管道预制工厂化综述

摘 要：本文对管道工程施工预制工厂化提出了一种模块化、系统化的预制模式，适应不同规模、不同地点、不同要求、不同种类以管道为主的工程建设的特点，全方位的涵盖井口、集输、厂（站）的建设工程项目。

关键词：管道 预制 工厂化 工程预制

结我公司这几年的管道预制工厂化施工经验，在此对于预制工厂化短工期、高质量、保安全的技术进行整理归纳。

一、预制工厂化整体运作三种模式

预制工厂化主要有三种模式：工厂型工程预制模式、现场型工程预制模式和移动型工程预制模式。

工厂型管道预制模式是将部分工作在固定的工厂内完成，然后运输到现场进行组装。其主要适用于结构复杂或有特殊要求、不适于或现场施工条件不能满足施工条件的特殊材料以及便于运输的小件、阀组等批量、规模化生产。

现场型管道预制模式是将不适应长距离运输的撬装设备、工艺阀组、工艺管道等在施工现场临时开辟一个简陋施工场地进行预制，以满足短距离的运输安装。

移动型管道预制模式则是在炼油化工场站建设及集输管道、长输管道施工过程中，采用集装箱或类似移动式厂房内加装独立式焊接工作站，随工程施工地点的变更而移动安装位置，实现管道预制的现场最近距离化。

二、管道现场预制工厂化整体生产工艺流程及核心要素

1.主要整体生产工艺流程

无论哪种预制模式，工程预制系统的整体生产运作工艺流程主要如下：根据施工图及相关标准，绘制施工用单线图（或立体空视图），根据单线图所提供的数据进行领料、下料和坡口制备及组对、自动化焊接，然后进行无损检测、防腐、储存、运输、现场二次组对等施工，达到最大预制深度同现场施工并行运行或提前完成，缩短现场施工时间，从而在保证质量、安全的前提下缩短整体工期，降低劳动强度和对人员技能的依赖，提高劳动生产率和质量合格率。

2.核心要素

主要有三方面：单线图绘制及其软件的选择、设备的合理选配、合理的工艺流程及平面布置。

2.1单线图绘制及其软件的选择

其主要内容就是根据施工图纸或现场测量及复核后的数据绘制管道安装所要求的单线图（或立体空视图）。该工序是预制的重中之重，可以称之为预制的灵魂所在。该工序确定了预制用短接长度、数量和法兰管件、阀门等管路附件的规格型号及数量、焊缝数量及位置、无损检测方式与数量等，决定了后续预制工序的准确程度与施工效率。

单线图（或立体空视图）一般由工艺工程师采用专用绘图软件绘制，使预制管段管理、无损探伤管理、材料配料管理、材料可追踪性管理。使管道预制过程的技术管理、质量管理、材料管理、探伤管理、进度管理等数据化，保证资料同步性。一般以三维立体方式显示。

对于新建厂站、集（长）输管线等单线图来自两个途径，一是会审合格的施工图，二是现场测绘及数据复核（特别是现场接头部位的测绘与复核），影响因素包括设备基础预制的误差、设备安装间距的变化等。

对于改扩建工程，单线图主要作为位置指导。现场测绘决定单线图的绘制质量，进而确定了预置深度和精确度。

2.2设备的合理选配。

设备的合理选配主要是指如何通过设备之间的互补实现发挥设备的最大性能，尽力减少对施工人员技能素质的依靠，将人为因素的影响降至最低。

目前来说，预制系统所需的设备种类主要包括检验检测设备、全自动焊接设备（含固定焊与转动焊两种）、等离子数控切割机、变位机构、测量设备、金加工设备等，其中最重要的设备是焊接设备。焊接设备目前已经有大量的全自动焊接设备。合理的选择自动焊接设备和配套设备实现流水加工预制作业，且布置简便、移动方便，从而充分发挥设备的功能与效率、降低闲置或浪费资源，在降低成本的同时发挥最大效益。根据我公司近年来的使用情况及自动化发展程度，建议采用三种焊接设备来实现不同要求：一种是焊接件转动自动焊接设备，即需焊接的管件进行旋转而焊接位置相对不变的滚动焊。主要针对直管与直管的二接一（两根管子通过中间的焊缝焊接成为一根整体）、直管段与法兰、弯头等回转半径较小的管件焊接。其特点是从组对、打底到填充盖面焊全过程自动化，满足绝大部分焊接工艺要求，效率是人工的7-10倍；第二种是全位置自动焊，即焊接件固定不动，焊接机头沿着轨道做爬行动作而实现焊接的自动焊设备。其特点是满足固定焊焊缝焊接需要，效率1-2倍。第三种是第一种设备的延伸与补充，是一种带有变位机构的简易焊接工作站，可调幅度大，是为实现复杂构件、需较大回转空间的焊接件的焊接而设计的一种设备，如复杂的汇管、阀组等。

2.3合理的工艺流程及平面布置

合理的工艺流程在此不多赘述，因为所有的工厂化预制流水线都是奔着自动化、流水化作业出发，均有其设计的特点，整体运作思想相似，区别最大的是平面布置。不同的设备选择决定不同的工艺流程与平面布置。下面图所示为在施工现场特意设计的简易全自动焊接流程，是采用焊接件转动焊接设备（二接一）+简易焊接工作站+全位置自动焊接设备组成的一种高效管道预制流程系统。

平面图示中，左上部为储料区域，主要是将所需管材放置在由工字钢组成的平行轨道上。为中上部的下料坡口制备区域提供管材。在下料坡口制备区域，主要负责通过机械加工、等离子或火焰切割来完成下料、切割、坡口制备等准备事宜。加工完成的部件通过运输线转运到左下角的二接一组对区域，在该区域设置有自动对管系统，完成焊缝的对中、组对、点焊固定工作。组对完成的的管线沿着横向传输线达到二接一焊接区域进行高效率焊接。完成二接一焊接的管线竖向传输到上部的二接一暂储区域，等待焊接检验合格后运往现场。如果道路情况允许长大件运输，也可到中部的组对平台进一步完成大型复杂件组装。右上角为管件、阀组组对焊接区域，其主要设备是简易焊接工作站。该区域完成阀组等不规则、小型复杂构件组装。大型组装平台区域设置有全位置自动焊接设备。在该区域根据编制的工艺流程等待组装、焊接检验或暂储。

该平面布置的充分考虑了适应在固定厂房内或施工现场临时开辟一个有限区域的简易施工场地。在图示中没有标注全位置自动焊接设备放置位置，是因为其是在现场不同的位置焊接。这样就形成了一个从坡口制备开始到对中、组对、焊接（包括预制和现场）的全过程自动化。分段焊接件转动焊接设备+全位置自动焊接设备+简易焊接工作站相互配合的方式，提高自动化程度，从而达到保证质量、效率高、成本低的全过程自动化焊接特点。

三、结束语

预制工厂化的实质是实现工序并行施工，把该在现场施工的内容提前或同时预制完成或预制工作转移到施工现场特意开辟的场地，利用不同设备之间的配合来完成预制流水线生产。现场型预制模式、移动型预制模式与工厂型预制模式在施工质量、工效上没有本质的区别，其实施方式的区别就是将设备合理布局装进标准集装箱内，能够方便的运输和快速装拆，在任意施工现场都可以模拟“工厂化”的作业环境而进行施工，减少道路运输对预制件的限制或对道路运输的依赖。

无论是对于油田地面建设、炼油化工装置建设还是集输管道、长输管道，建议采用焊接件转动焊接设备（二接一）+简易焊接工作站+全位置自动焊接设备的移动型管道预制工厂化模式。该模式自动化程度高、预制效率高、质量和安全有保证、弹性大（根据不同工作量，一般只需要调整简易焊接工作站和全位置自动焊接设备数量即可满足工作量翻倍的生产需求）、一次性投资小、占地面积小且极易实现。