天然气管道施工技术

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摘 要：随着科学技术的发展,天然气管线施工质量也得到不断提高及保障.本文根据笔者多年的工作经验,对天然气管道施工过程相关问题进行探讨,供同行借鉴参考.

关 键 词：天然气；施工技术

国外天然气管道输送技术发展的一些特点,主要表现为提高输气压力、采用高钢级管材、干线采用大口径管道、输气干线呈网络化发展、采用高压富气输送工艺、高度的自动化遥控和先进的通讯技术、采用先进快速的管道机械化施工技术和装备等方面,这些经验和技术可供国内管道研究和施工人员学习和借鉴.

我国天然气管道的主要技术现状是采用国际上通用的TGNET、SPS、AutoCAD等软件进行工艺计算和特殊工况模拟分析；新建天然气管道设计压力高,并广泛采用了内涂层；主要工艺阀门大都采用气动、气液联动球阀,增压机组有离心式和往复式压缩机,驱动方式有气驱和电驱两种；管道用钢多为高强度、高韧性钢,新建管道普遍选用X70等级管材；生产管理采用SCADA系统进行数据采集、在线检测、监控,通过在线或离线等不同工况模拟进行优化运行[3].天然气管道敷设是比较复杂的安装工程,管道埋设在地下,安装与防腐是保证质量的关键,本文结合文献和笔者在天然气管道施工中的经验,探讨安装技术并对施工中常见问题进行分析判断,确保工程以更合理、更科学的方案进行施工.

一、放线与管沟开挖

放线首先得确定管的位置,然后通过固定桩,放线,一般距离50m定一桩.如果阀门井或坡度较大的地段管道位置的变化也可以缩短距离.把线和双石灰,确保管位置开挖不偏移.

对于管线在硷或沥表路面的,要求用切割机破路面,防止其他工具对路面造成强度及形状的破坏.城市道路下隐蔽设施及地下管线较多,因此天然气土方工程不允许采用机械开挖.

人工开挖管沟时上口宽度以（沟地宽度+深度×边坡系数）计,管沟边坡系数根据土壤类别及物理力学性质而定,当管沟深度<3m时边坡系数取0.33；当管沟深度多≥3m时,边坡系数为0.5.

沟底宽度按：DN≤400mm,底宽等于管外+0.6m；当DN≥400mm,底宽等于管外+0.8m.

开挖的土方不允许直接堆在管沟沟壁两边,以防止塌方,通常土堆距沟边不得小于5cm,便于管道组焊.

对于湿陷性黄土地区,管沟开挖不宜在雨季施工.若必须施工则应先做好沟内排水,开挖至沟底时预留5cm的土层作夯实及防潮处理,沟底要求平整无杂物,夯实后沟底表层土的干容重一般≥1.6×103kg/m3.

二、管道防腐及检验

据前苏联有关报导,他们高压输气管线事故不断下降的主要原因是提高焊接工艺和防腐工艺质量.实际上是在建造管线所用的钢板和焊管方面有了根本提高.因此,管道防腐及检验至关重要.高压管线采用D630×8的螺旋焊缝钢管；中压管线的管径主要有D426×7、D377×7、D325×6、D219×6、D159×6、及D114×6、,当管径时选用螺旋焊缝钢管,否则选用直缝钢管；高、中压钢管材质均为Q235.

钢管防腐前要进行认真检查,管子表面应无裂缝、节疤、内四等缺陷,管子壁厚符合要求,管口椭圆度的偏差在直径的1%之内.防腐前要注意钢管表面除锈处理,要求用喷砂（或抛丸）除锈,达到《船体除锈标准》（GB3092）的或（SYJ4007-86）标准中的近白级（Sa2.5级）.

天然气高、中压管设计使用年限为30年,对埋入无腐蚀性上壤中的钢管采用加强级防腐处理即环氧煤沥青一玻璃布共3层,总厚度≥5.5mm,对埋入软弱土基及腐蚀性上中的钢管要采用特加强级防腐处理环氧煤沥青一玻璃布共4层,总厚度≥7mm.防腐后外观测试要求表面平整,无气泡、麻面、皱纹、瘤子等缺陷；涂层的绝缘性则用电火花检漏仪进行检测,从管道一端测至另一端,以不打火花为合格.

防腐钢管在运输装卸及堆放过程中,要注意轻吊、轻放,不能破坏防腐层,管道与吊绳接触处要用厚的橡皮进行保护或用软带,不得与尖利石子、玻璃等硬物碰撞,同时保护管口,防止管口变形影响组焊.下沟前及回填前都应对防腐管道做全面的电火花检测,发现有漏点及时修补.

管道试压完毕焊口防腐时,除采用加强级环氧煤沥青或煤焦瓷漆以外,还可以采用热收缩套.当采用环氧煤沥青补口、补伤时,从除锈、配漆、缠包等环节需认真执行规范.防腐涂层结构及材料应与管道防腐涂层相同,补口时每层玻璃布应将原管端沥青涂层接口处搭接在5cm以上,补口后需经监理认可方可回填,坚决杜绝强度试验前补口防腐.

三、管道安装及检验

燃气管道下管前先检查管沟的标高、管基的质量,同时要特别注意防腐层是否破损.管道安装时采用的有关原材料、成品和半成品应有合格证书,在安装前按规范进行检验.一切非标设备、配件及允许现场制作的配件,应按设计要求制作,并作单体强度试验和气密性试验（试验压力与管道压力相同）合格后方可使用.

组焊前对管腔内清扫,管子若在地面上组对,用经过处理的吊链将防腐管吊起,高度距地面40～50cm,若在沟内组对焊接时,提前在焊口位置挖好操作坑；一般我们在施工中,对于DN<350mm管子多采用地面组焊、机械吊装下沟的方式；而对于DN≥350mm,管子多采用沟底组焊的方式,主要防止大口径管道自重过大而引起管道弯曲破坏绝缘层或影响焊口的质量.

坡口时用电动磨光机将管口加工成V型,角度为气60～70,钝边1～1.5mm,对口间隙1.5～2.0mm.错边量小于管壁厚度的10%,焊条的金属性和化学成分应要求与钢管相匹配,焊缝强度要高于管材.高压管道设计考虑了清管球的安全通球,管道安装中需要90转弯处要用两个45弯头代替处理.

焊缝、法兰和螺纹等接口不得嵌入墙壁与基础中,管道穿墙或穿过基础时必须设置在套管中,焊缝与套管一端的间距≥300mm,由于高、中压管道的各管段分别施工,各管段（含支管段）完成后,端头未接管时均用盲板堵死.管道若有法兰连接时,法兰接口不能直接埋入土中,要放置于检查井中.管道焊接完成后,要求进行100%的超声波探伤和X射线探伤,法兰接口处要做磁粉探伤.中压焊缝的X射线探伤数量按15%抽检,高压管按20%抽检.抽查的焊缝中不合格的超过30%者,则加倍探伤.若仍有不合格者,不合格部位返修后仍按原规定进行探伤.对穿越道路、铁路、断裂带、桥梁、管件接头处的管道均做100%的X射线探伤.

四、试验

高、中压管道下沟后需要用起点压力为0.1MPa的压缩空气进行吹扫,吹扫时逐渐提高风速,稳定风速不得小于20m/s而,用白布置于排出口检查,以吹出气流中无铁锈及赃物时为合格,每次吹扫的管道长度不宜超过3km,,吹扫后对阀门进行清洗,检查.

管道安装、吹扫完毕后进行机械强度试验和气密性试验,试验介质宜采用压缩空气,强度试验压力为设计压力的1.5倍,即高压为2.4MPa、中压为0.6Mpa,试验时压力应计量准确.进行打压试验时要在管道上敷设50～70cm厚的土,将焊缝留出,以备补口.强度试验与气密性试验分开进行,气密性试验压力为设计压力的1.15倍,高压为1.84MPa、中压为0.46MPa.气密性试验开始前,应向管道内充气至试验压力,保持24小时,达到温度、压力稳定.

五、回填及路面恢复

回填时应先夯实管底,管侧回土前必须有调直工序,防止管道铺设弯曲度超差.管道两侧及管顶以上0.5m内回填由人工夯实,分层厚度30cm,土壤中不能含有碎石、垃圾等杂物,也不能用冻土回填,超过管顶50cm时可使用小型机械夯实,每层厚度30～40cm；回填时要对土壤作密实度测试每50m分层取点,由专业实验室作土壤密实度试验.

路面工程：对硷及沥表路面下的3：7灰土垫层,拌和土不含杂质,颗粒过大的土块必须过筛处理,搅拌要均匀且不能在沟内拌和.路面恢复按原标号（或高一些）强度进行配合比.对砖面层,先细砂垫层找平后铺砖,铺砖后用细砂灌缝.

六、阀门井、地裂缝管沟处理措施

阀门井高压阀门井的设计压力为1.6MPa,采用国产手动球阀和气动球阀两种.中压阀门井设计压力为0.8MPa,一般采用手动球阀,涡轮传动球阀和手动蝶阀,高、中压波纹管补偿器采用轴向型内压式补偿器（TNY高压波纹管工作压力为1.6MPa.中压波纹管工作压力为0.6MPa.施工中当DN≤250mm,中压阀门采用手动球阀：DN≥300mm时中压阀门采用涡轮传动球阀.阀门安装在球阀的下方（按气流方向）,以便阀门的拆卸和装修.补偿器的安装技术非常重要,它的安装长度应是螺杆不受力时补偿器的实际长度,否则不但不能发挥其补偿的作用,反使管道或管件承受不必要的轴向拉压应力.一般在完成气密性及强度试验后才安装补偿器.但阀门井内管道支架采用钢结构时,支架宽要与阀门长度相同,支架高550mm,并用钢板垫至法兰底.井内刚性防水套管选用直径比天然气管道大50mm,钢套管与天然气管道间隙用50mm厚油膏和沥青麻丝填实,用于防水.

阀门井内管道防腐方法与埋地管道防腐相同,放散管、阀门除锈后刷黑色调和漆两,手轮（柄）刷红色调和漆.安装完毕后与管道一同吹扫,然后对阀门、波纹管进行清洗检查,并进行强度及气密性试验.

(一)牺牲阳极阴极保护

钢管在土壤中的腐蚀主要是电化学腐蚀.由于土壤中各种因素的影响,在管道表面形成宏观及微观的阳极区和阴极区,从而形成腐蚀电池.牺牲阳极法就是将电位较负的金属连接在被保护的金属结构上,使两者在土壤介质中形成宏观电池,前者电位较负而成为阳极受到腐蚀,而后者钢管成为阴极并产生阴极极化（电位变负）从而得到保护.

牺牲阳极阴极保护装置的组成

（1）牺牲阳极

本工程的牺牲阳极材料选用镁合金牺牲阳极（SYJ19-86）,一般为梯形截面的条状结构,中心有一连接钢筋,用以联接阴极.阳极采用水平方式埋设在距离被保护管道以上距离的土中,用来保护钢管和加强城市可能产生的杂散电流的排泄作用.

（2）阳极填包料

把牺牲阳极包裹在填包料内时为降低阳极的接地电阻.填包料采用天然纤维的棉布袋或麻布袋包装.

牺牲阳极填包料成分推荐如下硫酸钙15%,硫酸镁35%,膨润土50%.

（3）检查桩

设置检查桩是为了测量管道的阴极保护电位以了解管道保护状况.采用铜硫酸铜参比电极与高内阻数字表在上方潮湿土壤上进行测量.检查桩内的钢筋进行3油2布处理后,再放入筒体内灌注热沥青,钢筋不允许和筒壁接触.钢筋下端50mm长度直接焊在钢管表面,焊接后钢管和钢筋采用不低于管道表面的防腐处理.参数测试需在阳极埋入地下填包料浇水后,隔15天再进行.每半年一次测试钢管,保护电位应等于或负于0.85V（相对Cu/CuSO4）参比电极.检查桩露出500mm,表面除锈后涂三道氯化橡胶铝粉漆.

（4）测试桩

主要为测量牺牲阳极时的各种电参数,以了解管道阴极保护的工作状况.例如测量阴极的混合电位：阴极与阳极的开路电位：单只阳极和多极的电流发生量等.

根据沿线的土壤电阻率的测试结果,经计算高压管道约每300m设置一组阳极,偏差不大于15m；管线约3km设置一个检查桩,6km,设置一个测试桩.同时注意管道附近有电力电缆埋设情况下阳极应尽量远离电缆.管道下做水泥支墩的也应设置一只阳极.

(二)地裂缝处理

防腐管穿越活动等级为1、2级的地裂缝时作砖混管沟40～60m,底板压光,沟外壁用冷底子油打底,刷热沥青两度防水,管沟内充填松散粗砂.并在管沟两端各作一波纹补偿器井,波纹井盖板上设置一标志,即在沟两侧地面打钢筋桩,以便观察.考虑事故发生时及时切断,距地裂缝处各设置一座阀门井,也可与管线上相290～310m阀门井结合,但要注意安装两侧阀门井时,波纹管应靠近断裂缝一侧（波纹管与球阀对调）.

管道穿越活动等级为3、4级的地裂缝时,距地裂缝50m范围内不能设支管,管底埋深控制在1.2m～2.1m之间,并以中粗砂回填至管顶以上,长度前后各,其余不再作特殊处理.