浅析适应山区管道全自动焊的线路设计研究_罗扬.pdf

天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2023年2月收稿日期:2022-08-24基金项目:国家管网集团西南管道有限责任公司立项科研课题“山区管道全位置自动焊适应性研究”(KY2019-007)作者简介:罗扬(1989-)，男，四川泸州人，工程师，学士，主要从事石油天然气研究与设计工作。E-mail:luoyang_sw cnpccomcn浅析适应山区管道全自动焊的线路设计研究罗扬1齐建波2杨林1康凯1谌贵宇1葛华21 中国石油工程建设有限公司西南分公司，四川成都610041;2 国家管网集团西南管道有限责任公司，四川成都610041摘要:随着我国焊接技术的发展，在大口径高钢级的长输管道提高焊接效率和保障焊接质量方面，全自动焊技术是目前强力推行的长输管道焊接方式。但受限于设计理念、焊接装备能力、配套施工设备及工法等因素，国内还未在山区管道中应用全自动焊技术。国家管网集团西南管道公司组织设计单位、内焊机厂家、施工单位开展 山区管道全位置自动焊适应性研究 科研课题，着力提升山区管道的全自动焊技术。根据 山区管道全位置自动焊适应性研究 科研课题开题报告审查意见及计划任务书相关要求，为提高山区管道实施自动焊的比例，需从工程建设的源头设计进行优化，主要从设计工具升级后的精细化设计、限坡设计的选定线原则、施工断点优化、采取两段设计进行典型横面及纵断面设计、管材性能及几何尺寸优化设计、热煨弯管曲率半径优化等方面进行适应山区管道全自动焊的线路设计研究，为后续类似山区管道自动焊的线路设计提供借鉴。关键词:山区管道;自动焊;线路设计;精细化设计;选定线;施工断点;两段设计;管材;热煨弯管DOI:10.3969/jissn1006-5539.2023.01.004Study on route design of pipelines in mountainous areasfor full-position automatic weldingLUO Yang1，QI Jianbo2，YANG Lin1，KANG Kai1，SHEN Guiyu1，GE Hua21 CPECC Southwest Company，Chengdu，Sichuan，610041，China;2 PipeChina Southwest Pipeline Co，Ltd，Chengdu，Sichuan，610041，ChinaAbstract:With the development of welding technology，automatic welding technology is the techniqueat present to improve the welding efficiency and ensure the welding quality of large diameter and high steelgrade long-distance pipeline However，limited by factors such as design concept，welding equipmentcapacity，supporting construction equipment and construction method;the automatic welding technologyhas not been applied to pipelines in Chinas mountainous areas For this purpose，PipeChina SouthwestPipeline Company organized design consultants，internal welding machine manufacturers and constructioncompanies to carry out the scientific research project“Study on Adaptability of All-position AutomaticWelding of Pipelines in Mountainous Areas”，focusing on improving automatic welding technology ofpipelines in mountainous areas According to the review comments on the opening report of the scientificresearch project“Study on Adaptability of All-position Automatic Welding of Pipelines in Mountainous22油气储运与处理第41卷第1期OIL&GAS GATHERING,TRANSPORTATION AND TREATMENTAreas”of the national pipeline network;and the relevant requirements of the project plan tasks，it isnecessary to optimize the engineering design in order to improve the proportion of automatic welding ofpipeline in mountainous areas The pipeline design for automatic pipeline welding in mountainous area isresearched according to the refined design after the upgrading design tools，route selection principles forslope limiting design，optimization of construction break points，the adoption of two-stage design to carryout the typical transverse plane and longitudinal plane design，design optimization of performance of pipematerials and pipe geometry，and optimization research on radius of curvature of hot bends The aboveaspects are documented in this paper This study provides reference for the design of automatic pipelinewelding of the same nature in mountainous areaKeywords:Pipelines in mountainous areas;Automatic welding;Pipeline design;Refined design;Route selection;Construction break point;Two-stage design;Pipe material;Hot bends0前言截至 2020 年，国内油气长输管道建设总里程已超130 000 km，随着国家石油天然气管网集团的成立，到2025 年，国内油气管网规模将达到 240 000 km。未来一段时期，国内油气管网建设将迎来一个重要的历史机遇期，工程建设任务非常繁重。根据国内城市分布和自然地理特点，华东、华南和西南地区大部分以山地丘陵为主，为避让城镇规划和基础设施建设，今后山区管道在管道建设中占比越来越重。已建的中缅国内段、中贵、闽粤支干线等 70%以上位于山区丘陵地段，即将实施的川气东送二线工程川渝鄂段 80%为山区丘陵地段。随着信息化技术的不断发展，管道建设全面推行“五化”(标准化设计、工厂化预制、模块化施工、机械化作业、信息化管理)，对大口径高钢级的长输管道，采用全自动焊技术12 是目前强力推行的长输管道焊接施工方式。随着中俄东线(输送压力 12 MPa、钢级 L555/X80、管径 D1 422 mm、壁厚 30.8 mm)的全面建设，中国的全自动焊及其配套技术快速发展。目前，中俄东线平原段一般焊口基本实现全自动焊接，并同时配套形成相应的设计企业标准。在坡度12和坡长130 m 的陡坡段、连头、热煨弯管等位置，受焊接装备能力、施工设备能力及工法等制约，采用组合自动焊的方式进行焊接。目前，国内还未在山区管道中应用全自动焊技术，主要是受外部地理环境限制，自动焊及检测设备无法实施作业。对山区大口径管道建设，采用手工焊、半自动焊方式的焊接效率低，施工过程管控、焊接质量受人为等外部影响因素较大;全自动焊技术焊接效率高，可有效控制焊接参数范围及层道，可大大减少人为因素对焊缝使用性能的影响，方便施工焊接的过程管控，降低因山区段管道敷设地质条件复杂、易受地质灾害影响等危害因素产生的风险，大大提高施工质量及管道的本质安全3。综上，无论是提高山区管道焊接质量以保障公众和环境安全，还是提高管道施工工效以适应管网建设快速发展，亦或是提高山区管道建设技术水平填补山区管道全自动焊技术空白，开展适应山区管道全自动焊的线路设计4 研究是非常必要和紧迫的。1线路设计概述以往山区长输管道主要采取手工焊、半自动焊及组合自动焊实施，焊接效率低下，焊接质量不易控制。为保证山区沟下自动焊流水作业的实施，从设计理念源头要适应山区管道全自动焊的需求，核心在于线路限坡设计的选定线原则5 和施工断点优化。同时升级配套设计工具进行精细化设计，实现管材“对号入座”，形成真正意义上的“数字孪生体”6。采用两段设计法及二次航飞测量7，进行典型横断面及纵断面设计8，增加管沟变坡点参数和焊接作业坑位置的准确性。为适应山区管道全自动焊的实施，保障焊接质量，对管材部分性能指标9、化学成分、管端几何尺寸、管道对焊坡口形式等进行优化。考虑全自动焊柔性内焊机10 的通过能力问题，开展热煨弯管曲率半径11 相关研究。2适应山区管道全自动焊的线路设计研究2.1设计工具为适应山区管道沟下自动焊流水作业，升级现有设计工具，结合卫星遥感、航拍数据，以 GIS 技术为基础12，实现管道设计所需各种空间数据和专题数据的有效聚合、管理与共享的精细化设计，同时满足数字化移交的需求。以物料编码13 为引线，管材在钢管厂赋予其“身份证”编码，将管材“身份证”编码导入精细化设计平台，通过设计平台自动配管材顺序，生成焊口编号14，并根据航飞实测地形生成的变坡点生成冷热弯管的具体参数，生成每根直管和弯管的布管明细表，精准定位焊接作业坑位置，便于现场焊接作业坑的提前开挖，实现32天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2023年2月直管、冷热弯管的“对号入座”，较常规的由施工单位现场级配管材，更能保障山区管道沟下全自动焊流水作业的顺利实施。将附有“身份证”编码的管材按照级配顺序运送至施工现场指定位置，根据设计平台级配的管材顺序进行现场焊接施工，若现场出现线路改线或其他原因引起的管材里程或管材使用变更，及时反馈至设计录入平台，达到最后一道“死口”焊接完成即生成竣工图的效果，较常规的竣工测量后生成竣工图，更能满足数字化移交15 的需求，实现真正意义上的长输管道“数字孪生体”。设计工具展示见图 1。图 1设计工具展示图Fig1Diagram of design tool2.2选定线及施工断点优化山区管道线路选线时，线路、穿跨越、勘察专业宜共同参与;优先确定控制性工程(隧道、跨越等)的穿越位置;纵向控制线路的整体坡度(不宜超过 25)，尽量选择坡长较短、坡度平缓(不宜超过 25)、山型完整的地段通过;减少通过高陡