管道线路工程pipeline route engineering, 用管子、管件、阀门等连接管道起点站、中间站和终点站,构成管道运输线路的工程,包括管道组装和敷设,
管道阀门和管件的安装,河流、湖泊、道路等障碍的穿跨越,管道防腐和管道附属构筑物的修筑(如水土保护、线路标志)等工程项目。管道线路工程是管道工程的主体部分,约占管道工程总投资的2/3。管道线路工程的建设程序是先进行路由选择和线路图设计,再进行管道施工。
线路选择
确定
管道由起点站到达终点站的基本走向,即确定管道平面位置。站间管道是整体密闭的承压系统,输送压力一般为40~70千克力/厘米2,高的可达84千克力/厘米2。单相油、气管道的线路走向通常不受地形坡度的限制。管道走向选择的基本原则是:①线路尽可能短,一般以不超过航空直线长的5%为宜;②满足管道输送工艺的要求;③选择适宜的站址;④大型穿跨越工程要尽可能少,选择工程量小、技术上可能而又安全、施工方便的地点,这往往是确定管道走向的重要依据;⑤沿线有充分的动力、水和建筑材料供应条件;⑥尽可能避开不良地质地段、地震区和有矿藏的地区;⑦能够妥善处理管道与其沿线城镇、工矿、农田水利及其他建筑物(现有的和规划中的)的相互关系;⑧交通比较方便,便于施工和维护;⑨注意自然环境保护。
选择因素
路由选择涉及的因素很多,目前选线工作尚较多地依靠经验。常规的路由选择方法是根据规定的管道起点和终点位置,首先在适当比例的地形图上选出多条可能的线路走向方案,再经初步分析对比,选出几个较优的方案,并绘制出线路纵断面图,同时在图上初步布站,然后进行现场踏勘。在踏勘时,按照上述的选线原则收集自然地理、工程和水文地质、地区规划等各种资料,作进一步综合分析比较,提出最优的走向方案。对于线路较长、穿跨越点多、线路条件复杂和投资大的工程,需要进行综合性的多次反复对比。对线路中大型穿跨越工程也要提出细致的施工方案,从工程量和投资两方面进行对比,有的甚至还需要进行工程试验,才能选定最终方案。
第二次世界大战后相继出现的航空摄影和卫星遥感技术,为选择线路走向可提供准确、详细的资料。近年来,还用图论或动态规划的方法,借助于电子计算机选择最佳线路走向。
线路设计
根据初选的线路走向方案,在现场埋设转角桩定线,进行地质和水文勘察以及地形测量(地面测量或航空测量)等工作,在此基础上绘制成线路走向平面图和纵断面图。图中标明管道的管径、管壁厚、管材、
防腐材料,保温层的材料和结构,截断阀的规格型号和位置,管道的敷设方式和埋深,河流及其他障碍的穿跨越方式,温度补偿形式和位置,抗震措施(见管道抗震),沿线水工保护构筑物和线路标志等。
为保持管道稳固可靠,又不妨碍交通和农田耕作,多数管道采用埋地敷设的方式。世界上埋地管道约占已建管道的98%以上。管顶的覆土厚度根据管道稳定性、地温、冻土层(或融化层)厚度、耕作深度和安全等条件决定,一般在0.8~1.2米之间。对局部地下水位过高而不宜埋设的地段,可采用土堤敷设方式,或将管道架设在地面的管枕或管架上。
不论是地上或地下管道,由于温度差的作用,都可能产生热变形。常用固定墩和补偿段来保护管子弯头和同它相连的设备不受破坏。为防止沼泽地区的管道漂浮,一般采用
钢筋混凝土连续覆盖层或马鞍型混凝土块加重,也可用机械式地锚来稳管。山丘陡坡地带的管道,在必要时修筑截水墙或排水沟等水工设施,防止管顶覆土流失。沙漠地区的管道多用植被或化学凝固剂固沙,避免覆盖层移动和管道裸露。管道穿过铁路或公路时,多在路基下装设水泥套管或钢套管,管道在套管中穿过,以保证管道与道路的安全。但也有不用套管而直接在路基下埋设的,这两种方法都是规范所允许的。
管道施工
管道线路工程的施工是多种专业化技术组织起来的综合性作业。埋地管道施工程序包括:线路开拓、管材预加工、防腐、挖沟、运管和布管、弯管和组装、焊接、质量检验、试压、下沟、回填、恢复地貌和设置标志等。以一个每天敷设3公里左右、管径为760毫米管道的机械化施工作业队为例,配备300余名技术工人和170多台设备,在平坦的地区,一年可铺管300公里以上。其设备配备情况如下表。
线路开拓
沿管道中心线开拓出一条15~25米(局部地区可达50米左右)宽的临时管道施工通道。管道线路开拓首先是办理沿管道施工用地手续和向土地所有者取得
管道通过权,然后开拓通道,清除通道内的树木、树根、石方和应搬迁的建筑物等障碍物,并开出一条可通行施工机具和运管车辆的通道,以利机具通行和施工作业。
管材预加工
管材先运到施工基地的管道防腐预制加工厂进行防腐处理。通常在这里先将两根管子焊接成一根管段,以减少野外焊接工作量。焊接好的管段除锈和涂敷防腐层后,运到工地组装。为了避免管道防腐层在运输中损坏,也有在施工现场就地涂敷和包扎防腐层的。
挖沟
用人工或机械开挖管沟。挖掘各类松散土壤常用轮斗式挖沟机,挖沟速度为每天1.5公里;卵石地层多用单斗式挖掘机;岩石地层常采用四柱立式凿岩机打孔,爆破后用
单斗挖掘机清沟。
运管和布管 管子由预制加工厂运往施工现场,为防止管口碰伤,逐根按一定的斜度依次摆布在管沟旁边。
弯管
为适应地形起伏和管道走向的变化,将管子弯曲成一定的角度或组焊各种弯头。弯管的曲率半径小于10倍管径时,可直接采用工厂预制的弯头;当弯管的曲率半径较大时,多采用弯管机在现场进行冷弯。冷弯的曲率半径在18~40倍的管径之间,每一管径长度的管子,弯曲角不宜大于1.5度。当管径超过500毫米进行弯管作业时,在管道里要装上内芯,以防管子变形。长输管道多不采用短节拼装的弯头。利用管道的弹性自然弯管(又称弹性敷设)的曲率半径为管径的 500~1000倍。在管道线路转角较小或条件容许的情况下常采用自然弯管法。
对口组装
保证管子对口组装的质量,才能保证焊接的质量。管壁厚薄不匀和管端圆度变形等,都会给管段对口组装带来困难。管径在 300毫米以上的管子使用气动或液动的内对口器,可以自动地整圆管端并调整好对口的间隙。管径在1000毫米以上的内对口器上安装有施焊装置,以在管子内部进行焊接作业,提高组装焊接的工效和质量。
焊接
50年代后期开始在管道施工中使用
自动焊机。目前,在1米左右大管径的管道上广泛应用自动和半自动焊接工艺;中小管径管道的焊接仍以人工施焊为主,焊接速度每人每分钟可高达 500毫米。大管径管子每个焊口至少施焊四道,即根部焊、热焊、填充焊和盖帽焊。
质量检验
主要包括两方面检验。①防腐层致密性检查:在下沟前用
电火花检漏仪检查,下沟回填后用音响或指针式检漏仪检查。②环向焊缝质量检验:有两种方法,一是
破坏性试验,即按一定的焊缝数量比例,采用抽样方法将环形焊缝从管道上割下来,作成标准试块进行弯曲、拉伸、冲击检验,要求焊缝金属性能不低于管子母材。二是无损检验,即用外观检查和
超声波探伤仪或X射线拍片等方法,检查焊缝的夹渣、气孔、裂纹和其他缺陷。无损检验一般应用于全部焊缝。
试压
检验管道承受压力的能力和发现管材及焊缝的隐患的最重要手段。管道试压是在管道焊接成 5~20公里的管段时,在管内充水或其他介质,按管道试压规范要求的压力值进行。输油管道试压介质要尽可能使用水,只对低压管道或在特殊情况下才使用压缩空气。管道试压分强度试压和严密性试压。强度试压的最小试验压力一般定为管道最大工作压力的1.25倍。为了排除隐患和降低
焊接残余应力,现在有提高试验压力的作法,最大试验压力可使管材应力达到规定屈服强度的 90%~120%。严密性试压的试验压力等于最大工作压力。
标志
管道完成焊接、试压和防腐处理后,进行下沟、回填、恢复地貌和植被。下沟使用吊管机。回填土时,用带筛的螺旋回填机先回填细土,夯实后,再回填其余部分。回填后,在管道沿线设里程桩、转角桩、阴极保护测试桩和穿越标志等。当管道发生事故时,巡线员便可根据这些标志寻找管道的位置。根据施工结果绘制出的线路工程竣工图,标明线路实际位置以及地下构筑物和管道交叉的位置、试压段的起终点等,以便于检查事故和维修管理。