管道工厂化预制推广应用

工序分解流水循环体系封闭成品出厂管道预制管理理念中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第一页，共77页。第一页，共77页。

管道预制管理核心以设计管理软件为龙头,夯实基础以施工管理软件为核心,打造精品以自动焊接专机为特色,实现突破中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二页，共77页。第二页，共77页。管道预制管理划分为三个阶段：１.技术准备阶段，完成详图设计，建立数据库，编制总体施工计划；２.施工准备阶段，完善材料管理，确定详细预制计划；３.工厂化预制阶段，生产出合格产品。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三页，共77页。第三页，共77页。技术准备阶段流程：基础数据库建立详图设计生成单线图、管段图到货材料检验信息录入详图设计软件现场施工状态管道安装计划管道预制计划技术准备过程管理软件施工准备中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第四页，共77页。第四页，共77页。施工准备阶段流程：材料配菜三天滚动预制计划材料防腐、色标移植数据导出材料领出数据录入管段预制计划施工准备过程管理软件技术准备工厂化预制中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五页，共77页。第五页，共77页。工厂化预制阶段流程：下料切割、打磨、管段编号标识、管件配套组对尺寸复验、管段形状保证、点焊、焊口标识焊接组对质量复验、焊接工艺保证、外观打磨成品总体尺寸复验、NDT、内洁、封口、分区标识数据录入数据录入数据录入数据录入预制过程资料生成数据导出管段出厂数据录入

工厂化预制过程管理软件施工准备中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第六页，共77页。第六页，共77页。为了实现工厂化预制流程，我们引进了目前国内较先进的管道详图设计软件—PDSOFT，自主开发了‘管道过程管理软件’，同时研发并逐步推行了自动化焊接生产线，近年已得到应用并初显成效。下文将就上述三个方面做简单描述。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第七页，共77页。第七页，共77页。第一部分：管道设计软件应用中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第八页，共77页。第八页，共77页。一．概述

1．软件的功能PDSOFT是建立在AutoCAD平台基础上的智能化三维计算机辅助设计软件，它能对从管路等级生成到出施工图的全过程提供有力支持。主要包括：工程数据库及管路等级生成、建模、碰撞、检查ISO（管线空视图）、材料统计表自动生成、PLAN（平、立剖面图）、BOM（综合材料表、工艺管段表、保温材料表等）、管道预制管段图及材料表、工厂模型效果图（渲染图、消隐图）等模块。

中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第九页，共77页。第九页，共77页。标准数据库P&ID管线参数库油漆库保温库管路等级库图形参数库管理系统建筑模型设备建模三维管道模型模型检查消隐渲染BOMPLANISO各功能模块间的关系中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十页，共77页。第十页，共77页。该软件采用管路等级和智能线模型，建模速度快、设计质量高，采用领先的全自动ISO图自动生成和标注算法，自动生成焊口、自动统计管线寸D、自动生成管道材料表和管段材料表。同时我们还引进一套IDF接口软件，可将PDS的ISOGEN所生成的IDF文件直接转化为PDSOFT的模型并自动建立相应的数据库文档。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十一页，共77页。第十一页，共77页。方便现场施工管理，有利于实现工厂化的管段预制。该软件如果与我公司的管道管理软件接口，就能实现管道预制过程的技术管理、质量管理、材料管理、探伤管理、进度管理等全过程计算机管理。通过该软件可以有效的控制预制进度，缩短预制周期，提高预制质量，实现资料同步性，从而节约生产成本，提高经济效益。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十二页，共77页。第十二页，共77页。2．软件主要的内容流程在PDSOFT3DPiping中，标准的所有内容都是参数化的，并由3DPiping数据库管理系统和3DPiping图形库管理系统提供支持。工程数据库是PDSOFT3DPiping的基础，用于存放管道设计过程中所使用的大量数据和参数。工程数据库存放的内容如下图所示。

中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十三页，共77页。第十三页，共77页。工程数据库总索引overall.dbf阀门库索引标准库索引特殊件索引端面匹配库语言对照表尺寸对照库分支表库代码对照表库隔热库油漆库压力表库元件图形索引项目库索引P参数对应表索引附件库阀门库索引标准库索引管子管件参数库螺栓螺母参数库管嘴参数库垫片参数库P参数对照表等级库索引项目隔热库项目油漆库垫片参数库等级分支表库管子管件阀门等级库螺栓螺母等级库中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十四页，共77页。第十四页，共77页。3DPiping数据库管理系统存放的数据对于配管设计是完备的，它可以容纳不同标准的数据存放在一个库中。由于标准有关内容是参数化的，遇到新标准时只需增加相关数据，从而使软件能够支持广泛的标准。现在软件中已提供了石化、化工、国际、ANSI四种标准的工程数据。3DPiping数据库管理系统除了管理标准参数信息外，另一个重要功能就是等级生成。在3DPiping数据库管理系统的支持下，可以快速建立项目等级库。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十五页，共77页。第十五页，共77页。管线三维模型图中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十六页，共77页。第十六页，共77页。自动生成的单线图中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十七页，共77页。第十七页，共77页。自动生成的管段分解图

中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十八页，共77页。第十八页，共77页。二、设计软件的发展优势和方向

管道预制设计软件采用等级驱动和智能线模型，建模速度快，设计质量高。更采用全球领先的全自动ISO图自动生成和标算法，成倍数提高工作效率，方便施工管理，具有很好的实用性、很强的功能。该软件突出的功能是预制管段设计管理。该软件与我们的现场管道管理软件接口后，使管道预制过程的技术管理、质量管理、材料管理、探伤管理、进度管理等会更加深入。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第十九页，共77页。第十九页，共77页。第二部分：管道施工管理软件应用中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十页，共77页。第二十页，共77页。我公司自主开发改进的“管道预制安装管理系统”软件包括焊缝信息管理模块、无损检测信息管理模块、器材需求信息管理模块、库存信息管理模块等管道施工信息管理功能，同时完善了自动配料功能。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十一页，共77页。第二十一页，共77页。该软件能够实现管道预制和安装过程的技术管理、质量管理、材料管理、探伤管理、进度管理、仓储管理等信息化管理功能，并将管理深度细化到每条管线、每个管段、每道焊缝、每名焊工等，可按任意统计时间给出工作进度信息。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十二页，共77页。第二十二页，共77页。管道预制管理软件运行流程中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十三页，共77页。第二十三页，共77页。图纸焊口信息中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十四页，共77页。第二十四页，共77页。图纸材料信息中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十五页，共77页。第二十五页，共77页。图纸支架信息中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十六页，共77页。第二十六页，共77页。组对报检信息中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十七页，共77页。第二十七页，共77页。焊接报检信息中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十八页，共77页。第二十八页，共77页。热处理报检信息中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第二十九页，共77页。第二十九页，共77页。管段出厂信息中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十页，共77页。第三十页，共77页。质量相关信息中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十一页，共77页。第三十一页，共77页。材料入库管理中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十二页，共77页。第三十二页，共77页。分包单位工作包划分中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十三页，共77页。第三十三页，共77页。材料发放管理中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十四页，共77页。第三十四页，共77页。材料表管理及入出库信息查询中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十五页，共77页。第三十五页，共77页。管线配料中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十六页，共77页。第三十六页，共77页。焊缝组焊查询中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十七页，共77页。第三十七页，共77页。第三部分:管道工厂化预制中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十八页，共77页。第三十八页，共77页。

施工划分四个工段：下料工段、组对工段、焊接工段和成品工段。全过程以预制委托和管段图为工艺包，实行流水作业

。一条生产线设置总协调人，每个工段设置工段长；各工段作业人员数视生产线规模确定，一般按2.5:3.5:3:1安排。一、管道预制生产线中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第三十九页，共77页。第三十九页，共77页。

1、下料工段：依据管段图和下料委托，完成领料、下料切割、坡口加工及管段标识。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC加工方法：管线材质管线直径切割工具坡口加工工具组对区域清理碳钢≤2″无齿锯角式磨光机角式磨光机≥3″车床／磁力火焰切割机车床／角式磨光机角式磨光机不锈钢≤2″无齿锯角式磨光机≥3″车床／锯床车床／坡口机合金钢≤2″无齿锯角式磨光机角式磨光机≥3″车床／数控火焰切割机车床／坡口机角式磨光机第四十页，共77页。第四十页，共77页。

２、组对工段：依据自动焊机焊接的特点，将预制焊口划分为一次组对和二次组对，也即简单组对和复杂组对；核实材料无误后，将管段通过滚动胎具等输送方式放到组对平台上进行组对；组对合格后，进行点焊和焊缝标识

。需要开孔的管段，组对后确定开孔位置并标识。运送到到焊接工段前，应将点焊处打磨成圆滑过渡，以便自动焊机施焊。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第四十一页，共77页。第四十一页，共77页。３、焊接工段：区分自动焊接和手工焊接。焊接完成后由焊工在标识框填写本人证件号，并及时进行报验。关于自动焊接下文做专题介绍。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC4、成品工段：负责检验管段尺寸、内部清扫、管口封闭、管段报验及摆放，并负责管段发放／移交。管段摆放和标识应便于区分材质、规格及设计分区。管段内部清扫采用压缩空气吹扫和人工清理相结合。第四十二页，共77页。第四十二页，共77页。

二、自动焊接技术的应用中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC

目前各行业工程建设中，管道安装大部分采用手工作业方式，劳动效率低，对用工数量需求大、人员操作技能要求高，给工程组织带来了非常大的难度。随着石油化工工业的发展，装置规模越来越大，工程越来约复杂，但施工工期越来越短，特别是管道施工尤为明显，管道焊接人员的数量及素质已远远不能满足施工需要，焊接质量也跟工程质量的要求相差很远，传统手工焊接已跟不上市场的需求。第四十三页，共77页。第四十三页，共77页。

管道自动专机焊接一直是全世界各厂家技术发展的关键点，而现阶段国内部分厂家实现了焊缝自动填充、盖面的工艺，但焊缝打底仍需手工操作完成。并且现有专机对工件规格的适应范围受限较大。我们与厂家合作开发的多功能管道自动焊机解决了焊缝自动打底问题，实现了管道焊口全过程的自动化焊接，达到了世界先进水平。焊接工作效率是手工焊接方式的5～8倍，对于厚壁管道可达10倍以上，显著降低了作业人员的劳动强度以及对作业人员操作技能的要求。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第四十四页，共77页。第四十四页，共77页。多功能管道自动焊机适合在工厂及施工现场等场合使用，具有较强的流动性，适于施工企业调遣频繁的特点。焊机作业地点，应设置防雨、防风设施，以保证焊接质量。对自动焊机的操作，宜专人专机，以利于焊机零部件的保养和维护。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC１、自动焊机管理第四十五页，共77页。第四十五页，共77页。

目前我们所研究和应用的管道自动焊机有四种机型，已经在青岛炼油项目、福建炼油项目和天津大乙烯项目中得到了很好的应用，取得了不错的成果，这四种焊机为：压紧式弯管焊接机、龙门式弯管焊接机、轻载多功能管道自动焊机和重载多功能管道自动焊机，各个焊机的性能及适用工况如下：２、自动焊机应用范围中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第四十六页，共77页。第四十六页，共77页。1）压紧式弯管焊接机适用于中长管线的填充和盖面，可放置在集装箱里，运输比较方便；要求直管长度范围为0.6m～8m；管径在DN80～DN500；壁厚在4mm～32mm之间；作业半径100mm～650mm；中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第四十七页，共77页。第四十七页，共77页。预制管段适用在两维空间，形状如下：二次组对焊口≤800mm

一次组对焊口中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第四十八页，共77页。第四十八页，共77页。

2）龙门式弯管焊接机适用于短管段的填充和盖面，也可放置在集装箱里，施工运输比较方便；要求管段长度范围为0.05m～3m；管径在DN80～DN300；壁厚在4mm～32mm之间；作业半径90mm～500mm；中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第四十九页，共77页。第四十九页，共77页。

适用管段形状如下：中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十页，共77页。第五十页，共77页。

3）轻载多功能管道自动焊机适用于中长管段的打底、填充和盖面的全自动焊接；要求管段长度范围为0.76m～8m；管径在DN80～DN600；壁厚在4mm～50mm之间；适用工件最大重量4t，适用配件最大重量1t；作业半径100mm～650mm；电源：380V，50Hz，3PH中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十一页，共77页。第五十一页，共77页。适用管段形状如下：二次组对焊口一次组对焊口≤650中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十二页，共77页。第五十二页，共77页。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC4）重载多功能管道自动焊机适用于大口径、厚壁中长管段的打底、填充和盖面的全自动焊接；要求管段长度范围为0.9m～8m；管径在DN80～DN800；壁厚在4mm～75mm之间；配备液压夹紧系统，管段最大重量8t，配件最大重量2t；作业半径100mm～650mm；电源：380V，50Hz，3PH；第五十三页，共77页。第五十三页，共77页。适用管段形状如下：中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十四页，共77页。第五十四页，共77页。1）多功能管道自动焊机组成机构多功能弯管焊接机适用于管线与管线、管线与管件、管件与管件（法兰、弯头、三通、大小头等）的自动焊接。配备了多功能焊接电源和双丝切换送丝系统，具备气保、埋弧、脉冲三种焊接方法，满足碳钢、合金钢、不锈钢焊接要求；气保焊实现了打底、填充、盖面一次成型，大大提高了焊接效率。采用数字信号操控面板，可存储30组工艺参数，焊接过程自动控制，降低了对操作人员技能的要求。３、自动焊机组成机构及工作原理中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十五页，共77页。第五十五页，共77页。整套设备主要由：滚轮架装置、机体立柱、压紧装置、焊接系统、自动焊核心部件及电控系统等组成：a）滚轮架装置由电机、减速器、主动滑轮，从动滑轮及对中调节机构组成，电机开启后，主动滑轮转动，从而带动工件转动，同时采用变频无级调速方式，可根据工件要求主动调节主动滚轮转动速度，也可根据需要选择正/反转，在焊接时的滚轮转动速度即为焊接速度。b）压紧装置主要功能是压紧工件以防止跳动，加强工件在运转时的平稳度。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十六页，共77页。第五十六页，共77页。c）焊接系统：由一个气保焊枪、一个埋弧焊枪、一台PipeProDuaLDXFeeder（双丝切换送丝系统）及一台MILTERPipePro450多功能焊接电源组成，负责工件的焊接和送丝。d）自动焊核心部件：焊缝跟踪器主要用于自动对中及跟踪焊缝。焊接摆动器，主要用于气保护单道焊实现增大熔宽，保证焊接成型效果。e）主控箱及操作盒：主要控制管子旋转驱动部件及升降机构，控制下焊剂、试气，和焊缝跟踪器的控制，摆动器的控制为可选项。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十七页，共77页。第五十七页，共77页。2）工作原理a）首先根据工件的大小调整主动滚轮结构，使工件平稳的放在主动滚轮上，并通过压紧装置压紧工件。工件通过自制小型吊车给焊机送料。b）启动自动焊接核心部件，对焊枪和送丝系统进行调整，对工件的焊缝位置进行跟踪，使之达到一个合适的位置进行打火焊接。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十八页，共77页。第五十八页，共77页。c）通过滚轮架装置的电机，转动主动滚轮，带动工件进行旋转，同时采用变频无级调速方式，主动调节主动滚轮转动速度，也可根据需要选择正/反转，使工件根据焊接需要进行有效控制，保证焊接质量和速度。d）工件焊接完成后，通过手动方式，松开压紧装置，调整各机构恢复到初始位置，并通过自制小型吊车将工件送至其他工段。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第五十九页，共77页。第五十九页，共77页。1）管道组对a）管道坡口采用机械方法加工，如果采用火焰切割，切割后坡口要保证表面光滑、角度一致，避免出现沟槽或凹陷表面缺陷。b）组对间隙偏差不大于1mm。c）外壁错边量不大于2mm。４、主要焊接工艺要点中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第六十页，共77页。第六十页，共77页。2）打底焊a）碳钢管道：打底采用实芯焊丝（Φ1.2）GMAW打底，100%CO2气体保护；

b）不锈钢管道：打底采用药芯焊丝（Φ1.2）MAG（FCAW）打底100%CO2气体保护或Ar与CO2混合气体保护；c）铬钼钢管道：打底采用手工TIG打底，焊丝规格Φ2.4，99.96%氩气保护；d）管道采用自动焊机打底前，碳钢管道、铬钼管道点焊缝要采用砂轮机打磨出金属光泽并圆滑过度；不锈钢管道点焊的焊材应为Φ2.0焊条，以防止焊缝氧化，同时用砂轮机打磨焊点使之圆滑过渡。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第六十一页，共77页。第六十一页，共77页。3）填充盖面a）碳钢管道：填充盖面采用实芯焊丝（Φ1.2）GMAW，100%CO2气体保；b）不锈钢管道：填充盖面采用药实芯焊丝（Φ1.2）GMAW，100%氩气和CO2混合气体保护；c）铬钼管道：填充盖面采用埋弧焊SAW，HJ250焊剂保护。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第六十二页，共77页。第六十二页，共77页。５、自动焊接在管道预制中的应用情况中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC目前自动焊机已在青岛大炼油硫磺回收装置管道预制中得到了实际应用，焊接的材质已涉及到碳钢、不锈钢和铬钼钢三种类型，自动焊机已具备了从打底、填充到盖面的全部自动化施工。通过自动焊焊接的工作量已占到预制总量的40%，同传统手工焊接相比，无论在一次焊接合格率上和投入设备的产出上都有不同程度的提高，一次焊接合格率从手工操作的95%提高到98.04%，单台设备每天预制焊接能力从手工操作的50寸D提高到200~240寸D。第六十三页，共77页。第六十三页，共77页。我们以青岛大炼油项目硫磺回收装置工作量统计为例说明统计项目工作量（寸D）自动焊所占比例（％）焊接总量8541026.6其中含夹套管15752预制总量5740439.6其中含夹套管10985DN80～DN800预制总量3193471.2适用自动焊总量22751其中含夹套管2037中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第六十四页，共77页。第六十四页，共77页。a）人员投入中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC项目单台设备产量（寸D/天·台）电焊管工人工费（元/天）自动焊全自动焊接200操作手5人点焊工4人打底焊7人自有职工4人操作人员8人普工20人4650中长管工作站240手工焊普通焊机50焊工18人自有职工36人6240—1590元/天全自动焊与手工焊的工效对比以每天完成880寸D为例，以直接费做对比分析。第六十五页，共77页。第六十五页，共77页。b）设备投入中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC项目数量单台折旧费（元/天）合计（元/天）自动焊全自动焊机（重载）1台75.6672.4全自动焊机（轻载）1台53.9中长管工作站1套61.7普通焊机8台5.7×8=45.6管车床1台73.6半自动磁力切割机2台1.2×2=2.416t吊车2小时750×0.25=187.5其他172.1手工焊普通焊机20台5.7×20=114.0880.616t吊车1台750.0砂轮机20台0.83×20=16.6—208.2元/天第六十六页，共77页。第六十六页，共77页。c）消耗材料项目费用合计备注自动焊焊丝13×11=143.0166.8其他消耗材料用量基本相同。氩气、CO2

23.8手工焊焊条26×6=139.5139.5+27.3元/天对比结果：直接费合计自动焊较手工焊节余1770.9元/天，合2.01元/寸D。中国石化集团第四建设公司TheFourthConstructionCompanyofSINOPEC第六十七页，共77页。