电站机电安装管道工厂化预制技术应用

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关键词:管道工厂化预制;机电安装;抽水蓄能电站

管道工厂化预制是指通过详图设计软件对管线进行排料和分段轴测图设计，现场条件受限情况下，在工厂(车间)经过切割、坡口处理、焊接、热处理、检验、标识及防腐等工序，提前制造管道产品的过程。欧、美、日等发达国家管道工厂化预制率已达到90%，我国石油化工行业管道工厂化预制技术也已得到广泛应用，但水利水电机电安装工程中管道工厂化预制技术应用尚处于初步发展阶段。2018年丰满水电站全面治理(重建)工程应用管道预制技术，提高了管道制作、安装工艺水平，成为工程质量控制一大亮点，国家电网新源公司多次组织相关人员对其调研、学习。目前，管道工程正逐步由现场焊接施工向工厂内预制、现场组合安装的生产方式过渡，管道工厂化预制已成为管道安装工程的发展趋势。本文对抽水蓄能电站管道工厂化预制的特点、分类、工作流程等进行分析，并介绍了抽水蓄能电站管道预制工厂的设备配备实例等，以期为管道工厂化预制技术在抽水蓄能电站机电安装中的应用提供参考。

1抽水蓄能电站管道工程分类及特点

1．1主要分类

抽水蓄能电站管道工程按输送介质不同，可分为油系统、水系统和气系统:油系统管路主要用于导轴承、推力轴承及动力机构供排油;水系统管路用于技术供水系统、消防、渗漏及检修系统的供排水;气系统主要用于调相压水系统和检修用气的输送。按施工阶段，可分为预埋管路和明管管路:预埋管路是混凝土施工期间安装的管路，其出口位置必须进行三维测量定点，确保施工质量;明管安装，既要保证质量又要体现美观度，保证布局合理、排列有序、层次分明、横平竖直［1］。

1．2施工特点

一是施工环境空气流通性差。抽水蓄能电站一般为地下式厂房，进厂交通洞长度1．5km左右，机电安装过程中，永久通风设备未投运，施工区域空气流通性不佳，特别是在混凝土施工阶段，钢筋、管道、尾水管等切割、焊接产生的烟尘难以排出，给施工人员的健康带来危害。二是管道工程点多面广，工期紧，协调工作量大。抽水蓄能电站管道工程涉及消防、通风空调、建筑给排水、技术供水等多个专业，工作范围遍布地下厂房、开关站以及上下库，工作区域分散，和其他专业交叉施工多，需要配合好混凝土浇筑、砌体施工及装饰装修，在管道具备安装条件后，工期往往较紧，需要加班赶工。三是焊接质量要求高。管道相当于抽水蓄能机组的血管，其质量要求的重要性不言而喻。抽水蓄能机组管道材质大都为不锈钢，应采用氩弧焊打底，电弧焊盖面的焊接工艺;油系统管路对口焊接时，管道内还应充氩气，打压完毕后进行酸洗、钝化，并采用运行相同油料进行循环冲洗;所有的焊缝必须进行PT探伤检测，额定工作压力大于8MPa的管路对所有焊缝必须进行UT探伤检测。

2管道工厂化预制的优点

相对于传统的管道工程施工方式，工厂化预制优势明显，主要有以下几方面。一是有利于缩短工期。管道工厂化预制由于场地固定，实现了流水线生产，不受施工场地和气象条件的约束，也不受土建和设备条件的限制，可以实现与土建同步施工，最大限度地缩短施工工期。二是有利于质量控制。采用先进的焊接设备，焊接质量控制更加标准化，保证了焊接质量的稳定性。此外，通过预制安装管理软件、BIM和PDSOFTPiping设计软件以及二维码技术能够实现管道预制的精细化管理，确保工厂预制与现场实际的无缝对接，从而提升管道工程的整体质量水平。三是避免恶劣环境对施工人员的影响。工厂化施工，避免了粉尘及噪声，大幅度改善作业环境，体现了“以人为本”的管理理念，提升了职业满意度。再者，将大部分的管道焊接工作从洞室内移至工厂，有助于改善洞内的空气环境，从而减少对职工身体的损伤。

 3管道预制加工厂的分类

目前，根据厂房的移动性能、应用场景以及设备配置，国内的管道预制加工厂主要分为固定工厂型、现场简易型和移动集装箱式三类。三类工厂的主要特点及应用场景见表1。固定工厂型一般占地面积较大，建有标准厂房，配备有各种专业管道生产设备，辅助设施齐全，生产能力大，能够同时承揽多个工程，一般适用于管道安装量大、市场需求集中且稳定的情况，如大型石油化工园区。现场简易型一般服务于点状工程，比如抽水蓄能电站，在工地现场根据管道工程的特点，定制1～2个管道生产流水线，集中加工，该工程完工后，设备可搬运至另一个工程。移动集装箱式一般服务于线性工程和应急工程，比如石油管线，将切割、坡口、组对、焊接等工序所需的机械设备，分别集成到各自的集装箱中，形成模块化单元，设置灵活，不受场地限制。

4管道预制加工工作流程

预制及验收工作流程:二次详图设计→设计交底→排料、领料、下料→坡口加工→组对点焊→点焊检验→焊接→外观检验→无损检测→标识→记录→封堵、存放→移交安装。流程说明:①预制加工厂负责人根据设计提供的管道施工图进行二次详图设计，并报工程技术科审核确认。将详图信息(详图号、管段、焊口、支架等)录入计算机数据库，作为预制管道管理依据。②预制加工厂负责人根据二次详图设计制定月(季)度预制计划和进料计划，并向物资装备科提供进料计划，作为进料、领料参考资料。③预制加工厂负责人按技术方案和焊接工艺对预制操作进行技术交底，并按预制计划发放详图。④预制加工厂负责人按预制计划和详图进行排料，到管段原材库领料，并安排下料。⑤坡口加工操作员操控锯床和切割机进行管段的切割、坡口加工及打磨。⑥机械组对操作员进行管段的组对工作，组对后由焊工进行点焊。⑦自动焊接操作员操控悬臂式管道自动焊机，按设计详图进行焊接。⑧由质检员进行外观检查和无损检测，完成的合格焊口由预制加工负责人录入计算机，并在详图上进行标识。无损检测结果由质检员录入电脑，定期检查探伤比例完成情况并向预制加工厂负责人汇报进展状况。需返修时，由质检员通知相关作业人员实施返修、确认、报批、复验、登记等工作。⑨管段预制整体完成后，由预制加工厂负责人在计算机中做出特殊标记，并通知质检员进行整体检查。⑩质检员检验合格后，报总工程师、监理进行抽查检验，全部检验合格后，附二维码标识，存放于成品库［2］。

5管道预制加工厂的选型

管道预制加工厂的选型与项目类型(点状或线性等)、投资限制、管道特点、工艺要求、焊接工作量等密切相关。项目属“点状工程”还是“线性工程”，是一次性投资还是逐步扩能，决定了管道预制工厂的类型;管道特点及工艺要求决定了自动焊接设备的性能参数;焊接工程量决定了设备及成产线的数量。管道预制加工厂选型决策鱼刺图如图1所示［3］。

6实例分析

(1)平面布置及设备配置。以某抽水蓄能电站管道预制加工厂为例，介绍管道预制设备的选型及流水线布置。该电站总装机容量1800MW，安装6台单机容量300MW的单级混流可逆式水泵水轮机组，总工期58个月。管道预制加工厂房采用轻型钢结构，长66m，宽15m，高8m，内部设置原材料存放区、管道加工区和办公区、成品堆放区和小管径管道加工区。工厂采用封闭车间配备照明、消防、通风、采暖、围栏、起吊装备，确保加工厂内条件符合施工要求。工厂设备配置见表2［4］。(2)需要解决的重难点问题。①设计单位没有对电站进行BIM三维建模，进行管道预制时，需要自行建模，施工单位需要组建专业的BIM团队，做好轴测图设计。②相比石油化工与建筑机电，水电站管路异形管多、型号繁多，难以批量生产。此外，水电站预埋管路较多，为防止误差累积，管道预制时需要考虑预埋管头的实际位置、尺寸。管道预制要做好与现场的衔接，避免“闭门造车”。做好两次现场检查，一次是三维建模前，仔细检查现场与图纸的出入，确保建模的准确性;另一次是管道预制前，检查管道接口的位置尺寸是否与图纸相符，避免误差累积。③鉴于管路复杂，电站管路难以像建筑机电安装一样实现现场“零焊接”，安装过程中，需要设置“凑合节”现场施焊。“凑合节”位置的选择，既要便于制造、安装、运输和美观，还要考虑现场的施焊条件［5－6］。

参考文献:

［1］梅祖彦．抽水蓄能发电技术［M］．北京:机械工业出版社，2000:30－76．

［2］中华人民共和国工业和信息化部．管道工厂化预制技术规范:HG/T21641—2013［S］．北京:中国计划出版社，2013:1－10．

［3］祝俊斐，张静芬．管道工厂化预制及应用实例［J］．化工生产与技术，2015(4):57－60．

［4］武思进，池志超．工业管道安装工厂化预制技术的应用［J］．安装，2014(9):36－38．

［5］贺广利．管道工厂化预制的前景与瓶颈［J］．安装，2015(1):16－17．

［6］薛新铭，谭克林，胡春林．BIM技术在管道预制加工中的应用［J］．安装，2016(5):59－61．

作者：李明 陈大森 姚镇勇 单位：中国安能集团第二工程局有限公司