(建筑工程管理)第四章管道工程施工

（建筑工程管理）第四章管
道工程施工
第四章管道工程施工
在油气田地面工程中，管道工程占有非常重要的地位，通过管道可以进行密闭收集和输送石油、天然气、含油污水、轻质油、净化水，进行油田注水、注聚合物、注气、工业及民用采暖供热、通风、排污、消防等作业。

本章主要对油气田地面建设中常用的管道从分类、组成、安装、验收等方面进行介绍。

第一节管道的分类
管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。

通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。

管道的种类很多，材质和用途多样，在油气田地面建设中最为常用的是碳素钢和低合金钢质管道。

1．按设计压力（P）来分类
（1）真空管道：一般指P＜0.1MPa（绝对压力）或表压在负压的管道，如油气田上原油稳定的负压抽气管道和天然气脱水的抽空管道等都是真空管道。

（2）低压管道：一般指0.1MPa≤p≤1.6MPa的管道。

这类管道用得最多，如油气田上的给排水管道、常压罐进出口管道、污水管道、天然气放空管道、排污管道和通风管道等都是低压管道。

（3）中压管道：一般指1.6MPa＜P≤10MPa的管道。

这类管道也经常用，如油气田上的外输油管线、输气管线等一般都是中压管道。

（3）高压管道：一般指10MPa＜p≤100MPa的管道。

如油气田上的注水、注气、注聚合物管道等都是高压管道。

（4）超高压管道：一般指p＞100MPa的管道，习惯上称为超高压管道。

油气田地面工程中尚无此类管道。

根据《特种设备安全监察条例》规定，压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。

另外，在《压力管道安装许可规则》TSGD3001中，压力管道安装许可类别和级别分为：（1）GA类（长输管道）：分为GA1级和GA2级。

（2）GB类（公用管道）：分为GB1燃气管道和GB2热力管道。

（3）GC类（工业管道）：分为GC1、GC2和GC3三级。

其中GC1级安全等级最高；GC3级安全等级最低,该类管道是油田地面建设中应用最为广泛的管道。

（4）GD类（动力管道）：分为GD1级和GD2级。

2．按工作温度来分类
（1）低温管道：一般指工作温度低于－40℃的管道，如油气田上用于天然气深冷加工的管道。

为了避免由于低温使管道产生冷脆而影响管道的机械强度，所以低温管道一般宜用
低合金管材或紫铜管材。

（2）常温管道：一般指工作温度为﹣40～120℃的管道，如油气田上的石油、天然气集输管道，给排水管道，注水管道等大部分都属于这种常温管道。

（3）中温管道：一般指工作温度为121～450℃的管道，如油气田上的高压蒸汽管道、天然气干醇脱水管道等都是中温管道。

中温管道一般用优质碳钢制成。

（2）高温管道：一般指工作温度高于450℃的管道，为了保证管道在高温情况下照样安全生产，所以高温管道管材一般应选用耐热不锈钢或合金钢。

3．按管道材质分类
（1）钢制金属管道。

如普通碳钢、不锈钢、合金钢管道、铸铁管道等。

（2）有色金属管道。

如纯（紫）铜管道、黄铜管道和铝管道等。

（3）非金属管道。

如塑料管道、复合管道、混凝土管道和玻璃钢管道等。

4．按管道敷设方式分类
（1）室内管道：室内管道又分明装和暗装两大类。

明装分架空敷设和地面敷设。

架设在支架或支墩上，即架空敷设的管道。

一些高架和低架的架空管道形成管廊和管带。

（2）室外管道：室外管道又分地下管道和地上管道。

地下管道敷设分有地沟敷设和无地沟敷设（埋置）。

地下有地沟敷设分为通行式地沟、半通行式地沟和不通行地沟。

5．其它分类
管道除上述几种分类外，还可以按用途分类，油田常见的有油气集输管道、原油外输管道、天然气外输管道、注水管道、污水管道、供热管道等。

此外，管道还可以根据管道相对位置和管子的通径进行划分，本章不进行详细叙述。

第二节管道组成件
为了输送液体或气体，必须使用各种管道，管道中除了主要的各种管子以外，还要用到各种管道配件（简称管件），例如，管道拐弯时要用弯头，管道变径时要用大小头，管道分叉时要用三通，管道接头与接头相连接时要用法兰，为达到开启输送介质的目的，还要用各种阀门，为减少热涨冷缩或频繁振动对管道系统的影响，还要用膨胀节等等。

此外，在管路上，还有与各种仪器仪表相连接的各种接头﹑堵头等。

一、管子
管子是管道中应用最普遍、用量最大的元件，管子的好坏及其安装的质量，直接影响着油气田地面工程的生产安全。

在油气田地面工程中，最为常用的管子有钢制管道、不锈钢管道、防腐保温钢制管道、玻璃钢管道、复合管道等。

1．钢制管道
钢制管道俗称钢管，是目前油气田地面建设工程上使用最为广泛的一种管道，约占整个油田地面管道工程的90%，所以本章重点介绍钢制管道的工程。

钢管按其制造方法分为无缝钢管和焊接钢管两种。

无缝钢管用优质碳素钢或合金钢制成，有热轧、冷轧（拔）之分。

焊接钢管是由卷成管形的钢板以对缝或螺旋缝焊接而成，按成型方法分为螺旋焊缝钢管和直焊缝钢管。

1）无缝钢管
无缝钢管是油气田地面工程中应用最多的管子，无缝钢管的强度高、规格全，广泛用在油气田原油集输管道、天然气集输管道、注水管道、蒸汽管道等。

无缝钢管可以用普通碳素钢、普通低合金钢、优质碳素结构钢、优质合金结构钢和不锈钢制成，在油气田地面工程常见有碳素钢、低合金钢制成。

无缝钢管按照生产工艺的不同分为热轧和冷拔两种。

目前我国油气田常用冷拔管外径是4~200mm，钢管通用长度是1.5~9m 的各种规格；热轧钢管的外径较大，油田常见的是32~630mm，通用长度是3~12.5m。

热轧无缝钢管包括一般无缝钢管、合金钢管、不锈钢管、锅炉钢管、石油钢管等。

2）焊接钢管
焊接钢管（俗称黑铁管），将焊接钢管镀锌后则称为镀锌钢管（俗称白铁管）。

按焊缝的形状可分为直缝钢管、螺旋缝钢管和双层卷焊钢管；按其介质不同又可分为水、天然气、油输送钢管；按壁厚分薄壁管和加厚管；按其生产时采用的焊接工艺不同可分为连续炉焊（锻焊）钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管三种。

直缝钢管主要用于输送水、仪表空气等低压流体和制作结构零件等。

镀锌管能防锈蚀，常用于仪表空气系统。

螺旋缝钢管按照生产方法可以分为单面螺旋缝焊管和双面螺旋缝焊管两种。

单面螺旋缝焊管用于输送水等一般用途，双面螺旋焊管用于输送石油和天然气等特殊用途。

3）防腐保温钢制管道
在油气田地面工程建设中，地下敷设的管道占油田管道的一大部分，为了提高管道敷设效率和安装质量，一般情况下，地下管道为管道预制厂加工合格的防腐保温成品管道。

随着科学技术的发展，近几年防腐保温管道类型越来越多，性能也越来越好，在油气田地面建设中主要包括：沥青防腐管、PE防腐管和聚氨酯泡沫塑料保温管等。

沥青防腐管按防腐结构分为普通级、加强级和特加强级，在使用时要考虑输送的介质情况、土壤环境和现场实际需要确定沥青防腐管的防腐等级。

PE防腐管是近几年在油气田发展起来的防腐管道，它具有使用寿命长、防腐强度高，不易损坏等优点，不但延长了地下管道的更换周期，而且大大节约了成本。

常用的有2PE防腐管和3PE防腐管等类型，常用的管径范围在Φ60～Φ1420mm之间，常用的壁厚范围在2.5～24mm之间。

聚氨酯泡沫塑料保温管是油气田管网施工中最为常见的防腐保温管道，它具有保温效果好、耐温性好、防水性强、抗压性高等优点，主要用在油田输油管道、掺水热洗管道、热水管道等领域。

2．非金属管材
油田集输系统多在高温、高压条件下运行，对非金属管道的可靠性要求非常高。

目前，在油气田使用的非金属管道品种有玻璃钢管道、钢骨架塑料复合管、连续增强塑料复合管和塑料合金复合管等。

1）玻璃钢管道
玻璃纤维增强塑料简称“玻璃钢（FRP）”，是由玻璃纤维和环氧树脂组成的复合材料。

新型复合玻璃钢材料已经在工农业生产和人们生活中发挥着越来越重要作用。

90年代中期，我国首次在三次采油工艺中采用高压玻璃钢管道和玻璃钢储罐。

玻璃钢管是由玻璃纤维增强材料、热固性树脂和填料通过复合工艺组合而成的复合型管材。

玻璃钢管道通常分为中、低压型和高压型，其中工作压力2MPa以下为低压型，工作压力2～7MPa为中压型，工作压力7～25MPa为高压管道。

高压玻璃钢管道主要应用于高压注水、注聚合物工程，中低压玻璃钢管道主要应用于给排水系统。

不同工作压力的管道其连接方式不同，低压管道通常采用承插连接、法兰连接或管接连接等多种形式；高压管道通常采用带API圆螺纹的敦粗管端和整体接头方式，管道采用50～100mm优化接头定位环固定，API标准8螺距外加厚长螺纹连接，螺纹接头采用螺纹密封剂密封，接头处按标准进行局部加厚。

螺纹压制成形，玻璃纤维不切断。

国产纤维缠绕酸酐固化环氧树脂蓝条纹玻璃钢管直径范围为40～150mm，工作压力为3.5MPa～24MPa，最高工作温度为80℃，使用寿命为35年。

进口玻璃钢管直径范围为25～1200mm，最高工作压力为27.6MPa，最高工作温度为135℃。

玻璃钢管具有多项优异特性，其水力坡降仅为钢管的50%，重量仅为钢管的1/5～1/3，比强度是钢管的2.5倍，比模量是钢管的4倍，轻质高强，耐腐蚀性好，并具有较好的韧性，最小弯曲半径为60m。

但也有薄弱之处，低压玻璃钢管道强度低，抗冲击能力差，易破损；材质脆性大，施工要求条件高；在施工或维修时，粘接条件的环境温度必须在6℃以上进行，同时固化时间一般需要4h以上，冬季维修有一定难度。

玻璃钢管道的连接形式可分为两大类，即胶接连接和机械连接。

其中胶接连接分为：对接包缠连接、搭接包缠连接、承插口斜面胶接。

机械连接分为：承插口连接、法兰连接、螺纹连接。

目前油田地面建设工程上，大口径玻璃钢管道多以承插连接，然后进行包缠密封。

小口径管道多以螺纹连接，然后进行刷胶密封。

2）连续增强塑料复合管（RTP）
连续增强塑料复合管（英文名称为：ReinforcedThermoplasticPipe简称RTP）是以交联聚乙烯（PE-Xb）或耐热聚乙烯（PE-RT）为基体材料，高强度钢丝编织网为增强材料，在基体与增强材料间通过高效粘接剂热粘接而形成的多层复合非金属管材。

它以耐高压和输送介质温度高为其主要特点，并且根据用户要求长度定长制造，中间无需管件连接,可靠实现了高压高温介质连续输送。

连续增强塑料复合管采用增强电熔套管连接，与设备或金属管道连接采用扣压接头或增强电熔接头法兰。

该管道使用的温度为﹣42℃～65℃，普通管道使用压力为10MPa，增强管道使用压力最大可达32MPa。

该管道最大的特点是单管长度200～1500m，因此现场连接接头少，如果内敷钢丝或钢带，方便探测。

目前在油气田地面建设工程中主要用于油、气、水集输管线，特别适用于高含硫的油、气、水等介质的输送。

3）钢骨架塑料复合管
钢骨架塑料复合管是以壁厚为5mm的普通低碳钢丝网为骨架，高密度聚乙烯为基体，在生产线上将钢丝点焊成网并同步进行塑料挤出填注、连续拉膜成型的双面防腐压力管道。

该管道具有较高的强度、刚度和抗冲击性，主要用于石油、天然气、化工、市政、船舶领域作中压管道等。

目前在油气田地面建设中主要用于聚合物母液管道、污水管道、清水管道等领域。

钢骨架塑料复合管连接采用法兰或电熔连接，技术成熟，管件规格配套齐全。

其优点是：抗机械性能好，能够承受一定的冲击强度和拉伸强度；内表面光滑，水力摩阻小，不易结蜡、结垢；热传导系数低，保温性能优良。

但也存在不足：施工过程中需要的设备比较多，必须由专业队伍施工和维护；和钢制管道相比，在外力作用下易于破损；另外，管道一但冻结后，会出现冻胀现象，无法采取电加热解堵。

4）耐蚀合金复合管结构
耐蚀合金复合管结构管道以碳钢管为基管，将薄壁耐蚀合金钢管同轴装入基管内表面，用炸药或燃爆气体产生的瞬间动能，使衬管发生塑性变形，基管发生弹性变形，基管衬管粘合紧密形成复合层。

基管承受输送压力，内衬管耐腐蚀、耐高温。

根据不同介质，内衬层材料的特点也不同：
（1）316L不锈钢：是含钼不锈钢，最大含碳量0.03%，具有优异的耐腐蚀性能和良好的机械力学性能，具有良好的抗氯化物侵蚀和焊接性能，可焊性好。

（2）双相不锈钢：耐应力腐蚀、耐孔蚀、耐腐蚀疲劳等性能较奥氏体有显著改善，强度硬度高，可焊性良好，热裂倾向小，导热系数大，线膨胀系数小。

（3）镍基合金钢：具有较高的高温强度、持久强度和蠕变强度，特别是具有良好的高温耐蚀性，即具有较高的抗氧化性、抗硫化性、抗氮化性和抗渗碳性。

5）塑料管
在油气田地面建设中常用的塑料管有硬聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管、聚丙烯（PP）管和耐酸酚醛塑料管等。

塑料管具有质量轻、耐腐蚀、加工容易（易成型）和施工方便等特点，常用于清水管线、排水管线、含聚合物的排污管线等领域。

二、管件
一般地讲，在整条管线中，除管子以外的各种配件可以统称为管配件。

习惯上将弯头、三通、大小头、管帽及各种管接头通称为管件，它是用来改变管道方向、改变管径大小、进行管道分支、局部加强、实现特殊连接等作用的。

在油气田地面建设中，广泛应用的是钢制管件，这里主要介绍常用的一些钢制管件。

1．弯头
弯头是用于改变管道方向的管件，根据一个弯头可改变管道方向的角度不同，常用的弯头可分为45°和90°两种型式。

根据弯头拐弯的曲率半径不同，又可将常用弯头分为短半径（曲率半径R=1.0DN）弯头和长半径（曲率半径R=1.5DN）弯头两种，如图4-1所示。

一般情况下，应优先采用长半径弯头，而短半径弯头多用于结构尺寸受限制的场合。

有时为了
缓和介质在拐弯处的冲刷和动能，还可能用到R=3.0DN、R=6DN、R=10DN、R=20DN 的弯管。

a)90°弯头R=1.5DNb)90°弯头R=1.0DNc)45°弯头R=1.0DN
图4-1弯头
根据采用的制造方法不同，可将弯头分为推制弯头、挤压弯头和焊制斜接弯头三种。

推制弯头和挤压弯头常用于介质条件比较苛刻的中小尺寸管道上，焊制斜接弯头则常用于介质条件比较缓和的大尺寸管道上，同时要求其曲率半径不宜小于其公称直径的1.5倍。

当斜接弯头的斜接角度大于45°时，不宜用于剧毒、可燃介质管道上，或承受机械振动、压力脉动及由于温度变化产生交变载荷的管道上。

2．三通
它是用作管道分支的管件。

通常有同径三通（即分支管与主管同直径）和异径三通（即分支管直径比主管直径小）两种。

作为管道的分支，还有Y型三通和四通两种管件，Y型三通常常代替一般三通用于输送有固体颗粒或冲刷腐蚀较严重的管道上，四通则可以实现将管道同时分为四路，这两种三通在油气田地面建设中应用较少。

3．异径管（大小头）
它是用作管子变径的管件。

通常有同心异径管（即大端和小端的中心轴重合）和偏心异径管（即大端和小端的一个边的外壁在同一直线上）两种。

一般情况下，以后者用的较多，因为它能实现管道变径前和变径后有一个同样的管底或管顶标高，便于支承。

有时为了不希望因管子变径而形成一个集液袋或集气袋，也需要用偏心异径管。

在DN≤50的管道中，异径短节常代替异径管（大小头）用作管道变径。

异径短节的连接形式分为两种，一种为一端对焊而另一端为承插焊（或阳螺纹），用于DN50×DN15～40的变径。

另一种为两端均是插口或阳螺纹，用于DN40及以下的管子变径。

4．管帽（封头）
管帽是用于管子终端封闭的管件。

常用的管帽（封头）有平封头和标准椭园封头两种型式。

一般情况下，平封头制造较容易，价格也较低，但其承压能力不如标准椭园封头，故它常用于DN≤100、介质压力低于1.0MPa的条件下。

标准椭园封头为一个带折边的椭园封头，椭园的内径长短轴之比为2:1，它是应用最广的封头。

在很多情况下，如管廊上的管子端部，管帽都由法兰盖代替，以便于管子的吹扫和清洗。

三、法兰及垫片
法兰、垫片及螺栓三者组成管道中可拆卸的连接结构，它在油气田地面建设中的应用很普遍，也是一种很重要的连接形式。

通常，法兰、螺栓与垫片三者共同构成一个密封副，三者共同作用，相辅相承，才能保证接头的良好密封。

1．法兰
法兰又叫法兰盘或凸缘盘，是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。

法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连，法兰间用衬垫密封。

法兰的类型较多，按法兰的材质分：铸铁法兰、钢法兰、塑料法兰、有色金属（铜、铝）法兰、玻璃钢法兰等。

按连接方式分：整体法兰、螺纹法兰、焊接法兰、松套法兰。

按密封面形式分：平面式、凸面式、凸凹式、梯形槽式、榫槽式。

在油气田地面建设中，应用最为广泛的法兰是平焊法兰、对焊法兰和承插法兰。

平焊法兰分为带径平焊法兰和板式平焊法兰。

平焊法兰是将管子插入法兰内侧焊接的法兰，其优点是制造简单、成本低，但焊接工作量大、焊条消耗多，经不起高温、高压、反复弯曲和温度波动的作用，一般用于低压（PN≤4.0MPa）、常温（工作温度≤300℃）管路。

对焊法兰上有一个长而倾斜的高颈，高颈的厚度由法兰端至接管端逐渐变小，过渡到管壁厚度，于是降低了应力的不连续，增加了法兰的强度。

对焊法兰适用于要求比较严峻的场合，压力或温度大幅度波动的管线或高温、高压及低温的管道应使用对焊法兰。

对焊法兰也应用于输送价格昂贵、易燃、易爆介质的管路上。

承插焊法兰的基本形状与平焊法兰近似，管子插入法兰内焊接。

2．垫片
垫片是借助于螺栓的预紧载荷通过法兰进行压紧，使其发生弹塑性变形，填充法兰密封面与垫片间的微观几何间隙，增加介质的流动阻力，从而达到阻止或减少介质的泄漏的目的。

垫片性能的好坏以及选用的合适与否对密封副的密封效果影响很大。

油气管道中常用的垫片可以分为三大类，即非金属垫片、半金属垫片和金属垫片。

最常用的非金属垫片是石棉橡胶垫片，它是通过向石棉中加入不同的添加剂压制而成，分别用于水、空气、氮气、酸、碱、油品等介质情况下。

石棉以其弹性好、强度高、耐油性好、耐高温、易获得等优点而得到广泛应用，油田地面工程建设中80%的垫片为石棉橡胶垫片。

常用的半金属垫片有缠绕式垫片和铁包式垫片两种。

缠绕式垫片是半金属垫片中最理想、也是应用最普遍的垫片。

其特点是压缩回弹性好、强度高，有利于适应压力和温度的变化，能在高温、低温、冲击、振动及交变载荷下保持良好的密封性能。

缠绕式垫片常用在（PN2.0～PN10）MPa压力条件下。

铁包式垫片的密封性能不如缠绕式垫片，故应用的不多。

金属垫片常用在高压力等级法兰上，以承受比较高的密封比压。

就其型式来分，常用的金属垫片有平垫、八角形垫和椭园形垫三种。

其中金属平垫片常与凸台面、凹凸面、榫槽面法兰配合使用。

而八角形金属垫片和椭园形金属垫片常与环槽面法兰配合使用。

与椭圆形金属垫片相比，八角形金属垫片容易加工，精度容易保证，故其应用比较多。

一般情况下，金属垫片的材料应配合法兰材料选用，且要求垫片硬度比法兰密封面硬度低（不少于HB30）。

四、阀门
阀门是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的装置，具有导流、截止、节
流、止回、分流或溢流卸压等功能，是管道系统重要组成部分。

阀门又是管道元件中相对较复杂的一个元件，它是由阀体、启闭构件和阀盖三部分装配而成的组合件，因此它的技术含量较高。

在油气田地面工程中常用的阀门有闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、安全阀、调节阀等。

1．闸阀
闸阀也称为闸板阀（图4-2），在阀体内有一个闸板，闸板由阀杆带动，沿介质流动的方向垂直运动，用以改变管道的截面或关闭管道通路，以达到调节管路系统的介质流量和其它参数，它主要用于管道的关断。

闸阀与截止阀相比，流阻小、启闭力小，密封可靠，是最常用的一种阀门。

根据阀杆的结构，闸阀分为明丝杆式和暗丝杆式两种，明丝杆式闸阀可以从阀外丝杆升起的多少判断阀门开的大小，它适用于油气田站库室内的管道和带腐蚀性介质的管道。

暗丝杆式闸阀适用于非腐蚀性介质和安装操作空间受限制的部位。

闸阀在管路中主要起截断流体的作用，在一定范围内也具有调节流量的作用，在安装时闸阀没有方向性，可以左右互换。

闸阀与管道的连接可以是螺纹、承插焊、法兰或对焊连接。

一般情况下，DN≤40时，多采用承插焊连接，特殊情况下（如需要焊后热处理或要求可拆卸时），才用法兰连接或螺纹连接。

而PN≥10MPa时，多用对焊连接，其它情况则采用法兰连接。

图4-2闸阀图4-3截
止阀
2．截止阀
截止阀（图4-3）是在管路中的阀杆下面装一个阀盘，阀盘下面有阀座，工作时利用阀杆上下运动来调节阀盘与阀座突缘部分的间隙，以达到控制阀的开闭程度。

与闸阀相比，截止阀可以在较大范围内进行流量调节，使用范围也比较广，不仅可以适用于中压、低压，而且也可适用于高压。

截止阀的缺点是流动压力损失大，为防止阀门堵塞，减少磨损，截止阀不适用于带颗粒和介质粘度大的管道。

截止阀在关闭时需要克服介质的阻力，因此，它最大直径一般仅用到DN200。

截止阀的阀体内腔由于左右两侧不对称，所以在安装时必须注意流体的流动方向，正确的安装方向应该使管道中流体由下向上流经阀盘，因为这样安装流体流动时的阻力小，阀门开启省力，关闭后填料受压小，不易渗漏且检修方便。

3．止回阀
止回阀又称单向阀或单流阀，它只允许介质向一个方向流动，当介质顺流时阀瓣会自动开启，当介质反向流动时能自动关闭。

安装止回阀时，应注意介质的流动方向应与止回阀上的箭头方向一致。