工艺管廊受限空间内电动穿管装置的研制

工艺管廊受限空间内电动穿管装置的研制

中建安装集团有限公司

机电特攻队QC小组

2021年3月

1

目录

-1、工程概况.................................................1

二、小组概况................................................2

三、选择课题................................................3

四、设定目标................................................6

五、提出方案并确定最佳方案.................................7

六、制定对策...............................................23

七、对策实施...............................................23

八、效果检查...............................................35

九、标准化.................................................37

十、总结与下一步计划.......................................39

2

工艺管廊受限空间内电动穿管装置的研制

中建安装集团有限公司机电特攻队QC小组

一、工程概况

本工程为广州分公司2019-2020年度三类投资项目施工框架协

议（三标段），是检修、改造工程，位于广州黄浦区石化区，总共分

为39个任务项目，包括旧管改造、VOCs治理、SIS系统隐患治理、

罐区1000m3球罐消防及连锁系统改造、化工污水废碱液管增加管道

泵、西一油罐脱水点增加可燃气有毒气体报警仪项。

图1T项目实景图

在布管施工领域，常存在布管空间小，使用常规的汽车吊装布管

存在诸多问题，例如：（1）布管过程中钢管与已投入使用的旧管道

产生碰撞的危险；（2）由于布管空间小，无法采用汽车吊装；（3）

布管后在窄小的空间管口焊接操作难等问题。在遇到上述问题时，需

要采用人工手动进行布管操作，存在劳动强度大、风险高、工作效率

1

低的缺陷。

图1-2工艺管廊完工图

二、小组概况

2.1QC小组简介

小组名称机电特攻队QC小组小组成立时间2016年7月20日

课题名称工艺管廊受限空间内电动穿管装置的研制

课题类型创新型小组人数8

活动时间2020年4月1日-2020年9月15日

小组注册时间2016年7月20日小组注册编号ZJAZ-2016-003

课题注册时间202。年3月1日课题注册编号ZJA乙NF-20-0I

活动频率每周2次QC教育时间72小时

成员姓名性别年龄职务小组分工教育时间

科技与质量管理组长：全面组织72小时

技术顾问郝冠男女37

部总经理

科技叮质量部质副组长：技术指导72小时

副组长向天威男34

量主管

副组长上官知春男35项目经理副组长：具体实施72小时

2

副组长蔡大燃男37项目总工组员：技术实施72小时

组员罗雨生男30工程部经理组员：设计制图72小时

组员刘振宁男28工程部经理组员：资料统计72小时

组员曹代荣男28工程部经理组员：全面组织72小时

组员影素容女40资料员组员：资料整理72小时

制表人：向天威制表时间：2020年4月1日

2.2小组荣誉

□ifl/

F证书不3证书汽

中-H!衣”公0

M<W«KQC*bM

柒狭:o•九年广东寄r程建设柒荻:o•九年广东省1：程建设

康M普理小组活动优怎小组的称弓优秀点收管理小组一等奖

特发此证4y.人.》4MK.qaai»/

L4也」

图2.2-1获奖i正书

2.3小组活动表

j一、一时间

4月5月6月7月8月9月

项目

选定课题

设定目标

提出方案并确定最佳方案

制定对策

对策实施

效果检查

标准化

总结与下一步计划

图例：计划进度实际进度

制表人：罗雨生制表时间：2020年4月2日

三、选择课题

3.1提出问题

3

广石化公司检修、改造工程。由于管廊上旧管线均已投产，输入

输出的是甲醇、氯乙烯、汽柴油等易燃、易爆、有毒介质，且管廊上

预留的空间非常狭小，应用普通的吊装穿管技术在该管廊穿管极易造

成碰撞危险，且施工效率低，劳动强度大。

3.2问题分析

现有管道穿管施工情况统计如下表3・1。

表3-1现有管道穿管施工］情况统计表

序号管道尺寸管道长度（m施工效率（nV天）所需人工外观质量

）

1DN270270011513划痕明显

2DN30027009011划痕明显

3DN32527009610划痕明显

制表人：向天威制表时间：2020年4月4日

经上表所示，现有穿管施工技术施工效率低、需要人工多且外观

质量不佳，无法满足施工实际需求。

3.3查询借鉴：

1）、在相关的科技网站进行课题查新，检索词：工艺管廊、受

限空间、穿管。

发现目前没有具备类似功能的“工艺管廊受限空间内穿管装置''相

关的文献、科技成果或是创新专利，同时市面上也没有相关的新型施

工机具销售。

检索到与"工艺皆胞爱用空间内穿曾JUT相关文献。篇

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抱歉！没有搜索到相关内容！

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图3.3-1课题查新

2）、寻找课题创新思路

对课题创新思路进行查新，通过相关企业现有手段分析，网上查

新，市场调研多种途径发现，有二种原理可以借鉴。

表3-2课题方案借鉴表

借鉴技术工作原理

一种地下或地上牵引装置设置牵引车，

管廊中的管道穿从牵引车引出钢丝绳，

管施工方法.包括钢丝绳通过安装在管

牵引装置、导向廊支架上的导向轮换

轮，钢丝绳向后水平进入管廊内，

与管廊入口端的管道

一端固定。

一种电动葫芦吊行走小车由第一电机

车，包括行走轨和车壳共同组成，第一

道、行走小车和电电机通过螺栓固定于

动葫芦，所述行走车壳的一侧外壁上，车

小车位于行走轨壳为U型结构，且车壳

道和电动葫芦之的顶端安装有平衡装

间置，平衡装置位于行走

轨道的上方。

制表人：刘振宁制表时间：2020年4月6日

3）课题设定

通过思路梳理，我们可以选用安全可靠的滑动方式、牵引方式、

提升方式、导向方式和悬挂方式组成一种工艺管廊电动穿管装置，大

大提高功效，降低操作风险，达到提升质量标准的目的。

综，所述，小组进行充分讨论，确定课题是：《工艺管廊受限空

5

间内电动穿管装置的研制》。

四、设定目标

4.1设定目标

2020年4月20日，QC小组组长组织召开课题目标讨论会，经

过分析讨论，一致确定本次QC活动的目标为：

1）总目标：工艺管廊受限空间内电动穿管装置的研制；

2）定量目标：将计划工期81天，节约工期45天，确保达成

36天的工期目标。

图4.1-1工艺管廊受限空间内电动穿管装置工期目标设定柱状图

制图人：文IJ振宁制表时间：2020年4月20日

4.2目标可行性分析

1）人员保证：QC小组成员都是项目部技术骨干，施工经验

丰富，QC基础知识扎实；同时小组成员组成合理，理论水平高，

技术创新能力强，并完成多项科技成果编制。在技术水平、钻研精

神、经验和干劲等方面的良好素质为课题的成功开展提供了有力保

障。

6

2）技术基础：公司长期从事各类建筑机电安装工作，过往工程

中顺利完成了多项涉及安装与加工类型的辅助设备的课题研究，并取

6

得了多项实用新型的科技成果和施工工法，具有丰富的技术经验基

础。

3）资金支持：为确保工期及施工质量目标的实现，公司对本项

QC课题的开展全力支持，并提供课题活动经费4万元。

4）数据分析：利用常规方法穿管，穿管时间如表3.1所示，可

见常规方法效率低，使用人工高，平均穿管100m/天，项目穿管施工

任务总长8100m,用常规方法需81天；使用电动穿管装置，选用安

全可靠的电动葫芦、导轨、卷扬机及配套吊具，在管位所在轴线上方

的钢桁架上安装电动葫芦导轨，钢管组对好后，利用电动葫芦将组对

后的钢管提升至所需标高层，沿导轨方向进行管道输送，把钢管送至

预先安装好的专用滚动胎具上，利用末端的卷扬机将钢管拉至目的地

完成穿管，穿管效率可以达到225m/天，整个穿管施工约36天。

综上所述，目标可以实现。

五、提出方案并确定最佳方案

1、总体方案选定

根据课题可借鉴点，小组成员需要研发一种适应所有管道尺寸型

号，可实现现场组装且具有滑动功能的穿管装置，最终确定总体方案

为“工艺管廊受限空间内电动穿管装置的研制”。

2、分级方案选定结合总体方案

小组成员根据电动穿管装置各主要功能特点，分解出滑动方式、

牵引方式、提升方式、导向方式和悬挂方式共5个主要功能组成部分

7

，并对•此5项功能提出了具体可比选方案，绘制了方案分解系统图见

下图5・1。

图57一级方案分解图

制图人：向天威制图时间：2020年4月23日

8

(1)一级方案选择

1)滑动方式

表57电动穿管装置滑动方式比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

*九道滑芯力专用胎具滑动

・・

方案1

实验时间2020.4.26-2020.4.30

实验方式现场实验安装电动穿管装置，并记录时间，人员，材料，机械投入

实验数据时间(h)人工台时材料费机械费时间(h)人工台时材料费机械费

15.5422600030002.54102300500

264246000310034122300500

36424600031003.54142300510

平均值64236000306734122300540

可行轨道材料物资部门可以采购。技术成熟，具通过专用胎具，可以实现整体滑动功能具有

性有可行性。实施可行性。

有效通过铺设轨道可以实现整体移动，并具有定

性向作用。可以实现整体滑动功能，达到预期目标。

相比专用胎具需要投入额外的轨道铺设定

经济位等前期工作，及后期拆除转移轨道的人力

性人工12台时，材料费2300元，机械费2050元。

综合比较，人工23台时，材料费6000元，机械费3000

兀。

相比专用胎具耍多出来前期轨道准备」.作

时间,安装时间月为6小时，但后期轨道拆除转安装胎具3小时。

性移工作仍需4小时。

可靠轨道定位，行走安全可靠。专用胎具保证整体格定，安全可靠性。

结论：小组成员将电动穿管装置的滑动方式确定为：专用胎具滑动。

制表人：曹代荣制表时间：2020年4月30口

9

2）牵引方式

表5-2牵引方式方案比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

卷扬机牵动

J.一―.

方案

实验时间12020.4.28-MJWJTrj

进行现场试验，安装及驱动牵引装置，使其籽同一管道向前移动20m,记录时间，人员，

实验方式机械，材料投入。

实验数据时间（h）人工台时材料费机械费时间（h）人r.台时材料费机械费

1133100015001.534.512002000

21.534.5100015001.534.512002000

31331000150023612002000

平均值1341000150023512002000

可行卷扬机通过对自身高度的调节，与滑动结构、管牵引小车与滑动装置形成柔性连接，为保证管道

性道成为统一整体，通过动力装置驱动可达到整体整体平稳移动，需保证牵引小车工作效率平稳。

平稳移动效果。

有效操作简单、结合方式牢固。工作效率高。操作简单，但牵引小车与管道连接部位有脱离风

性

综险，工作效率较低。

经

合济人工：4台时，材料费：1000元，机械费：1500元。人工：5台时，材料费：1000元，机械费：1500元。

性

比

较

时间卷扬机与管道连接及滑动20米耗时约为2小时

组装及滑动20米耗时约1小时.

性

可靠卷扬机与管道结合简单。安全性高。牵引小车与管道连接部位有松动风险，安全系数

性较低。

筝论________________________________________不采用

结论：小组成员将电动穿管装置的牵引方式确定为：卷扬机。

制表人：曹代荣制表时间：2020年4月30日

10

3)提升方式

表5-3电动穿管装置提升方式比选表

进行现场试验，安装提升装置，使其将同一管道提升5m,记录时间，人员，机械，材料

实殆方式投入。

实验数据时间(h)人工台时材料费机械费时间(h)人工台时材料费机械费

1133100012001.534.5120010000

21.534.5100012001.534.5120010000

313310001200236120010000

平均值13410001200235120010000

可行电动葫芦，通过动力装置驱动可达到整体平稳液压升降平台，为保证管道整体平稳移动，需将

性提升效果。管道与液压升降平台绑定。

有效操作简单、结合方式牢固。工作效率高。操作简单，但液压升降平台与管道有脱离风险，

性

工作效率较低。

综经济人工：4台时，材料费：1000元，利麻费：120()元。AT：5台时,材料费：INI疣，机械费：10000元

合性

比

时间组装及提升5米耗时约为2小时。

组装及提升5米耗时约1小时。

较性

可靠电动葫芦与管道结合简单。安全性高。液压升降平台与管道有松动风险，安全系数较低

性

结论采用不采用

结论：小组成员将电动穿管装置的提升方式确定为：电动葫芦,

制表人：刘振宇制表时间：2020年5月5日

11

4)导向方式

表5-4电动穿管装置导向方式比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

导轨

方案

实验时间2020.5.6-2020.5.8

进行现场试验，安装及驱动导向装置，使其将同一管道向前移动20m,记录时间，人员，

实殆方式机械，材料投入。

实验数据时间(h)人工台时材料费机械费时间(h)人工台时材料费机械费

11335006001.534.512001000

21.534.55006001.534.512001000

313350060023612001000

平均值13450060023512001000

可行导向材料物资部门可以采购。技术成熟，具有导向材料物资部门可以采购。技术成熟，具有

性可行性。可行性。

有效操作简号、但与提升装置结合方式不牢固。工作操作简单，工作效率高。

性

效率不高。

综经济人工：4台时，材料费：500元，机械费：600元人工：5台时，材料费：120(次，机械费：101)元。

合性O

比

时间组装及移动20米耗时约1.5小时。

组装及移动20米耗时约2小时。

较性

可靠与提升装置结合方式不牢固。安全性较低。与提升装置结合方式牢固。安全性高。

性

结论不采用采用

结论：小组成员将电动穿管装置的导向方式确定为：导轨.

制表人：罗雨生制表时间：2020年5月8日

12

5)悬挂方式

表5-5电动穿管装置悬挂方式比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

实腹梁桁架

方案

实验时间2020.5.7-2020.5.8

进行现场试验，安装悬挂装置，使其将同一管道悬挂2小时，记录时间，人员，机械，材料投

实殆方式入,

实验数据时间(h)人工台时材料费机械费时间(h)人工台时材料费机械费

1153500060001.554.540005000

21.554.5500060001.554.540005000

31535000600025640005000

平均值1545000600025540005000

可行悬挂材料物资部门可以采购。技术成熟，具有悬挂材料物资部门可以采购。技术成熟，具有

性可行性。川.行性。

综

仃效安装比较复杂，工作效率较低。安装比较简单，工作效率较高。

合

性

比

人工：4台时，材料费：5(X)0元，机械费：6000元人工：5台时，材料费：4000元，机械费：5000元。

较经济

性O

可靠安全性较高。安全性较高。

性

结论不采用采用

结论：小组成员将电动穿管装置的怂:挂方式确定为：桁架.

制表人：向天威制表时间：2020年5月8日

13

综上所述，一级方案具体实施方法如下图5.2。

图5-2一级方案明细图

制图人：向天威制图时间：2020年5月8日

（2）二级方案选择根据选定的一级方案，对整个装置的实现过

程进行了二级方案分解，绘制了方案分解系统图，见下图5-3。

图5-3二级方案分解图

工艺管廊受限

空间内电动穿

管装置的研制

14

V型直线导轨

矩形直线导轨

固定桁架

球节桁架

制图人：向天威制图时间：2020年5月8日

14

1)专用胎具选型

表5-6专用胎具比选表

需求快速芍效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

方案V型胎具凹形胎具

实验时间2020.5.9-2020.5.10

方案图片

怅不

1_6

2

[/\1

/jtIAV

试验所需时拼装1天。拼装2天。

数据间

人员投4人。6人。

入

经济性制作一套V型胎具共需240元。一套凹形胎具制作共需360元。

综合

比较耐久性经过实验,一个V型胎具使用200经过实验，一个凹形胎具使用100次

次出现损坏。出现损坏。

可靠性V型胎具使用稳固，还可在专用凹形胎具使用稳固，管道尺寸单一。

胎具上增加导管板，适用性强.

结论采用不采用

结论：小组成员将电动穿管装置的胎具方式确定为：V型胎具.

制表人：上官知春制表时间：2020年5月10日

2)卷扬机的选择

表5-7牵引装置卷扬机的比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

方案电动卷扬机手动卷扬机

实验时眄2020.5.9

方案图片

试验所需时间拼装0.5坐拼装1天

数据人劈入2人3人

经济性电动卷扬机1350元。手动卷扬机990短

15

综合

比较耐久性电动机械工作安全可靠，运行费用手摇卷扬机费用低，但是安全性不高，不能

低，可以进行远距离控制。远距离控制。

结论采用不采用

结论：小组成员将电动穿管装置的牵引装置确定为：电动卷扬机.，

制表人：曹代荣制表时间：2020年5月10日

3）电动葫芦与桁架连接方式

表5-8电动葫芦与桁架连接方式比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

方案正挂电动葫芦倒挂电动葫芦

实验时间2020.5.10

方案图片i

试验数所需时拼装1天i拼装1天

据间

人员投4人!!4人

入

经济性7.5吨s2电动提升葫芦1950元，防7.5吨s2电动葫芦1950元。

综合比雨布10元。

较耐久性正挂电动葫芦安装完成后可以在使用过程中倒挂电动葫芦FI前还

使用防雨布覆盖在其上方，能够没有全封密的可以防雨防污染的措

长期使用。施，下雨天容易电机进水。

结论采用不采用

结论：小组成员将电动穿管装置的电动葫芦与桁架连接方式确定为：正挂电动葫芦。

制表人：向天威制表时间：2020年5月10日

4）电动葫芦的功率

表5-9电动葫芦的功率选择

需求快速有效的提高施工效率、腐1氐施工成本、提高施工质量

方案额定载荷10吨额定载荷20吨

实验时间20205.11

16

额定载荷计算G=[K(G1+G2)+fG?

J/2式中

Gi—钢管最大提升重量

5—提升索具、加固件等附加重

量G，一钢管重量的0.5〜1倍

K-考虑动载及不均衡等因素的综合系数，取1.2〜1.3

钢管与滚动体之间的摩擦系数

所需电动葫芦的吨位T：T>G

结论经计算可得需采用额定载荷10吨的电动葫芦。

结论：小组成员将电动穿管装置的电动葫芦功率确定为：额定载荷1()吨的电动葫芦。

制表人：曹代荣制表时间：2020年5月11日

5)导轨的选择

表570导轨的比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

方案V形直线导轨矩形直线导轨

7

d

实验时间2020.5.10-2020.5.11

实验方式现场进行导轨安装，滑动实验，记录时间，人员，机械，材料投入C

实验数据时间(h)人工台时材料费机械费时间(h)人工台时材料费机械费

1144200010000.52120002000

2]44200010000.52120002000

31.2545200010000.52120002000

2000

1|4|4|20002112000

平均值10000.5

可行性结构简略，制造、查验和修补较易，导向导向精度较高，对操作人员人数、技术要

精度不高。求不高。

有效性操作简单。操作简单快速，节省人员劳动力。

17

经济性人工1台班,材料费2000元,机械费2000元

人工4台班，材料费2000元，机械费1000

元

安装时间约为3小时。安装时间约为2小时

综合比时间性

较可靠性所需人工较多，危险性相对较高安全可靠

结论不采用采用

结论：小组成员将电动穿管装置的导轨确定为：矩形直线导轨,,

制表人；向天威制表时间：2020年5月11日

6)桁架选择

表571桁架比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

方案固定桁架球节桁架

i.

实验时间2020.5.11-2020.5.12

实验方式现场进行桁架安装，悬挂实验，记录时间，人员，机械，材料投入

实验数据时间(h人工台时材料费机械费时间(h)人工台时材料费机械费

1144200020000.52120001000

2144200020000.52120001000

31.2545200020000.52120001000

平均值144200020000.52120001000

可行性桁架中最坚固的一种，可重复利用性高悬挂载荷不高，对操作人员人数、技术要

，操作简单。求较高。

有效性操作简单。操作简单快速，节省人员劳动力。

经济性人工4台班，材料费2000元，机械费2(X)0人工1台班，材料费2000元，机械费1000元

兀。O

时间性安装时间约为3小时。安装时间约为5小时。

综合比

18

较可靠性安全可靠。危险性相对较高。

结论采用不采用

结论：小组成员将电动穿管装置的桁架确定为：固定桁架。

制表人：彭素蓉制表时间：2020年5月12日

图5-4二级方案明细图

制图人：向天威制图时间：2020年5月12R

⑶三级方案选择根据选定的二级方案，对整个装置的实现过程进行

了三级方案分解，绘制了方案分解系统图，见下图5-5。

图5-5三级方案分解图

滑动方式专用胎具滑动V型胎具

日动卷扬机

牵引方式卷扬机

与桁架连接方

工艺管廊受限

式硬性连接

空间内ili动穿提升方式电动葫芦正挂电动葫芦

管蟠版制额

软性连接

定

载

导向方式导轨

悬挂方式桁架

固定桁架

制图人：向天威制图时间：2020年5月12日

19

1）电动卷扬机运行速度选择

表5T2电动卷扬机运行速度比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提局施工质量

方案火速卷扬机慢速卷扬机

实验时间2020.5.12

方案图片

试

所需

拼装1天拼装1天

验

间

时

数

员

人

据人人

入44

投

经济快速卷扬机1350。慢速卷扬机1150元。

性

合

比耐久穿管过程中，卷扬机牵引钢管通穿管过程中，卷扬机牵引钢管通过专用胎

较性过专用胎具时钢管与导管板有具时钢管与导管板有摩擦接触，选用慢速

摩擦接触，选用快速卷扬机可能卷扬机，出现钢管与胎具碰撞的概率小。

出现钢管与胎具碰撞。

结论不采用采用

结论：小组成员将电动穿管装置的卷扬机的运行速度确定为：慢速卷扬机。

制表人：罗雨生制表时间：2020年5月12R

2）卷扬机筒数选择

表573电动卷扬机筒数比选表

需求快速有效的提高施工效率、降低施工成本、提高施工质量

方案单筒卷扬机多筒卷扬机

实验时间

方案图片

试所需拼装1天拼装1天

时间

20

数人员2人4人

据投入

经济单筒卷扬机1350元。多筒卷扬机3250元。

综性

合

比耐久单筒卷扬机，结构简单，操作和多筒卷扬机，结构复杂，操作和移动不方

较性移动方便。