曹延雙 高鐵龍 劉博洋

國家管網集團北京管道維搶修分公司

摘要：山地大直徑管道停輸換管作業存在彎管曲率半徑和結構長度中心線難以精準測量的問題。通過采用在役彎管側拉線垂直測量半徑法，測量舊彎管，再根據舊彎管空間相對位置，完成換管部位的作業坑開挖及對曲率半徑、結構長度的測量，確定采取合理的作業方式。本文總結了一起換管搶修施工案例的經驗做法，為相關作業提供參考。

關鍵詞：山地大直徑管道；彎管；停輸換管；下料切割；組對質量

相對于平原地區，大直徑山地管道換管作業存在測量不精、組對難度大等問題，從而影響了焊接的成功率。途經山區的某Φ1219 mm天然氣管道在環焊縫質量排查中發現，地處山體一側的埋地管道熱煨彎管下游焊縫中，存在一處寬度30 mm、長度2515 mm的內角邊缺陷，射線檢測判定為Ⅳ級不可接受缺陷，嚴重影響管線運行安全，決定進行換管作業。本文對這起換管作業的成功經驗進行了總結，供同行參考借鑒。

1  前期準備工作

（1）精準測量提前支護。動火作業前期，由4～5人協同反復測量管件的角度、尺寸，保證較高測量精度，以提高下料準確率。根據埋地管道地形、地貌和走勢判定應力釋放量，提前采取支護措施臨時支撐，防止管線下沉，盡量減小應力釋放過多導致的上下游管口錯位。必要時配置挖掘機開挖管溝釋放管線壓力，調整管道中心軸距，減少偏差，提高連頭焊口組對質量。

（2）取消焊口預制保證組對質量。提前預制焊口常用于在役管道加裝三通管件作業中，目的是避免焊接作業相互影響。但在復雜地形情況下，對斷管后的應力變形預判存在誤差，預制焊口難以保證組對質量。2016年初，河北唐山某Φ1016 mm管道連頭作業時，為減少動火焊口數量，提前在彎管處預制焊接袖管。開挖斷管后，因應力釋放導致管道連頭處偏差過大無法組對，重新開挖管溝調整走向后完成組對。同年，河北廊坊Φ1016 mm在役管道彎管和三通連接動火作業中，先將彎管和三通進行了預制焊接，但因對斷管后管口軸線偏差預判有誤，組對的焊口間隙達不到規程要求。鑒于預制焊口的不利影響，本次大直徑管道換管作業，取消焊口預制操作，動火作業直接焊接3道焊口，雖耗時較多，但保證了組對質量，降低了焊接質量風險。

（3）借助工器具降低作業難度。山地管道現場測量大直徑彎頭曲率半徑和結構尺寸時水平度調整受限較多。為提高測量精度，自制液壓調整管支架進行支護調平，配合使用具有量角功能的測量平臺，測量彎頭角度較為快捷精準，如圖 1所示。充分利用半自動火焰切割機微調裝置，改善傳統火焰切割機調節裝置在切割斜口時易卡頓現象，能夠精準調節割嘴沿著切割線進行切割下料，切割的管口平整光滑，角度一致，且能進行內口減壁厚切割，減少了打磨時間，降低了打磨作業勞動強度，提高了打磨質量，如圖 2所示。

圖 1 大直徑彎管液壓調整測量平臺應用現場

圖 2 火焰切割機微調裝置應用

2  測量下料方法

此次需要更換的彎管所處位置特殊，空間角度復雜，須采取先割除彎管和彎管下游的管道短節，根據新彎管的尺寸，分配斜口角度，按旋轉疊加斜口角度切割上游管口，再根據管道中心線走向疊加相應角度組對新彎管，最后根據彎管管口測量出剩余短節的結構尺寸，進行下料和組對。

將割除的彎管吊出作業坑，測量上下游管道中心線交叉角度。先期測得未斷開在役管道舊彎管角度為 34.0°，管道斷開后再次測得舊彎管角度為 35.5 °。需要更換的新彎管角度僅 31.5°，差４°，不滿足《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》要求，需要通過組對３道斜口，將４°合理分配。

管工將在役管道上游管口切磨成2°斜口，根據管道中心線走向把新彎管旋轉疊加一定角度與之組對、焊接，予以固定。測量已固定的新彎管管口與在役管道下游管口的距離，得出管段短節尺寸，將剩余2°分配在該短節兩端管口上，進行斜口下料。組對完成的彎管和短節，如圖 3所示。

圖 3 完成組對后的管道現場

3  選擇消磁方式

埋地管道因磁化作用容易帶磁，且管道越長、直徑越大、磁性也越強，需要在焊接前采用共軛式消磁器進行消磁，解決帶磁焊口強磁場造成焊接磁偏吹的問題[1]。

外對口器固定、組對焊口后，纏繞共軛式消磁器的消磁線圈進行消磁。整口消磁難度大的焊口，可分區域進行，待局部滿足焊接要求后施焊。采用搭橋式定位焊點固，避免傷及坡口根部。分段對稱完成部分根焊焊縫后，再徹底清除定位焊縫，以免缺陷存留。

4  焊口預熱和防護措施

山地作業環境溫度低于5℃，采取覆蓋石棉被、保溫巖棉等方式，有效防止焊縫快速冷卻。在焊口完成加長定位點固并撤離對口器后，要及時根據作業環境搭設牢固的防風雨棚，確保焊接過程順利進行。

5  對稱分段焊接方法

為避免大直徑焊口根焊焊縫間隙收縮過大問題，采用兩名焊工對稱分段退焊法施焊，根焊焊接順序如圖 4所示[2]。在焊接間歇可分別對己方和對方的焊縫背面成形進行觀察、把關和提醒。遵循“間隙最小的焊縫先焊，錯邊量最大的焊縫次之，間隙大的焊縫最后焊接”原則，利用焊縫收縮特性以減小大間隙焊縫的長度。盡量把焊接位置舒適、間隙合適的標準焊縫留作“觀察窗”，最后焊接，以便觀察已完成根焊焊縫的背面成型，減少根部未焊透、內凹、焊瘤等缺陷，確保根部焊縫的成形質量。通過建立良好的溝通和配合，在開始焊接前確定焊縫焊接順序和焊接進度，開始修磨時通知對方焊工及時停止施焊，避免打磨影響對方焊接質量。錯邊位置的焊接要做到坡口兩側熔敷金屬的厚度一致，防止應力開裂。

圖 4 Φ 1219 mm管道焊口打底焊接順序

6  建議

（1）研究改進在役管道彎管曲率半徑和結構長度中心線精準測量方法。

（2）開發研制能精準劃斜口線的工具及完善精準切割斜口的設備。

（3）開展管道焊接練兵活動，強化技能和體能儲備，適應作業強度，保證作業質量，縮短作業時間。

參考文獻：

[1]李軍濤，韓立鋒.天然氣長輸管道停輸換管作業風險分析及控制措施[J].化工管理，2013（12）：48.

[2]孫寶龍，王志方，宋紅兵．B型套筒用于大口徑高鋼級管道環焊縫隱患治理的質量管控措施[J]，管道保護，2019（5）：48-51.

作者簡介：曹延雙， 1971年生，國家管網集團北京管道維搶修分公司，焊工高級技師，從事天然氣管道焊接施工及維搶修工作20年。聯系方式：18635699122 ，1805729217@qq.com。