９８ 内蒙古石油化工 ２０１０年第１３期 浅谈天然气管道的安装技术 邓 屹，景丽晓，景晓强，李洪雷 （中原石油勘探局工程建设总公司，河南濮阳４５７００１） 摘 要：本文总结了我国天然气管道的研究进展，同时结合实际工作，介绍天然气高压和中压管道 施工中选材、安装、防腐、检测技术及常见问题判断与处理措施。 关键词：天然气；管道安装；新进展 中图分类号：ＴＥ９７３．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－－７９８１（２０１０）１３一ＯＯ９８一Ｏ３ 我国自１９５９年建成新疆克拉玛依至独山子输 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 油管道以来，随着大庆、胜利、四川、华北、中原、青 海、塔里木和吐哈等油气田的相继开发建设，油气管 道建设事业已取得了令人瞩目的成就。截至目前，我 国已初步形成了“北油南运”、“西油东进”、“西气东 输”、“海气登陆”的油气输送格局Ｌ１］。自２ｏ世纪７０年 代以来，随着原油长输管道的建设，我国的原油管输 技术不断发展，经过多年的技术攻关和技术改造，逐 渐缩小了与国外先进国家的差距，一些研究及应用 成果已达到或接近了世界水平Ｌ２叫］。 １我国天然气管道的研究现状 国外天然气管道输送技术发展的一些特点，主 ［参考文献］ ［１３李广．悬挂小套管修复技术的施工工艺［Ｊ］Ｉ胜 利油田职工大学学报，２００８，（３）：６２－－－６３． ［３］邓歆．油气田套损井检测及修复技术［Ｊ］．科技 致富向导，２００９，（８）：４８－－￣５０． Ｅｚ］ 韩殿军．套管损坏原因分析及补贴修复技术的 应用ＥＪ］．电大理工，２ＯＯ５，（２）：２７￣２８． ［４］ 宋生奎，石永春，朱坤锋，等．输油管道修复业 现状及其发展趋势Ｉ－Ｊ－１．石油工程建设，２００６， （３）．７～１１． Ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｓｍａｌｌ Ｃａｓｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｕｒｐａｎ－－Ｈａｍｉ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃａｓｉｎｇ Ｄａｍａｇｅ Ｗｅｌｌ ＷＡＮＧ Ｚ，ｌ —Ｐ ，ｚｇ ，ＨＥ Ｆｅｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｐｉｎｇ ，ＭＡ Ｌｉ。，ＳＨＩ Ｍｉｎｇ－－ｆｉａｎｇ。 （１．Ｔｕｒｐａｎ—Ｈａｍｉ ０ｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，ｘｉｎｊｉａｎｇ ｓａｎｓａｎ ８３８２００ ２．Ｔｕｒｐａｎ—Ｈａｍｉ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｏｉｌ Ｐｒｏｄｕｃ— ｔｉｏｎ Ｐｌａｎｔ ３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ， ６１０５００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｉｌｌｓ ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｈａｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｔｒａｔａ ｏｆ Ｔｕｒｐａｎ－－Ｈａｍｉ ０ｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，ｉｔ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｌｅｄ ｔｏ ｍｏｒｅ ｓｅｖｅｒｅ ｃａｓｉｎｇ ｄｅ— ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｄａｍａｇｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｌ ｃａｓｉｎｇ．Ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｇｍｅｎｔ ｉｓ ｌｏｎｇｅｒ ａｎｄ ｉｔ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｉｔ ｕｓｅｄ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｃａｓｉｎｇ ｔＯ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｒｅｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ａ ｌｏｎｇ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｅｇｍｅｎｔ ｏｆ ｄｅｅｐ ｗｅｌｌ，ａｎｄ ｓｏｌｖｅ ｍｕｌｔｉ－－ｐｏｉｎｔ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｔ ｒｅｐａｉｒ ｗｅｌ１．Ｔｈｉｓ ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｓｉｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｅｄ ａ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔＯ ｍａｎａｇｅ ｔｈｅ ｏｉｌ ｗｅｌｌ ｃａｓｉｎｇ ｄａｍａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｍａｌｌ Ｃａｓｉｎｇ；Ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ；Ｃａｓｉｎｇ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ 收稿日期：２Ｏ１Ｏ—Ｏ４—２１ 作者简介：邓屹（１９８Ｏ一），男，湖北襄阳县人，中原石油勘探局工程建设总公司助理工程师，工程建设专业，研究方向：工 程技术。 ２０１０年第１３期 邓屹等 浅谈天然气管道的安装技术 ９９ 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［５］。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 管内不能有杂物。管道敷设应尽可能在地面进行预 制组装，把适当数量的管子和管路附件组合在一起， 然后分段进行吊装连接，以减少焊口。根据运输和吊 装机具的能力，以及现场的实际情况，保证管段的各 组合部分在吊装时的牢固可靠，并使管道的挠度不 超过管段长度的１／５００。组装时避免强力对口，防止 产生附加应力。管端如有轻度变形可用专用工具校 正，不能用锤直接敲击管壁；当校正无效时将变形管 程以更合理、更科学的方案进行施工。 ２实际工作中的管道安装技术及注意点 目前国外主要是通过高钢级管材的开发和应用 可以减小壁厚，减轻钢管的自重，并缩短焊接时间， 从而大大降低钢材耗量和管道建设成本。此外，采用 复合材料增强管道强度的技术也正在开发，即在高 钢级钢管外部包敷一层玻璃钢和合成树脂［５］。采用 这种管材，可以进一步提高管道的输送压力，降低建 设成本，同时可增加管输量以及提高钢管抵抗各种 破坏的能力和安全性Ｃ６，７］。 ２．１ 管材选用 主要应考虑管径的大小、管壁厚度、材质及焊接 材料的性能。天然气管道管径的大小主要与流量、流 速有关，根据介质的压力值、管顶的复土深度及荷载 的分布形式确定管材与管壁厚度。焊接材料的选用 根据母材的化学成分，机械性能和使用条件综合考 虑。当同种钢材焊接时，焊接金属的机械性能和化学 成分与母材相当；异种钢材焊接时，焊接材料应按合 金含量较低一侧的钢材选用。选用的焊条药皮要均 匀、无明显的裂纹、脱皮、表面无孔、焊芯无锈蚀等现 象；存放时注意防潮、防雨、防霜及油类侵蚀。例如在 西安市天然气高中压管网的设计中，钢管的材质均 为Ｑ２３５，高压管网设计压力ＰＮ＝１．６ＭＰａ，选用 ＤＮ６３Ｏ×８的螺旋焊缝钢管；中压管网设计压力ＰＮ 一０．４ＭＰａ，管径≥ＤＮ３２５×６时选用螺旋焊缝钢 管［引。 ２．２ 管道及附属设备的安装及注意事项 前苏联掌握了一套先进的施工技术，拥有一整 套自动化和机械化程度极高的施工装备，靠高度专 业化的流水作业，合理的工程方案和严格的组织管 理，具体包括：模块化施工技术。前闪光对接焊工艺； 先进的移动式预制厂；先进的机械化施工装备，包括 高速焊接机组、系列挖沟机、系列冷弯弯管机、系列 吊管机、特重型运管机、履带式沼泽越野运输车等。 我们在实际的安装过程中应该注意以下几个方 面Ｅ 。 管道敷设布管时注意首尾相接，相邻两管口应 呈锯齿错开，组对前应在距管沟边缘ｌｍ以外做好 支撑，其高度为４０￣５０ｃｍ；同时要对管内进行清扫， 段切除以保证管口椭圆度偏差在直径１ 之内。 对口与焊接对口前应将焊接端的坡口及内外管 壁２０ｍｍ范围内的污垢、铁锈，毛刺清除干净不能有 裂纹及夹层等缺陷。两管的中心线要在一条直线上， 管子和管件对口做到内壁平齐；等厚对接焊缝不超 过管壁厚度的ｌＯ （≤ｌｍｍ），不等厚对接焊缝不超 过薄壁管管壁厚度的２Ｏ％（≤２ｍｍ）。管子对口找正 后，先用点焊固定。根据管径大小确定焊点数，每处 点焊长度为８—１２ｒａｍ，点焊的高度为管壁厚度的２／ ３，点焊的操作工艺应与正式焊接相同。管道焊接时 要垫牢，不能将管子悬空以避免焊缝在焊接及热处 理过程中产生附加应力。 管道多采用多层焊接方式，施焊时层间熔渣应 清除干净，并进行外观检查，合格后方可进行下一层 焊。每道焊口必须连续焊完，两相邻焊道起点位置应 错开２０－－￣３０ｍｍ。露天焊接时，必须采取适当措施以 保护焊接处不受风、雨、雪的直接影响。管道弯头的 弯曲部分不允许有对接焊缝，焊缝与弯曲起点的距 离大于管子外径一般不得小于１００ｍｍ。钢板卷管对 焊时，纵焊应互相错开１００ｒａｍ以上；并且焊缝上不 能开孔连接支管。管道变径时宜采用偏心异径管，同 时注意焊接时保持管底平齐。焊缝返修不能超过两 次，母材上的焊疤，擦伤等缺陷应打磨平滑，深度大 于０．５ｍｍ的缺陷应修补。凡是可以转动的管子，都 应采用转动焊接，应尽量减少焊口及仰焊，保证焊接 速度与焊接质量。焊完一道焊缝应在介质上游方向 距焊口１００ｍｍ处标出焊工代号，但高强钢不得打钢 印。管道穿墙基时应设置套管，套管口应与墙面相 平，套管内径比管道外径大２０￣３０ｍｍ，间隙用沥青 油麻绳或石棉绳填塞。套管内的主管上不允许有焊 缝，套管不能当作支架来支承管子，要保证天然气管 能在套管内自由移动。 法兰连接主要用于检修时需要拆卸的部位与带 法兰的阀件和设备等，如果过多地用法兰连接，将会 增加泄漏的可能并降低管道的弹性。天然气高、中压 ・法兰一般采用平焊法兰，要求法兰表面光滑、无砂 眼、裂纹、毛刺等以保证法兰强度和连接的可靠性。 法兰与管子焊接时，法兰的密封面应垂直于管子中 心线，其偏差度可用角尺和钢尺检查。平焊法兰与管 １Ｏ０ 内蒙古石油４Ｌ－ｒ－ ２０１０年第１３期 道连接时，法兰的内外两面都要与管子焊接，以防止 单面焊接时造成整个连接的突然断裂。法兰与法兰 连接时应保持在同一轴线，法兰螺纹部分要求完整， 无损伤，其螺孔中心偏差一般不超过孔径的５ ，并 保证螺栓自由穿入。螺栓紧固后应与法兰紧贴，不得 有楔缝，需要加垫圈时，每个螺栓所加垫圈不应超过 个。法兰连接应使用同一规格螺栓，螺栓及螺母的 一试验压力以最高点压力为准。吹扫的管道长度不宜 超过３ｋｍ，调压设施不能与管道同时吹扫，吹扫的起 点压力为０．１ＭＰａ，逐渐提高风速。强度水压试验压 力为设计压力的１．５倍，当试验压力为２＂￣＂３ＭＰａ时， 分两次升压，在压力为５Ｏ 试验压力时，稳压半小 螺纹应完整，无伤痕、毛刺等缺陷，安装方向一致，紧 固螺栓应对称均匀，松紧适度，紧固后外露长度不大 时，进行观察，若未发现问题便可继续升压直到试验 压力。当试验压力大于３ＭＰａ时，分３次升压，即在压 力分别为３０ 、６０ 试验压力。达到试验压力后稳压 ６ｈ，并检查管道有无断裂、变形、渗漏等现象，压降 于２倍螺距。法兰垫片要求质地柔韧、无老化变质、 分层及表面无折损，一般采用橡胶石棉板等。法兰不 允许直接埋地或装在套管内，一般法兰连接处应设 置检查井便于装拆。法兰与管道的焊缝或法兰之间 的连接处，应离开支架２００ｍｍ（个别对接焊缝允许 离支架边缘５０ｍｍ），最好能放在两支架间距的１／４ 至１／５处以保证最小弯矩。 波形补偿器安装一般在完成气密性及强度试验 后才安装补偿器。波纹伸缩节安装时必须注意方向， 一定要安装在球阀下方（按气流方向），以便阀门的 拆卸和修检；同时根据当时的气温用支撑装置调整 拉伸或压缩量，并与支撑装置一起安装在管道上，待 管道支架固定好后，再将支撑除去。 ２．３焊缝检查工作及形成焊缝缺陷原因 焊完后，对焊缝表面进行外观检测，焊缝表面不 得有裂纹、未熔合、气孔和夹渣等缺陷，形成这些缺 陷主要是由于以下技术不当造成的：①未焊透：主要 是坡口开得不正确，钝边太厚，对口间隙太小，焊接 速度太快，焊接电流太小，焊条熔点低，焊接表面有 脏物等；②咬肉：出现咬肉会减小了焊接的基本金属 厚度，使应力集中，降低焊件强度；⑧气孔：由于焊接 速度太快或电流太大，焊条潮湿或摆动不对，表面有 油脂，铁锈等；④夹渣：在多层焊接时焊渣清理得不 干净，熔化金属粘度大；焊条药皮太重，焊条摆动不 当而产生的；⑤裂缝：焊缝有硫、磷等杂质，或由于热 应力集中，冷却太快形成的。天然气管道焊缝的内部 检测要求进行１００ 的超声波探伤和Ｘ射线探伤，对 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２Ｏ 抽检，抽查的焊缝中 不合格者超过３Ｏ％则加倍探伤，若仍不合格全部探 伤，不合格的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、管件接头等处的管道均 做Ｘ射线探伤 ２．４管道分段耐压试验 天然气管道用压缩空气作为试验介质，压力表 的精度等级不应小于１级，而且压力表不应小于２ 块，分别装在管道两端。对于地形起伏变化较大处以 小于２ 试验压力时强度试验为合格［８］。强度试验合 格后方可进行气密性试验并要求两种试验分开进 行。气密性试验压力为设计压力的１．１５倍，压力达 到工作压力时，恒压保持２４ｈ，当ＤＮ≤３００ｍｍ时，允 许压降率为１．５ ；若压降率超过上述数值时，应找 到漏气处将其消除，然后进行复试直到合格。 ３结论 国外在天然气管网优化设计和优化运行方面有 成熟的技术和应用业绩。在管道设计方面，对管径、 壁厚、压缩机站数、位置、站间距、每座压缩机站的运 行条件、最大允许工作压力等进行优化，以最大限度 地降低管道建设投资和运行费用。目前，我国天然气 管道工艺设计还未形成以数据库为基础、工作站为 中心、各专业计算机配套的集成网络系统设计环境。 本文主要结合实际工作，介绍天然气高压和中压管 道施工中选材、安装、防腐、检测技术及常见问题判 断与处理措施。 ［参考文献］ ［１］ 王疆戈．管道现状［Ｊ］．中国石化，２００４，２２６ （７）：１８～１９． ［２］缪焯绵．烃类气体和液体的管道设计［Ｍ］．北 京：石油工业出版社，１９８ｏ． ［３］ 孙树山，刘涛，高海峰．大型悬索管道的跨越施 工［Ｊ］．石油工程建设，２００２，（６）． ［４］梁翕章．管道建设的基本规律［Ｊ］．油气储运， ２００３，２２（１２）：１～９． ［５］宋艾玲，张树军．我国油气管道现状与发展趋 势［Ｊ］．油气田地面工程，２００６，（６）． ［６］王功礼，王莉．油气管道技术现状与发展趋势 ［Ｊ］．石油规划设计，２００４，（４）． ［７］ 马志祥，梅云新．我国油气长输管道的技术现 状及差距分析［Ｊ１．油气储运，２００４，（３）． ［８］余洋．中国油气管道发展现状及前景展望口］． 国际石油经济，２００７，（３）． ［９］ 石字熙。天然气管道安装与防腐技术口］．化工 设备与管道，２００１，（３８）：４２＂－＇４４．