氧气管道的设计与施工质量管理

冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015年第 10 期 总 第 188 期 氧气管道的设计与施工质量管理 王继铎 （本钢板材股份有限公司氧气厂， 辽宁本溪117000） 【摘要】从设计、 资材采购验收、 施工管理、 试验验收四个方面针对如何提高氧气管道施工质量进行总 结， 提出了一些行之有效的措施、 方法。 【关键词】设计； 双向密封； 分段吹扫 【中图分类号】TQ116.14【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2015)10-0025-03 A Discussion on the Quality Management of Design and Construction of Oxygen Pipeline WANG Jiduo (Oxygen Generation Plant of Benxi Steel Plate bidirectional sealing; sectional blow sweeping 1引言 在冶金企业中， 氧气生产有着极为重要的作用， 氧气产品的稳定供应直接关系到最终产品的产量和 质量。 做好氧气保供工作包含两方面内容， 生产和输 送。 生产方面， 一般制氧厂都设置液体储槽和汽化输 送装置， 有比较可靠的保证措施； 输送方面， 通常氧 气输送管道不设置备用管路。 显而易见， 如若管网出 现问题， 将直接影响到炼钢炼铁生产。 氧气管道的稳 定运行既依靠严格的运行管理和维护，更依靠可靠 的施工质量以及规范合理的设计。 本溪钢铁公司 2013 年投资建设一条氧气管道， 从设计、 资材采购验收、 施工管理、 试验验收各方面 多措并举， 确保施工质量和投产后稳定运行。 2严格执行规范并结合实际优化设计 2.1合理选择管径 根据 GB16912-2008深度冷冻法生产氧气和 相关气体安全技术规程 的要求， 当管线工作压力在 1.0 MPa3.0 MPa 之间时， 管线最高运行流速不超 过 15 m/s。根据终端用户需要， 该管道最大流量达 到 100000 m3/h， 工作压力 1.2 MPa， 按最大流速计 算管径： 100000123600=仔r215， 经计算 r=0. 22 m， 为确保氧气的流速不超过规定值， 取整确定 管线公称直径为 DN500。 2.2合理设置管道膨胀节 根据以往氧气管道施工和使用经验，设计者将 此管路中所有膨胀节由竖直方向改为水平方向设 置， 减少了气流冲击， 避免管道吹扫不净， 积存杂质， 有利于安全运行。 2.3设置单独吹扫阀门 为保证吹扫效果，设计者在每一处管道低点均 设置了吹扫阀门， 管道全线共设置了 7 只吹扫阀门， 吹扫管道和阀门口径为 DN100。依据规范， 吹扫管 道选用不锈钢材质， 阀门选用铜基合金阀门。 为谨慎 起见， 此吹扫阀门仅限于惰性气体吹扫管线之用， 非 应急情况下， 不做为氧气管道卸压用途， 管道卸压另 行设置单独阀组以满足规范要求。 2.4选用性能可靠的双向密封阀门 公司以往氧气管道阀门均采用单方向密封铜材 质截止阀， 实际在管线停送气和施工过程中， 要求阀 门正反方向均能达到密闭关严的效果。 因此， 本工程 设计单位依据公司意见， 更新氧气管道阀门选型， 改 型为平衡式双向密封氧气截止阀，通过与供货方签 订技术协议， 详细约定了阀门的各项参数， 保证阀门 可靠性。 2.5阀门前后按规范设置不锈钢管段 按照 GB16912-2008深度冷冻法生产氧气和 25 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第10 期 总 第 188 期 相关气体安全技术规程 要求， 阀后 5 倍外径并不小 于 1.5 m 范围内， 为 “撞击场合” ， 在工作压力大于 0.6 MPa 时， 不允许选用碳钢管道， 本工程设计严格 执行了此规定， 选用不锈钢无缝钢管。 因弯曲半径小 于 1.5 倍管径弯头属于 “撞击场合” ， 本管线弯头全 部选用长半径 （1.5 倍管道半径） 弯头。 2.6调压站系统安全改造 本工程利旧原有调压站进行管路改造，对高压 氧气进行调压处理。为提高安全性， 将调节阀阀芯、 管道过滤器滤网更换为蒙乃尔材质，将 4 只单向氧 气铜截止阀门改为双向密封阀门，所有调压站内更 换的设备均与相关厂家签订了技术协议，严格约定 了质量要求。 2.7设置氧气 / 氮气联通管路和放散阀组 氧气管道上施焊等动火作业必须进行惰性气体 置换， 才能保证作业安全， 本工程设计了氧气 / 氮气 联通管路， 如图 1 所示， 采用 DN125 管道， 分别于氧 气 / 氮气母管根部设置分支管道加装阀门，两只阀 门之间设置 4 只 DN40 放空阀门。由于氧气放散流 速快，故联通管路采用不锈钢管材制作。平时不用 时， 靠氧气 / 氮气主管根阀关闭， 放空阀打开， 避免 两种介质串气。 图 1氧气 / 氮气联通示意图 3严格检验程序， 选用质量可靠的管道资材 根据以往管道工程资材常出现的问题，本工程 各种管材管件订货前均与供货单位签订技术协议， 并严格执行物资到厂验收程序，保证了施工资材的 质量可靠。 3.1管件轧制残存氧化层的处理 由于制造厂家对管材的实际用途不够了解， 导 致采购入厂的碳钢无缝钢管和碳钢弯头均存在轧制 过程中遗留的氧化皮，这层氧化皮与管道内壁紧密 粘连在一起， 通过酸洗不能去除， 通过机械打磨可以 去除。 考虑到管道运行过程中， 高纯高压氧气不断摩 擦管件内壁， 一定会导致内壁粘附的氧化层脱落， 与 管壁产生摩擦， 就会产生激发能源， 高纯氧条件下， 脱落的氧化皮甚至管材本体都是可燃物，具备燃烧 爆炸的三要素， 有极大危险性。按项目部要求， 已进 入厂区管材、 弯头均返回厂家重新处理， 彻底打磨去 除氧气层， 经项目部验收后， 二次交付使用。 3.2阀门现场试压， 确保严密后再行安装 以往我们对工程采购阀门验收采用派人员到制 造厂现场监督试压， 现场直接安装的方式进行， 本次 由于工期紧张， 仅对部分阀门到制造厂进行了试压监 督，而在现场由施工单位对全部阀门进行了打压试 验， 并对阀门填料进行了预紧固。通过现场阀门试压 发现了个别阀门存在密封不严的问题， 制造商解释原 因为运输过程中振动等原因造成的， 从中我们总结出 制造厂内进行的阀门试验不能完全取代现场试压， 而 GB50235-2010 工业金属管道施工规范 也要求安装 单位在阀门安装前必须进行现场压力试验。 4强化施工管理， 保障施工质量 4.1精选施工队伍 在建厂非常重视工程的施工管理，抽调富有经 验的同志组成项目部，组织技术人员编制了详细的 施工质量技术要求 ， 提供给施工单位， 作为整个工 程的施工管理指导文件。该文件从管理方面对施工 单位资质、人员配置、工作态度等方面提出硬性要 求， 从技术方面， 依照规范、 氧气管道特性和以往施 工经验， 对资材验收、 资材预处理、 配管、 焊接、 支吊 架安装、 吹扫试压、 无损检测、 吊装、 气密性试验和压 力试验、 涂漆防腐各施工环节， 尤其是焊接环节提出 了明确的质量要求。 在选择施工单位时，从技术能力和管理能力 2 个角度考核实际能力；要求施工单位具备资质和完 备的质量管理控制体系，各级质量管理人员能够实 际到岗， 切实发挥作用。 4.2精选施工人员， 把握好施工质量第一要素人 焊接环节是氧气管道工程施工的最关键的一 环， 为保证施工焊接质量， 工程开工前， 项目部成员 和施工单位技术人员共同对参加施工的焊工进行了 选拔考试。 通过现场实际焊接试件， 进行外观检测和 理化检验 2 种手段对参赛焊工进行考评，从 6 名焊 工中选拔出 4 人为合格焊工，为工程提供了可靠的 人力保证。 4.3选拔精干工程管理人员， 做好全程质量监控 在施工单位建立起质量管理体系的前提条件 下，依据对等原则项目部全厂范围内抽调精干技术 人员， 组成各层级现场施工监督组， 随施工单位同步 出勤，与施工方技术质量管理人员一道全程监管工 程施工的每一细节。 26 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015年第 10 期 总 第 188 期 4.4严格现场监督， 保证质量受控 施工过程中项目部现场监管组依据设计图纸要 求、 公司规定， 对坡口打磨、 配管、 焊接、 吊装各个环节 进行监督， 对存在的问题及时提出整改要求并监督整 改完成， 对隐蔽工程和阶段性施工进行检查确认。 焊接环节是氧气管道施工质量的关键控制点， 直接关系到管道日后能否稳定运行。工程监督组严 密跟踪管道焊接前、 中、 后的每一步施工环节， 管道 在焊接开始前对每条管道的椭圆度、坡口加工后的 端面平直度进行测量、对管道组对后焊缝间隙大小 进行测量，施焊后的每条焊缝都经过项目部和施工 方联合监督组成员的检查， 对于不符合标准的， 第一 时间重新修磨焊接， 使焊缝的合格率达到 100%。 脱脂检验采用溶剂分析法，要求油脂含量必须 达到 100 mg/m2以下为合格，凡是经过脱脂处理的 待安装管件必须做好现场保护措施，用干净的塑料 布牢固包扎， 避免灰尘杂质进入， 造成二次污染。 碳钢管道坡口打磨一律采用坡口机机械加工， 不准使用火焰切割等热加工方法， 保证加工精度， 提 高施工效率。 不锈钢管道采用等离子切割， 作业中产 生的溅渣粘附于管壁， 很难清除， 施工单位采取了在 管道作业前内壁涂刷石灰水，将溅渣与不锈钢管道 内壁有效隔离， 切割结束后， 只需轻轻擦除石灰水涂 层即可彻底清掉溅渣， 省时省力。 为检查方便，要求所有预制管道不超过 12 m， 以便于现场人员检查。 4.5工程组织紧凑， 进度安排科学合理 根据以往施工经验，本工程没有向施工单位提 出强制性的工期要求，进度上仅要求施工单位杜绝 非质量 / 安全原因导致的施工延误。项目部成员紧 密跟踪施工进展， 第一时间解决施工遇到的问题， 有 力地促进了工程施工的顺利开展。从正式铺管至吹 扫， 总计 112 天 （未扣除雨天停工 20 余天） ， 整体进 度紧凑合理。 5做好试验验收， 考核施工质量 5.1按规范做好检测工作 本管道采用气压试验， 设计压力 1.6 MPa。依据 GB16912-2008 深度冷冻法生产氧气和相关气体安 全技术规程的要求，压力等级在 0.6 MPa4.0 MPa 之间，采用气压试验的，应 100%射线探伤检 测， 焊缝质量等级不低于 2 级， 本工程严格执行了此 规定。除在刚开始时个别焊缝出现了二次返工的现 象， 整个工程施工中后期焊接质量稳定， 均达到了 2 级质量要求。 在进行射线检测时严格做好现场防护， 避免人员进入辐射区域，射线检测多数安排在夜间 进行。管道同步施工的法兰跨接电阻和静电接地电 阻通过专业检测机构检测符合规范要求。 5.2压力试验、 气密性检查 本工程按照 “低压送气试漏、 强度试验、 气密性试 验、 全线吹扫” 的次序组织工程后期试验验收工作。 首 先通入 0.5 MPa 氮气， 全线宏观观看、 监听有无泄漏， 重点对阀门法兰密封进行检查， 低压送气试漏的目的 在于排除大的泄漏点， 保证后续试验能正常进行。然 后进行强度试验， 本管道设计压力 1.6 MPa， 采取气 压试验为 1.15 倍设计压力， 为 1.84 MPa。 强度试验依 据规范进行， 缓慢升压， 升至试验压力保压 30 min， 以保证有足够时间对管道变形等情况进行检查。 强度 试验结束后， 压力降至设计压力， 进行气密性试验， 依 据 GB16912-2008 深度冷冻法生产氧气和相关气体 安全技术规程 要求， 保压 24 h， 计算小时泄漏率小 于 0.3%，符合规范中室外管道泄漏率不大于 0.5%的 要求； 同时因为管线容积较大， 虽满足了泄漏率要求， 但有可能个别位置存在微小泄漏， 对于氧气介质也是 有很大危险的， 不允许的， 因此项目部组织人员与施 工方人员一道全线进行肥皂水查漏， 用一天时间逐道 焊缝检查， 排查泄漏点。 5.3采取分段开放式吹扫， 保证吹扫效果 由于高纯高压氧的强助燃性，氧气管道内不得 有任何杂质，因此吹扫环节是将来管线能否稳定运 行的重中之重。 由于管线长， 管径粗， 容积较大， 考虑到吹扫气 源充足， 为提高吹扫效果， 经公司同意， 从高压氮气 管网 （工作压力 2.0 MPa） 接出 DN125 管道， 与新建 氧气管道连接， 采取逐段开放式吹扫 （见图 2） ， 取得 良好效果。 首先， 将所有放散吹扫阀门全部开启， 尾端阀门 开启 1/3， 吹扫开始后， 由于气走短路原因， 靠近始端 的放散阀门大量排出吹扫氮气， 吹除灰尘杂质， 靠近 尾端几乎无气流排除，通过目视可见大量灰尘排出 约持续 5 min， 肉眼不见灰尘排出后 （为确保安全， 吹扫过程中阀门操作人员均在地面观看） ， 通知始端 关闭氧气 / 氮气吹扫联通阀门， 压力降至 0 时， 关闭 此处吹扫阀门， 同时将尾端阀门适度开大。 通知始端 再次打开氧气 / 氮气吹扫联通阀门，由第二只吹扫 阀门进行吹扫， 依照此方式， 逐个放空阀门吹扫， 最 后进行全管线从始端到终端的彻底吹扫。整个吹扫 过程持续 2 天。吹扫的最后阶段， 采取小压力吹扫， 在每个放散口逐个用白色靶板检查，(下转第 33 页) 27 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015年第 10 期 总 第 188 期 (上接第 27 页)持续观察 5 min， 靶板无杂质为合格。 图 2管线吹扫示意图 如果吹扫气源不足，以往工程通常采用管端头 和放散口加爆破板， 爆破吹扫， 效果也比较好。 完成管道全线吹扫后， 结合公司检修， 工程项目 部组织了管道的对接作业。对接点在阀门调节阀组 的中间管段上接三通， 为保证施工安全可靠， 将管段 与两侧阀门彻底断开，内部充分通风置换后与新管 道对接， 由于对接管道很短且吹扫困难， 要求施工过 程必须保证管道内部清洁。 6结束语 氧气具有强氧化性、 助燃性， 且纯度越高， 压力 越高， 危险性越大， 只有切实从设计、 施工管理和运 行管理多方面做好工作，才能保证氧气管道的安全 稳定运行。 收稿日期： 20150701 作者简介：王继铎 （1979） ， 男， 2002 年毕业于鞍山科技大学， 工程 师， 现从事设备管理工作。 下： （1） 出口真空止回阀 328DH100 质量存在问题， 阀芯密封垫损坏以及阀芯使用铝材重量过轻不能起 到快速阻止高压的液体和气体倒流作用，致使在停 泵后水浴式汽化器内的高压液、气倒流冲击叶轮形 成反转。 （2） 高压气、 液体在逆止阀失效情况下引起的反 转致使叶轮机械密封受力方向改变，造成机械密封 磨损。按液氧泵出口 2.7 MPa 压力，进口压力 0.1 MPa，电机停止后的反转可视为液氧泵作为透平膨 胀机的高速运转，厂家测算其电机转速可能达到了 8000 r/min， 液氧泵叶轮转速达到 20000 r/min， 瞬时 转速超出电机及叶轮的设计转速，电机与叶轮是通 过变速齿轮箱连接，高速反转时会引起齿轮面接触 时剧烈冲击引起泵、 电机轴的振动大幅增加， 从而使 电机平衡块断裂， 叶轮机械密封严重磨损。 （3）在发现逆止阀和截止阀压盖喷液时立即告 知操作人员停泵，而未意识到要先采取降频降压后 再停泵的操作， 以减少系统压力降低危害。 （4） 液体泵出口管道设计存在一定不足， 止回阀 位置距泵的出口位置偏远，泵出口至止回阀段管道 也会产生一定余压， 增加了泵的反转可能。 4处理措施 （1） 液氧泵损坏主要由止回阀失效引起， 由液体 泵厂家负责修复液体泵， 修复费用由安装公司承担， 电机由机制公司修复。 （2）液体泵的出口至汽化器段管道由四川空分 进行改造，更换为 328DJ100 不锈钢低温止回阀， 同 时改进工艺管道相应的布置，将止回阀安装在距泵 出口 1.5 m 以内， 确保安全合理。 （3） 规范操作规程， 要求停泵时先降频降压，