大直径水泥衬里钢管施工工法

'中国化学工程集团公司工法申报材料大直径水泥衬里钢管施工工法中化二建集团有限公司任凤辰殷敏杰张志强王哲1前言在国内外，海水作为水资源的利用，主要形式有二：其一是海水淡化；其二是海水直接利用。海水对金属材料的腐蚀性高于一般淡水，因此选材防腐是海水直接利用的首要原则。在国内，海水管路通常为钢管或铸铁管、钢筋混凝土管等。在新加坡海水提升工程项目中，海水主要用于工业冷却和消防用水，输送管道采用水泥衬里钢管。水泥衬里层，形成一层致密的保护层，有效的提高了输送管道的防腐蚀性，而且使用年限长（通常不小于30年）。本工法主要阐述对水泥衬里管道的切割、管道的组对焊接和焊口内壁的修补。采用钢平台、龙门架、组对工装等工具进行管道组对，大大提高了水泥衬里管道的施工效率；采用专用修补剂对管道焊缝进行修补，提高了施工质量和使用年限。目前，“大管径水泥衬里管道施工工艺”技术，在新加坡SRC炼油厂海水提升项目中，经过研发和实践得到很好的应用，取得了良好的效果，并且赢得业主及总包方好评，也为今后水泥衬里管道的施工积累了宝贵的经验，对水泥衬里管道施工技术的进一步成熟奠定了基础。2工法特点2.0.1与普通的钢管不同，内壁含有水泥衬里层，切割不当容易造成水泥衬里层的脱落。用气割火焰切割，难度大，会有大量熔池残留，切割不彻底。采用角磨机及水泥切割机进行施工，避免了以上问题，方便易操作。2.0.2水泥衬里层厚度10mm，直径大，硬度高，不易保证水泥面的平整和管口的椭圆度。管道下料切割完毕后，需要对组对的管口进行打磨处理，管口水泥面打磨平整后进入下道工序。2.0.3焊口组对时管口水泥面粗糙，直接组对焊接容易产生缝隙，会影响衬里管道的防腐效果。每个组对焊口的水泥衬里层截面，粘贴耐高温无石棉垫片，采用硅酸钠溶剂涂抹水泥和垫片接触面，如硅酸钠溶剂涂抹后，应及时粘贴垫片，以溶剂过干，不能很好的粘贴垫片，这就需用水溶性纸胶带取点均布固定垫片，然后涂抹垫片另一面及另一对口管端的水泥衬里层组对截面，涂抹完成后，及时吊装组对。2.0.4由于管径大，焊接过程中存在拉力，为保证管道的直线度，必须2名焊工同时在焊口相对位置同方向进行焊接。2.0.5焊缝内部的修补采用水泥修补胶涂抹在每个焊缝内部，修补后的管道，可更有效的延长其使用年限。地址：山西太原长风商务区谐园路9号1 中国化学工程集团公司工法申报材料3适用范围本工法适用于大直径海水输送管道的安装。该技术处于国内领先水平，具有很强的推广价值，在海水相关工程施工中，具有广泛的应用前景。4工艺原理水泥衬里钢管为外层保护层为A53B钢管，内层为水泥衬里层的复合管。根据钢管层与水泥衬里层物理特性的不同，尽管水泥衬里层经济，防腐蚀性能较强，有较好的耐磨性能，但其抗冲击韧性差，也就是抵抗冲击破损能力性能差，抗裂性、抗震性较差；相反，钢管具有好的抗拉、抗压强度以及韧性和硬度，保护着水泥衬里层不被破坏，而且可加工性能优异。该工法管道切割采用角磨机及水泥切割机进行切割，并对每个水泥面进行打磨，保证密封面的平整；管道组对采用钢平台、龙门架及组对工装，对焊口进行组对；钢平台稳固且不易变形，可方便管道的切割、打磨和焊口组对的施工；管道焊口一端放置平台支架上，一端采用龙门架吊起，龙门架在制作前必须经过新加坡当地有资格的设计对龙门吊强度及应力计算复验，复验合格后方可制作，吊装组对时采用导链和吊带调节管道高度和水平度；组对工装上的螺栓可有效调整错边量和焊缝间隙，保证焊口质量；焊缝内部修补，采用生产商提供的修补剂进行修补，增强管道的抗腐蚀效果，延长使用年限。5施工工艺流程及操作要点5.1大直径水泥衬里管道施工工艺流程（见图5.1-1）图5.1-1大直径水泥衬里管道施工工艺流程5.2操作要点5.2.1施工前，技术人员应熟悉图纸及施工规范，并编制施工方案，进行技术交底。5.2.2材料的领用，根据图纸及施工进度从甲方仓库领取将要预制的管段。5.2.3材料的验收根据水泥衬里钢管制作规范验收，水泥衬里层厚度为13mm,误差范围为（－1.6mm,+3.2mm）,水泥衬里层表面不得有裂纹，脱落现象。地址：山西太原长风商务区谐园路9号2 中国化学工程集团公司工法申报材料5.2.4运输和储存水泥衬里钢管在运输和储存过程中严禁管道的变形，以免损坏内部水泥衬里。运输和储存中除按照日常的一般要求外，还应重点注意如下事项：（1）管材的最大弯曲角度不大于5º。（2）运输过程中在管间应垫置吸震材料，见下图所示：（3）管口的封闭盖直至预制安装之前应保持在上面，保证内部衬里层，避免雨水杂物等进入。（4）管道内须设置支撑以避免存放变形，48″及56″管道内支撑设置间距为1800mm,堆放层数不超过两层。（5）使用的垫木应放置在距管头0.6m范围内，运输应使用减震好的拖车。大于0.6m的管材在卸车和安装中不允许吊装其中点位置，应使用两点或三点吊装设备进行吊装。（7）绑扎带应在运输过程中绑扎牢固并避免运输中管材之间管材与其他物体的碰撞，禁止吊装过程中使用吊钩等插入管端进行操作。5.2.5在施工方案中结合单线图按实际管道到货尺寸排版，在交底时向工人明确说明：下料前应仔细核对图纸尺寸，管材的下料以及三通支管的开口前均应按现场技术人员预先做好的排版图划线，QA/QC人员检查位置及尺寸，确定无误后方可进行下料。5.2.6焊口切割由于大直径管道可能会发生椭圆变形，切割前，需测量管口的椭圆度；切割时，需要仔细核对尺寸，确认无误后再进行下料，切割方向参考照管口椭圆度作为反变形的措施，进行切割。首先，采用DN150角磨机进行切割，按照放样进行切割，切割深度为钢管层厚度。在切割过程中，管道需固定，需要时可平稳滚动，方便切割。钢管层一周切割完成后，换用DN100水泥切割机对水泥衬里层进行切，切割需缓慢进行，控制好速度，防止水泥衬里层脱落。管道切割时一定要保证端面平齐，钝边齐整，以免造成切割该部位衬里层的损伤，影响焊接后地址：山西太原长风商务区谐园路9号3 中国化学工程集团公司工法申报材料人工内部接头修补。切割完毕后，采用角磨机对管道水泥表面进行打磨，保证管口水泥面平整度，坡口在30°～35°之间。（见图5.2.6-1），及焊接坡口（见图5.2.6-2）。图5.2.6-1打磨后的管口平面图5.2.6-2管口焊接坡口5.2.7焊口组对1按照水泥衬里管道工艺要求，组对前，每个焊缝间必须粘贴耐高温无石棉垫片，水泥面与垫片间采用硅酸钠溶剂涂抹均匀。2由于管道口径大，在组对过程中添加垫片不易操作。因此，在水泥面和垫片两面均匀涂抹厂家提供的硅酸钠溶剂后，先固定无石棉垫片在管口一端，再进行组对施工。固定无石棉垫片时，硅酸钠溶剂的粘合力不够，可采用少量可溶性纸胶带进行固定。3垫片固定之后，采用龙门架、导链、吊带和自制的组对工装进行组对，调节焊口错边量≤3mm，而后略停5-10min；焊口组对示意图见图5.2.7-1、图5.2.7-2和图5.2.7-3、图5.2.7-44按实际情况增加拉紧螺栓和顶丝数量，用拉紧螺栓强力将两管拉紧，螺栓用来调节焊口错边量，花篮螺栓用来调节焊缝间隙，夹紧垫片。5拉紧后将压出坡口处的硅酸钠粘合剂清理干净，采用点固焊。撤掉组对夹具，通知质检员检查验收，在图纸或现场焊口处做好标记，见图5.2.7-5。图5.2.7-1组对示意图地址：山西太原长风商务区谐园路9号4 中国化学工程集团公司工法申报材料图5.2.7-2组对示意图管道对拉紧后粘合剂清理图5.2.7-3地址：山西太原长风商务区谐园路9号5 中国化学工程集团公司工法申报材料图5.2.7-4组对工装图5.2.7-5组对焊口检查标记5.2.8焊口焊接1水泥衬里钢管规格56″和48″，钢管壁厚均为10.31mm，水泥衬里层10mm，材质为A134A234A53,焊条采用E7016（相当于国标E5016）,焊丝采用ER-7016（相当于国标ER50-6）。2管道焊口的焊接，采用V型坡口，采用电焊条，Φ2.6打底，Φ3.2填充；开孔三通，采用焊丝氩弧打底，Φ2.6和Φ3.2填充。水泥衬里管道焊口截面（见图5.2.8-1）图5.2.8-1管道焊口截面3焊接流程见图5.2.8-2地址：山西太原长风商务区谐园路9号6 中国化学工程集团公司工法申报材料图5.2.8-2焊接流程4焊接工艺评定采用ASMEIX《焊接和钎接评定》执行的现场焊接工艺评定（见图5.2.4-3）。5焊接过程中，防止焊口产生的的应力和变形，影响管道的直线度，每个焊口需两名焊工同时进行施焊，焊接点从管道180°两个点，同时针方向进行。6点固焊时，采用的焊材与焊接工艺焊材相同。焊缝尺寸(长度、厚度、间距或焊点数)应能保证焊缝在正式焊接过程中不会开裂。7焊接参数按照以焊接工艺评定为基础编制的焊接工艺规程进行施焊，具体见表5.2.8-3。8焊缝的外观检查：焊缝表面不允许有裂纹、夹渣、熔合性飞溅物；不允许有缺焊、漏焊、焊接不饱满、咬边；焊接高度控制在2mm～5mm之间。地址：山西太原长风商务区谐园路9号7 中国化学工程集团公司工法申报材料表5.2.8焊接参数表焊条直电流电压焊接速度热输入焊道数焊接层焊接工艺品牌AWS牌号径（mm）（A）（V）（mm/min）KJ/mm1打底焊手工电弧焊2.6LB52E701660-9020-2570-901.15-2.31填充焊手工电弧焊3.2LB52E7016110-14023-2680-1101.15-2.22填充焊手工电弧焊3.2LB52E7016110-14023-2680-1101.15-2.23盖面焊手工电弧焊3.2LB52E7016110-13020-2690-1301.25-2.15.2.9焊口内部修补1采用水泥衬里厂家提供的修补胶，蓝色树脂和白色硬化剂两组份按体积比1:1混合均匀。2修补前，确保水泥内衬表面清洁、干燥、无浮沉、无油迹。修补用量可根据焊口数量调配，大直径管道（48〞和56〞），一次修补量一般是1～2个焊口。修补施工时间不宜过长，一般混合均匀的修补剂在15分钟后会逐渐凝固，3采用工具：腻子刀（2把）、小灰泥板（可自制）。4管内修补属于密闭空间作业，必须严格遵守密闭空间作业规程，需要检查通风条件、气体浓度等，达到作业要求后才可以进行施工。5焊口内部修补作业，须由经过专业培训作业人员进行。节省了作业时间，同时保证了施工质量，减少了安全事故发生的概率。6管道最后一道焊缝的修补，采用焊口就近的人孔进行出入，通风设施在相邻的人孔处。焊口内部修补作业必须由经过专业培训的人员进行施工，节省了作业时间，同时保证了施工质量，减少安全事故发生的概率。7管内修补属于密闭空间作业，必须严格遵守密闭空间作业规程，需要检查通风条件、气体浓度、防护设施等，达到作业要求后才可以进行施工。8蓝色树脂和白色硬化剂的腻子刀不可混用，且使用完毕后及时清理。5.2.10管道焊接完成后，先经QA/QC人员检验合格后，待所有的管道安装完毕，并检查符合水压试压条件方可进行水压试验，试验合格后方可进行焊口补漆。6材料与设备本工法工程用材料按设计要求准备，施工用料及采用的主要机具设备见表6。表6主要机具设备一览表序号名称规格单位数量备注1汽车吊25t台1辅助吊装2龙门架3.5t台8辅助吊装3导链5t台8辅助吊装地址：山西太原长风商务区谐园路9号8 中国化学工程集团公司工法申报材料序号名称规格单位数量备注4吊带5t条8焊口组对、管道安装5角磨机DN150台6管道钢管切割6水泥切割机DN100台6水泥层切割7自制组对工装48″套4焊口组对8自制组对工装56″套4焊口组对9电焊发电一体机25KVA台8焊口焊接10红外线干烘箱YGCH-X-100台1焊条烘烤11恒温箱ZYHC-40台1焊条保温12焊条保温筒100KW个30焊条保温13外卡式切割机xzb1066-1230套1水泥层切割14外卡式切割机xzb763-914套1水泥层切割15电动试压泵0—10Mp台1管道试压16螺旋千斤顶15T台2支撑组对17螺旋千斤顶15T台2支撑组对18螺旋千斤顶30T台1支撑组对7质量控制7.1成立质量保证体系，确保工程质量。7.2学习掌握本专业工程质量规程，规范以及验证标准，做好对工程项目施工质量的监督检查。7.3执行标准：ASMEB16.5《管道、法兰及管件》ASMEB16.47《大直径钢法兰NPS26-60》ASMEⅡ《材料C篇焊条、焊丝及填充金属》ASMEB36.10M《焊接锻钢管和无缝锻钢管》ASMEIX《焊接和钎接评定》ASMEB31.3《工艺管道－压力管道规范》ASTMA123∕A123M-09《铁和钢制品镀锌层(热浸镀锌)的标准规范》AWSD1.1-D1.1M-2008《钢结构焊接规范》BS_EN_1090-2-2008《钢结构的施工技术要求》7.4控制程序7.4.1材料控制、材料鉴别及跟踪程序1由施工单位和业主或总包单位双方确认材料方面的资料表格，所用有材料请求表格，材地址：山西太原长风商务区谐园路9号9 中国化学工程集团公司工法申报材料料接收报告，材料过剩、短缺和损坏报告。2材料管理人员在材料控制系统中记录接收的材料，并进行必要保护和维护工作，也同时为了材料的追踪。根据货物的接收,材料管理人员应核实其数量、类型、等级，并填写材料接收报告，附上所有的制造商报告、证书、不符合项报告及业主材料管理人员提供的必要文件。所有损坏或短缺项将在“过剩、短缺和损坏报告”中标明，并向专业工程师和质量保证/质量控制部门提交一份材料接收报告的副本。3材料管理人员应向专业工程师或质量控制检查员澄清，以辅助材料检查，特别是设备接收工作。7.4.2切割及焊口组对质量控制1对水泥层的切割，需缓慢进行，避免因速度过快引起温度变化太大致使水泥衬里层脱落。2水泥衬里钢管的每个焊口，质检员都要进行在组对前后的检查和记录。3焊口组对前，质检员对水泥面及管道坡口都要进行仔细检查，确认无误后进行下道工序。4焊口组对时，严格按照操作规程进行施工，组对完毕后通知质检员检查，符合标准后方可施焊接。7.4.3焊接质量控制管道焊口的焊接采用V型坡口，手工电弧焊焊接，具体焊接参数参照焊接工艺评定。焊接完毕后，由质检员对焊缝外观进行检查，做好焊接记录。7.4.4焊口内部修补质量控制修补剂必须由参加过专业培训的人员进行操作，保证修补质量。每个焊口修补完毕后，由质检员检查并做好记录。修补完毕的焊口如图7.4.4-1，成型的修补剂与管道水泥内壁平滑过渡，图7.4.4-1修补完的焊口不允许有漏洞、凹坑、凸起。8安全措施8.0.1建立健全安全管理体系，配置专职安全管理人员。8.0.2本工程施工大部分有吊装作业，施工安全要特别重视，管道吊装前,必须对吊件进行一次全面的质量和安全检查,由相关责任人签字认可,以减少吊装作业的安全风险。8.0.3树立安全第一的观念，按安全法规条例搞好安全工作,吊装前,专业工程师必须向参加吊装作业的人员进行方案技术交底，所有施工人员必须进行严格的安全培训，合格后方可上岗，坚地址：山西太原长风商务区谐园路9号10 中国化学工程集团公司工法申报材料持班前安全会，每天进行安全检查。8.0.4施工现场设立专职安全员负责安全管理工作，现场设置安全专区，悬挂标志牌，配备消防器材。8.0.5所有高空作业人员均应进行身体检查，不合格者不允许进行登高作业。8.0.6所有作业人员要配有全套的劳保用品，并合格穿戴。高空作业人员必须持有高空作业证，必须系安全带，穿胶鞋。8.0.7吊装前需对施工人员进行详细的安全技术交底，吊装过程中的旗语、信号要事先进行演练。8.0.8过路管道吊装时，上下联络要清楚、准确、上下各设无线对讲机，建立通讯信号和联络制度。8.0.9注意天气预报，风力大于5级时，不得进行室外高空作业。8.0.10吊装的索具及吊带，必须采用经过严格检查并贴有合格标签的，有破损、有裂纹或无合格标签的严禁采用；吊车性能要稳定可靠。8.0.11电焊线和电源线要远离钢丝绳，距离2m以上或设有防护措施。8.0.12吊装作业时，整个现场由总指挥调配，各岗位分指挥应正确执行总指挥的命令，做到传递信号迅速、准确，并对自己负责范围内负有责任。8.0.13发电电焊一体机，设备本体必须接地，每个发电机必须配备至少一个灭火器。8.0.14管内施工需办有密闭空间许可证，通风设施、防护设施、救援设施必须齐全。8.0.15修补作业人员必须佩戴安全防护眼镜和胶皮手套。8.0.16在管内修补作业，必须是持有密闭空间证的人员，进入密闭空间最少两人，严格遵守密闭空间操作规程。9环保措施9.0.1建立环境管理体系9.0.2由项目部直接领导，具体负责对工地现场的环保工作。在施工现场设置专门的建筑材料垃圾箱，在施工现场各道路旁边和各装置区设置临时垃圾桶，每天由专人负责对工地建筑垃圾及生活垃圾进行监察和清理，并负责将其运至建筑垃圾及生活垃圾分类堆场，做到时时刻刻施工现场的清洁、整齐、无污染。9.0.3现场环卫人员每天对工地建筑垃圾及生活垃圾进行分类堆放，对有放射性、有毒性生活垃圾应按相关处理措施进行现场处理。9.0.4每星期由环卫部门专用车将工地建筑垃圾及生活垃圾运至当地垃圾处理站。9.0.5每周由工地环卫负责人召开一次全员现场环保动员会议，时刻绷紧现场施工人员的环保意识，做到施工所过之处，不留任何垃圾、余物。地址：山西太原长风商务区谐园路9号11 中国化学工程集团公司工法申报材料10效益分析中化二建集团有限公司承建的新加坡炼油厂海水提升及管网改造项目，在水泥衬里管道施工过程中，对各项资源优化配置，严格执行新加坡当地HSE要求及英美规范施工标准，已按期、优质、高效完成。在施工过程中，没有发生任何安全、质量及环境事故。在该项目水泥衬里管道施工过程中，特别是大口径管道，采用自制组对工装、龙门架等工具，相比此类管道传统施工，每道焊口节约2个人工，机械台班费用可节约1/2，水泥衬里管道的施工总工期缩短了33天，降低直接工程造价约43万元，值得推广采用。特别是沿海地区海水利用工程，如采用该工法，不仅可以缩短工期，而且还可降低工程造价成本。11应用实例通过在新加坡海水提升工程项目水泥衬里管道施工应用本工法指导施工，快速有效、安全、高质量完成了本工程大直径水泥衬里管道的施工，并形成本工法，为水泥衬里管道施工技术在国内的安装施工积累了成熟经验。地址：山西太原长风商务区谐园路9号12'