，管理方式和管理模式还不够先进。但管道工厂化预制的推广，在环境上为管道工厂化预制提供了发展空间。各施工企业在发展的过程中，也逐渐意识到提高管道预制生产效率，管理水平和技术水平的重要性。
国内管道预制工厂化是在学习国外的先进做法的基础上逐步建立的；但2000年前，由于当时国内缺乏管道预制的专业机械设备，各施工单位的管道预制因陋就简改装或制作相应的管道预制施工机械。在现场建立了管道预制厂，根据工厂实际革新制作了高压管切断、 坡口加工车床，革新制作了管道组装台；革新制作了管道切割机，革新制作了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速度。
近年来，随着国民经济的发展、建设速度的加快、业主的要求、新型管道预制专用机械的问世，管道工厂化预制已经得到越来越多施工企业的重视。尤其是中石化所属施工企业，在管道工厂化预制进行了较大的投入。仅在福建炼油乙烯项目，中石化二、四、五、十公司，以及宁波工程公司，燕华公司等施工单位均建立了相当规模的管道预制厂。各施工单位根据各自的实际情况购置了管道自动焊机，形成了管道施工的流水化施工。
目前国内主要施工单位推行管道预制工厂化的主要特点：
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；根据管道预制流程，合理进行平面布置。包括材料堆场及车间、办公休息室、预制平台、配件仓库、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，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全部完成。
3、装备先进的机械设备，除了宽敞的预制厂房、相应的起重机械之外，均配置了管道专用抛丸除锈机、管道高速切断坡口机、管道半自动纵进刀坡口机、管道相贯线数控等离子切割机、管道预制自动焊机、管道预制埋弧自动焊机。
4、在管道工厂化预制中应用管道设计和管理软件，通过使用管理软件提高工厂化预制的自动化程度和效率，提升预制管理能力，实现管道预制的数字化管理，建立了设计图- 管道单线图- 预制管段图的详细设计流程；加强了技术、质量、进度等系统管理。推广应用先进的“PDSOFT Piping”软件，快速绘制单线图，从单线图自动生成管段图，保证了管道预制的准确性，缩短了管段设计分割周期。推广应用“管道施工管理系统”软件，建立了管道预制的技术管理、材料质量管理、探伤管理、进度管理和成品管理数据库，加强了管道预制安装系统管理。
三、管道预制工厂化的运做
管道预制工厂化运做理念为：管道预制工厂的产品为管段、管段预制时除特别要求的外一般不必留余量、管道预制采用管段图，管道安装采用单线图、管道材料分为预制材料和安装材料，预制材料（焊接件）不进入现场，安装材料（紧固件和阀门）不进入预制厂。
管道预制工厂化，将按照工序进行流水作业，单道工序逐步程序化、简单化、规范化。技能操作人员按照工序进行划分为：喷砂工、防腐工、下料工、切割工、组对工、点焊工、氩弧打底焊工、自动焊操作工、运输工等。每个工序的技术要求相对简单，便于非熟练工人进行短时间强化培训后上岗作业。与流水作业相适应，管道预制流程打破传统施工岗组作业的习惯，将管道预制工序分解成几个步骤。管道预制作业程序进行细化分解为防腐工段、下料工段、组对工段、焊接工段和成品工段等五个工段和材料物质供应、管段堆放运输管理等两头保证工序。
管道预制工厂化各工段流程进行标准化管理，详细描述为以下内容：
防腐工段：
编制防腐计划→ 喷砂除锈→ 核对防腐级别→ 底漆→ 标识
下料工段：
编制下料计划 → 领料 → 下料切割 → 加工坡口 → 打磨
组对工段：
编制组对工作计划 → 核实材料 →组对前确认 →组对 →点焊 → 标识
焊接工段：
焊接准备 → 焊前检查→ 打底焊→ 填充盖面 → 外观清理→ 检验
成品工段：
管段检验 → 管段吹扫 → 管段封口 → 成品管段标识 → 管段摆放 → 管段运输发放
预制厂分为喷砂防腐区、素材摆防区、管线下料区、管线打磨区、管线组对区、管线焊接区、成品管段临时堆场。
在细化分解管道预制工序过程中简化了各工段的操作技能，采取集中下料、流水作业、体系封闭、成品出厂的作业模式进行管理，充分发挥设备优势，减少人工劳动强度，降低了对工人技能的依赖，本着物尽其用、人尽其能的原则，逐步形成了管理+技术骨干+辅助工人的人员结构。辅助工人充分利用社会资源，降低人工成本。
管道预制厂遵循统一管理的原则，材料部门负责材料报验和管理，材料喷砂、防腐管理、管道预制和成品管理均由各工段长负责，预制厂设专职的质量检查员和安全员。
根据预制管段图的预制要求，预制厂施工员按照批量向防腐工段下管道防腐委托单，向下料工段下发下料委托单、材料领用单，向组对工段下发预制委托单，三个委托单的编号一致。下料工段将材料领出后在配件上编上委托编号，打磨完毕后摆放到组对工段指定的地点进行移交，组对工段确认无误后接收。管材切割完毕后也编上委托编号，并输送到指定的组对工位。
管段组对完成后，输送到焊接工位，该工段利用管道自动焊机进行焊接工作。充分发挥管道自动焊接的优势，专人专机的开展焊接工作，以该工段的作业为核心，各工段互相依托，形成预制流水。
成品管理由成品工段负责，管段分区摆放，在管段上刷区别于材质色标的分区环向色标，以利于管段区分和寻找；预制完毕的管段进入待检区，由专职的质量检查员负责焊缝的无损检验工作。
检验合格的管段按照需求计划进行打包，由成品工段长和安装单位领用人进行交接。
比对各工段的生产效率，配比各工段的人员和装备，以焊接工段为流程循环的中心，改变各工段被动等待的现象，变强制被动循环为自主良性循环。
四、管道预制工厂化在运做过程中反映出的问题
建设项目的显著特点就是装置固定，施工单位的流动性和施工时限短。近年来施工单位的施工能力有很大的提高，施工速度随之加快，施工时限更短。管道预制工厂化经过近几年的发展，积累了丰富的经验，同时也反映出一些问题，下面就问题简要分析如下：
1、管道预制厂的建立和搬迁是不可避免的，部分工程建设项目的管道预制厂在项目所在地的有效使用时间越来越短。不利于设备的保养和维护，不利于专业化的预制装备发挥最大的效益。
2、关于管道预制工厂化的理念需要更新，受传统观念的束缚，部分施工单位看不到管道工厂化预制的优越性和经济、社会效益，习惯于传统的管道施工摆地摊战术、现场各自为战的分散管理。
3、管道工程化整为零的对外分包管理模式在一定程度上制约了管道预制工厂化的发展；目前施工单位直属的专业施工队伍越来越少，管道工程对外分包越来越多，不利于预制工厂化的组织实施。
4、资金短缺；从当前国内大多数施工企业实际投入能力差的实际状况来看，建立真正专业化的管道预制工厂有较大的困难。建立工厂型专业化的管道预制工厂化模式有着显著的优越性，也是管道施工技术发展的必然趋势。但是，这种模式一次性投入太大，在没有后续项目的状况下，施工单位还要承担完工拆迁造成的损失。
五、 管道工厂化预制的技术攻关
管道预制工厂化在大型项目建设充分发挥了良好的作用，如福建炼油乙烯项目、天津一体化项目，管道预制流水化的运做极大缓解现场安装施工的压力，同时管道工厂化预制，大量采取机械化作业和自动化焊接，提高了管道施工质量、速度和管理水平和降低了施工成本；推动了管道施工的技术进步。但目前的管道预制工厂化仍然存在一些管理上的、设备上的和工艺上的问题需要因地制宜的进行技术攻关。并主要表现在以下几个方面：
1、按照不同的生产需求，形成管道预制工厂化的规划设计、建设运行、组织管理及员工培训、信息化管理等实施与管理方案。进行管道预制管理流程设计，科学的进行管段设定，预制的管段模块化。在管道预制工厂做到管道预制既便于运输安装,又尽可能加大管道预制深度，减少现场工作量。形成管道工厂化预制从人员培训、平面布置、工序分解、工段协调、成品保护等环节完整的管理体系。
2、施工单位根据企业投入能力和项目建设实际状况，进行管道预制厂的规划，首先要满足管道预制的需要，同时一般还要考虑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，需要选配相应的水平和垂直运输设备、除锈设备、切断设备、运输工装等。
3、预制现场流水作业工序之间都要合理衔接，形成流水作业，充分发挥管道预制工厂化的最佳效率。需要针对不同预制厂的进行流程设计，应顺势而流，在流程上不应出现流程反复现象。需要开发标准化、可拆卸工装，实现管道高效率组对。改进管段进料、送料传动装置，提高管段输送自动化程度减少进料、输送时间。研发组对工装，提高组对效率。
4、管道预制装备日趋专业化，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、先进的管道预制的切断、坡口、焊接等设备。将有利于实现关键工序的机械化、自动化，有利于提高劳动生产效率。各施工企业需要根据不同工程的具体情况进行组对技术、焊接技术的攻关。按照碳钢、合金钢、不锈钢分类，开发管道自动焊焊接工艺，分析生产效率，确定焊接方法及各工序资源的配备，最大限度提高生产效率。
5、管道预制系统软件开发，将有利于管道预制的技术管理、质量管理、材料管理、进度管理。开发完善管道加工设计、安装过程中的信息化管理，形成管道信息集成系统，实现管道预制和安装过程的技术管理、质量管理、材料管理、探伤管理、进度管理、仓储管理等信息化管理功能。
6、围绕满负荷自动焊接工段，对设备性能、人员技能、工装、操作方法、材料管理、单线图绘制深度、预制与安装的协调、成品件管理等做出准确评价与要求，形成纵向生产线、横向工段间有序协调的合理资源配置
结束语：
福建炼油乙烯项目70万吨/年芳烃联合装置，管道焊接总量65万寸D；管道预制按照工厂化进行配置，以自动焊机为代表的焊接工段为核心，各工段的流程运转正常，仅用三个月的时间就完成了装置管道的预制工作。天津100万吨/年乙烯装置，管道焊接总量达到130万寸D，采用工厂化预制和管道自动化焊接，从2009年3月到2009年7月基本上完成了装置管道的预制工作。提高了管道施工质量、速度和管理水平，大大降低了施工成本。
管道预制和管道安装的分离是目前工程建设的必然趋势，如何将管道预制工厂化有效的运用到预制过程中，提高管道工程建设的质量水平，缩短建设工期，是目前每一家施工企业需要进一步解决的问题。
目前，国内的管道预制施工技术的正处于起步和发展阶段，相应的管理水平、技术装备等与国外相比仍存在较大的差距。从预制厂的规划设计、工装配置、流水衔接、焊接装备、管理系统以及资源配置上还有一些课题需要进行针对性的分析。
参考文献：
石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范 SH3501-2002
工业金属管道工程施工及验收规范 GB50235-97
现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 GB50236-98