崔曉東，梁金超，楊 輝

中國(guó)石油管道局工程有限公司，河北 廊坊

1. 引言

沙特阿拉伯哈拉德地區(qū)地處熱帶沙漠，常年高溫少雨，氣候干燥，土壤腐蝕性強(qiáng)，該氣候及地理環(huán)境下對(duì)于埋地管道的耐腐蝕性及管道的熱脹性要求較高[1]。本工程輸送介質(zhì)為煉化后的廢水，含有大量腐蝕性物質(zhì)，因此其他管道無(wú)法滿足沙特特有的氣候環(huán)境，復(fù)合鋼管耐腐蝕、耐酸堿、耐磨損方面也十分出色，但是造價(jià)較高，所以本工程選擇了RTR 管道。

RTR 管道(reinforced thermosetting resin pipe)，中文名字是熱固性樹(shù)脂管道，俗稱玻璃鋼管道，它是由玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合而成。RTR 管道是沙特阿拉伯采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AWWA C950 和API 15LR 融合后對(duì)玻璃鋼管道的統(tǒng)稱，對(duì)管道的工作壓力和溫度有相應(yīng)的規(guī)定。沙特獨(dú)有的氣候條件使得RTR 管道廣泛應(yīng)用，其中包括循環(huán)水管路、閉式水管路、油污水管路、消防水管路和生活污水管路等[2]。目前沙特RTR 管道的連接方式分為兩種：承插式和螺紋式。因?yàn)槭┕ぞ嚯x較長(zhǎng)，所以本工程采用的連接形式為螺紋式。本文主要介紹RTR 管道安裝的施工流程和螺紋連接的具體施工工藝。

2. 工程概況

沙特阿美公司計(jì)劃在哈拉德和哈維亞的南部地區(qū)安裝氣體壓縮設(shè)施，目的是通過(guò)將井口背壓從600 PSI 降低到約300 PSI 來(lái)增加產(chǎn)量。作為該計(jì)劃的一部分，北部壓氣站管道項(xiàng)目將在位于沙特阿拉伯東部省南部地區(qū)的哈拉德和哈維亞天然氣工廠之間及周圍建造。

北部壓氣站管道項(xiàng)目線路總長(zhǎng)度為931 公里，其中包括碳鋼管道安裝728 公里、非金屬管道203 公里(RTR 管道安裝113.5 公里、RTP 管道安裝89.5 公里)，和沿線站場(chǎng)、閥室、井口改造、陰保及其他配套專業(yè)施工。

3. RTR 主要技術(shù)性能指標(biāo)

3.1. 管體結(jié)構(gòu)材料

管體分為三層，包括防腐蝕樹(shù)脂內(nèi)襯、結(jié)構(gòu)樹(shù)脂層和外部樹(shù)脂覆蓋層三種復(fù)合層壓板組成，使用環(huán)境的壓強(qiáng)以及溫度影響著樹(shù)脂類型的選擇，一般采用間苯型不飽和聚酯樹(shù)脂內(nèi)襯加間苯型不飽和聚酯樹(shù)脂結(jié)構(gòu)層、環(huán)氧乙烯酯樹(shù)脂內(nèi)襯加間苯型不飽和聚酯樹(shù)脂結(jié)構(gòu)層、環(huán)氧乙烯酯樹(shù)脂內(nèi)襯加環(huán)氧乙烯酯樹(shù)脂結(jié)構(gòu)層三種樹(shù)脂搭配形式。

RTR 管道的應(yīng)用彌補(bǔ)了之前的缺陷，與傳統(tǒng)管材相比具有以下特點(diǎn)：1) 密度小，質(zhì)量輕。RTR 管道重量只有鑄鐵管的1/6，水泥混凝土管的1/10，同時(shí)長(zhǎng)度比鑄鐵管長(zhǎng)6 倍；2) 機(jī)械強(qiáng)度高，抗壓強(qiáng)度接近鋼材；3) 抗沖擊性能優(yōu)良，不易受沖擊損壞；4) 耐久性及耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，在鹽堿地及地質(zhì)條件差的地下可靠性比傳統(tǒng)管道安全，使用壽命大大延長(zhǎng)；5) 管材內(nèi)壁光滑，對(duì)流體阻力小，不易附著沉積物；6) 不導(dǎo)電，不傳熱，保溫絕熱性好等特點(diǎn)[3]。

3.2. 管道主要參數(shù)

管道主要參數(shù)明細(xì)，見(jiàn)表1。

Table 1. Main pipeline parameters表1. 管道主要參數(shù)

3.3. 不同規(guī)格管道對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)M 值和機(jī)械緊固A 值見(jiàn)表2

不同規(guī)格管道對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)M 值和機(jī)械緊固A 值，見(jiàn)表2。

Table 2. M standard value and A value of mechanical fastening for pipes of different specifications表2. 不同規(guī)格管道對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)M 值和機(jī)械緊固A 值

4. RTR 管道安裝施工流程

RTR 管道安裝施工流程如下圖1 所示。

Figure 1. Flow chart of pipeline site installation and construction圖1. 管道現(xiàn)場(chǎng)安裝施工流程圖

4.1. 施工準(zhǔn)備

1) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，掌握螺紋式RTR 管道安裝施工的工藝流程和具體施工方法。

2) 對(duì)所用工器具進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，使其滿足驗(yàn)收規(guī)范要求。

3) 將報(bào)驗(yàn)合格的安裝材料、措施性材料及消耗性材料準(zhǔn)備齊全。

4.2. 測(cè)量放樣

按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)管道實(shí)際路由進(jìn)行測(cè)量放線，并做出標(biāo)記。

4.3. 管溝開(kāi)挖和沙墊層

1) 按照放線的標(biāo)記，主要使用機(jī)械進(jìn)行開(kāi)挖，修整及清理部分采用人工，部分光纜和管道穿越采用人工開(kāi)挖的方法。

2) 在驗(yàn)收合格的管溝底部鋪設(shè)一層150～200 mm 的細(xì)沙，并用水灑濕壓實(shí)。

3) 為確保RTR 管道施工質(zhì)量，在溝槽基底部、沙墊層及回填沙平整壓實(shí)后，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢查驗(yàn)收，合格后才能進(jìn)行下一道工序施工。

4.4. RTR 管道安裝

1) 安裝前必須檢查所有管道及其附件是否損壞，如發(fā)現(xiàn)損壞或與現(xiàn)場(chǎng)不符現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)和更換。

2) RTR 管道與管道、管件的連接應(yīng)采用螺紋、接頭或法蘭。

3) 每次施工前進(jìn)行預(yù)檢驗(yàn)，防止異物進(jìn)入正在安裝的管道內(nèi)；在施工操作時(shí)，不得讓廢棄物、工器具、附著物或其他材料遺留在管道內(nèi)。

4) 應(yīng)將螺紋接頭的內(nèi)螺紋一頭指向布管方向，安裝管段和配件應(yīng)穩(wěn)固地安裝在管墊層上，安裝方向詳圖見(jiàn)圖2。

Figure 2. Pipe installation direction圖2. 管道安裝方向

5) 對(duì)于管道連頭所需的管件，尺寸不盡相同。為了節(jié)省安裝時(shí)間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所需在工廠進(jìn)行加工，然后再運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連頭安裝。

6) 一段管道安裝完成后，應(yīng)對(duì)管道兩頭進(jìn)行臨時(shí)封堵，以免雜物進(jìn)入管道內(nèi)。

4.5. 管道壓力和泄露試驗(yàn)

1) 壓力試驗(yàn)：管道、對(duì)管連接、預(yù)留裸漏對(duì)管接頭待檢查，滿足上述條件得安裝管道應(yīng)承受4 小時(shí)的水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1562 PSI (以10"管為例)。按照下表3 中的步驟，將壓力逐漸升高至試驗(yàn)壓力。在每一個(gè)步驟中，都要對(duì)整個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行檢查，檢查是否有泄露，如發(fā)現(xiàn)有破裂或缺陷的管道、對(duì)接接頭應(yīng)當(dāng)拆除并更換，并重新進(jìn)行水壓試驗(yàn)直到試驗(yàn)結(jié)果符合要求為止。

Table 3. Pipeline test pressure表3. 管道試驗(yàn)壓力

2) 泄露試驗(yàn)與水壓試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，如發(fā)生管道泄漏，應(yīng)確定缺陷具體位置并進(jìn)行修補(bǔ)或更換。

4.6. 管溝回填

對(duì)于試驗(yàn)合格的管段，先回填200～300 mm 的細(xì)沙，然后再用選擇土進(jìn)行回填(沙土區(qū)域粒徑不得大于50 mm，石方區(qū)域粒徑不得大于150 mm)，最后再在最上面蓋上一層150 mm 厚的Marl (泥灰混合)土，確保管頂最小回填高度不低于900 mm。

5. 質(zhì)量控制

5.1. 人員方面

1) RTR 管道的安裝必須由經(jīng)過(guò)相關(guān)材料和設(shè)備使用的培訓(xùn)人員完成。培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)包括正確處理材料、設(shè)備的使用和熟悉制造商的說(shuō)明等。

2) 每個(gè)合格的安裝人員安裝的前5 個(gè)連接件應(yīng)該進(jìn)行完整的水壓試驗(yàn)，以此來(lái)測(cè)試安裝人員的實(shí)際技術(shù)水平。如果通過(guò)水壓試驗(yàn)，這種接頭應(yīng)該被接受為永久性接頭。試驗(yàn)接頭應(yīng)進(jìn)行至少1.5 倍管道設(shè)計(jì)壓力的水壓試驗(yàn)，至少2 小時(shí)且不得低于150 psi。

3) 安裝組織單位應(yīng)保存培訓(xùn)日志，記錄被培訓(xùn)人員的姓名、培訓(xùn)日期、培訓(xùn)內(nèi)容、授課人員和頒發(fā)培訓(xùn)證書(shū)或培訓(xùn)證明的產(chǎn)品制造商名稱。

4) 安裝RTR 管道系統(tǒng)的培訓(xùn)證書(shū)(或培訓(xùn)證明)必須從RTR 管道制造商手中獲得。本證書(shū)有效期為一年或項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間，以最長(zhǎng)為準(zhǔn)。

5.2. 材料方面

1) RTR 管道安裝前應(yīng)對(duì)管道和螺紋進(jìn)行外觀檢查，確保無(wú)損壞。

2) 所涉及的連接材料必須有合格的質(zhì)量證明文件，并確保符合要求。

3) 管道不能與地面直接接觸，應(yīng)放在枕木(或合適的支撐)上。

4) 如果管道儲(chǔ)存在貨架上，管道支撐寬度至少為75 mm，管道兩端1.5 m 內(nèi)加橫撐，中心距最大為3 m。

5) RTR 管道粘合劑必須密閉儲(chǔ)存，并且溫度不能超過(guò)38℃。

5.3. 安裝方面

1) 連接RTR 管道的安裝說(shuō)明應(yīng)符合制造商的建議或針對(duì)特殊作業(yè)而開(kāi)發(fā)的特定的連接程序。

2) 管子與管件安裝前必須清理干凈，不能有水和其他雜質(zhì)。

3) 底漆和粘結(jié)材料必須在有效期內(nèi)使用，其泄露或包裝開(kāi)啟儲(chǔ)存的不能使用。

4) 連接公稱直徑為250 mm 或者更小的管道可以選擇在旁邊或溝內(nèi)組裝，但大于250 mm 的必須在溝內(nèi)組裝。

5) 非金屬法蘭的螺栓緊固加設(shè)平墊。

6) 法蘭額定壓力要求和螺栓緊固程序和最大扭矩要求根據(jù)SAES-L-610。

7) 墊片材料包括彈性密封圈必須適合相關(guān)流體的要求和使用環(huán)境要求。

6. 螺紋連接的具體施工工藝和注意事項(xiàng)

6.1. 螺紋連接施工所用的工具/設(shè)備

1) 螺紋油(TF-15)。

2) 100%聚四氟乙烯膠帶：25 毫米寬，0.1 毫米厚。

3) 最終擰緊用的液壓動(dòng)力鉗(帶有正確的夾鉗、鑲件、工作說(shuō)明、液壓動(dòng)力源、負(fù)載指示器)。

4) 皮帶扳手(1 米長(zhǎng))。

5) 鏈鉗。

6) 起重設(shè)備對(duì)直管道。

7) 管道吊籃(防止對(duì)RTR 管道造成損傷)。

6.2. 具體施工工藝和注意事項(xiàng)

1) 在組裝連接時(shí)，內(nèi)螺紋通常固定到位，外螺紋旋轉(zhuǎn)至固定端。

2) 如果發(fā)現(xiàn)螺紋保護(hù)裝置沒(méi)有嚙合，要對(duì)這些螺紋進(jìn)行特別徹底的檢查，以確保在使用管道之前沒(méi)有發(fā)生損壞。每次上螺紋時(shí)，小心拆卸螺紋保護(hù)裝置，并檢查公螺紋和母螺紋的完整性和清潔度。檢查管體是否有任何損壞(如斷線。絲線應(yīng)無(wú)明顯的撕裂、割傷、磨傷、肩部或任何其他缺陷)。如發(fā)現(xiàn)損壞，需對(duì)管道進(jìn)行隔離，禁止使用。

3) 在組裝連接之前，應(yīng)該用干毛刷對(duì)螺紋進(jìn)行徹底的清理，以清除掉任何的沙子、灰塵和其他顆粒。清潔后，用一個(gè)正確的環(huán)規(guī)測(cè)量外螺紋，直至手緊的位置(見(jiàn)圖3)。

4) 在手緊的位置，注意和記錄螺紋的數(shù)量以及此標(biāo)記位置到螺紋平口之間的距離，被稱之為“A”(如果值A(chǔ) 寫在管道上或者由廠家提供，則可以跳過(guò)第3 點(diǎn)和第4 點(diǎn))。

5) 在此測(cè)量之后，需要用尺子測(cè)量?jī)?nèi)螺紋到管頭的深度值“M”，并注意記錄測(cè)量結(jié)果。

Figure 3. Measuring external thread with ring gauge圖3. 環(huán)規(guī)測(cè)量外螺紋

6) 將內(nèi)螺紋深度值“M”與M = 18.11 mm (8"的螺紋標(biāo)準(zhǔn)值)進(jìn)行比較。詳細(xì)介紹如下：

① 比如實(shí)際測(cè)得M 為19 mm，19 - 18.1 = 0.9 × 0.315 (常數(shù)，1 mm 內(nèi)應(yīng)有的牙數(shù)) = 0.28，表示應(yīng)該多裝0.28 個(gè)牙；

② 比如實(shí)際測(cè)得M 為17 mm，18.1 - 17 = 1.1 × 0.315 (常數(shù)，1 mm 內(nèi)應(yīng)有的牙數(shù)) = 0.34，表示應(yīng)該少裝0.34 個(gè)牙；

③ 比如標(biāo)記的A 為3.5 mm，4.0 - 3.5 = 0.5 × 0.315 = 0.16，表示應(yīng)該多裝0.16 個(gè)牙；

④ 比如標(biāo)記的A 為4.5 mm，4.5 - 4.0 = 0.5 × 0.315 = 0.16，表示應(yīng)該少裝0.16 個(gè)牙。

帶入公式FS = HT + PT，計(jì)算出需要機(jī)械安裝的螺紋式。

HT 表示人工安裝完成后外露螺紋的數(shù)量，比如為5 個(gè)；

PT 表示內(nèi)外螺紋經(jīng)過(guò)計(jì)算所得的需要機(jī)械安裝的螺紋數(shù)；

結(jié)合1 和3，PT = 0.28 + 0.16 = 0.44，那么機(jī)械安裝應(yīng)該為FS = HT + PT = 5.44 個(gè)牙；結(jié)合1 和4，PT = 0.28 - 0.16 = 0.12，那么機(jī)械安裝應(yīng)該為FS = HT + PT = 5.12 個(gè)牙。

7) 將聚四氟乙烯膠帶(俗稱生料帶)應(yīng)用到外螺紋上，它的規(guī)格為1" × 0.1 mm。按照順時(shí)針的方向從最外側(cè)開(kāi)始纏繞，向大的主體末端螺紋消失點(diǎn)移動(dòng)，留下兩個(gè)可見(jiàn)的螺紋，再返回至開(kāi)始纏繞的位置(見(jiàn)圖4)。

Figure 4. Handle the thread before installation圖4. 安裝前對(duì)外螺紋進(jìn)行處理

8) 使用足夠的TF-15 螺紋油刷在內(nèi)外螺紋上，以填充至一半的螺紋根部。順時(shí)針涂抹螺紋油，以確保聚四氟乙烯膠帶在組裝過(guò)程中不會(huì)松動(dòng)。

9) 在開(kāi)始組裝接頭時(shí)，將管道對(duì)準(zhǔn)正確的位置，用皮帶扳手旋轉(zhuǎn)管道，盡可能的將其旋轉(zhuǎn)入內(nèi)螺紋中，同時(shí)不斷的檢查是否對(duì)中。當(dāng)不能用皮帶扳手繼續(xù)旋轉(zhuǎn)之后，記錄當(dāng)前位置，并用安裝計(jì)算中所描述的進(jìn)行計(jì)算，就可以得出機(jī)械安裝旋轉(zhuǎn)的次數(shù)(見(jiàn)圖5)。

Figure 5. Manual installation pipe圖5. 手動(dòng)安裝管道

10) 將動(dòng)力液壓鉗放到連接管頭的加厚區(qū)域，并將鏈鉗固定到另外一頭的加厚區(qū)域。這時(shí)動(dòng)力液壓鉗頜骨安裝模具安全地接合管道，并開(kāi)始旋轉(zhuǎn)外螺紋一端使其向內(nèi)旋進(jìn)(見(jiàn)圖6)。

Figure 6. Hydraulic tong installation pipe圖6. 液壓鉗安裝管道

11) 一旦組裝完成，反轉(zhuǎn)大鉗旋轉(zhuǎn)，從管道上松開(kāi)鉗口，打開(kāi)閘板，從接頭上拆卸鏈條鉗，并從管線上移除大鉗。

12) 注意，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于大鉗在管道表面的作用，會(huì)在管道外表面出現(xiàn)一些劃痕，這很正常。管道兩端設(shè)計(jì)有額外的厚度(“管道加厚”)來(lái)處理這種安裝技術(shù)。這些劃痕深度的公差是這樣的，即從內(nèi)徑測(cè)量的管道最小總壁厚(TW，項(xiàng)目具體圖紙中規(guī)定的)應(yīng)滿足要求。

7. 結(jié)束語(yǔ)

螺紋式RTR 管道安裝施工全過(guò)程處于安全、穩(wěn)定、快速、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài)，我公司第一次進(jìn)行RTR管道的安裝施工，意義重大。它憑借著自身輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)質(zhì)性能，領(lǐng)先于其它管道，并受到中東市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)的廣泛應(yīng)用，所以RTR 管道也將會(huì)逐漸成為管道市場(chǎng)的主流。因此，RTR 管道安裝技術(shù)在中東市場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中推廣應(yīng)用前景廣闊[3]。而這種螺紋連接的方式也將會(huì)步入RTR 管道安裝的施工應(yīng)用當(dāng)中，取得更好的應(yīng)用效果。