快装式长输管线机械化铺设技术综述

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现踌装式管线是由标准长度的管子通过管接头或快速连接器连接而成§装式管线的特点是铺设速度快，大多因应急需要而临时铺设，如军用野战输油管线、城市应急供排水管线、森林消防管线等等。

管线铺设时，-般是前边人员利用人工或机器将管子从运管车上卸下来，沿途摆放好，后面的人员再将这些管子连接起来↑几年来，快装式管线逐渐朝大口径、高强度方向发展，单根管子的质量已接近人力搬运的极限，如我国引进的前苏联 DN150和DN200型快装式钢管，其单根管子的质量分别达到了81 kg和120 kg。搬运-根 DN150钢管至少需要 2人，连接两根DN150钢管至少需要 5人，而搬运-根 DN200钢管则至少需要 6人，连接两根DN200钢管至少8人。

为了减轻人员的劳动强度，同时也为提高管线的铺设速度，各国均投入了大量的研究。这些研究的方向基本有两个：-是采用新材料新工艺减轻管子的质量；二是研究机械化铺设装备。在管子质量难以大幅降低的情况下，机械化铺设装备的研究就显得非常重要。前苏联、美国均在管线机械化铺设方面做过大量的研究，分别试制了多种机械化铺设样机。其中前苏联更是形成了制式装备，如闻名遐迩的TYM.150B型铺管机。

1 当前机械化铺设技术1.1 前苏联承插管线铺管机前苏联承插式管线采用承插式管接头 (见图1)，没有连接器。管子接头分承口和插口，管子连接时，插口对准承口，并让两根管子轴向对正，然后沿轴向用-定的力，就可将两根管子连接在-起。正确连接在-起的管子，除非使用专用工具，否则是无法拆开的。

管图1 承插式接头Fig.1 Inserted joint承插管”这种新型连接方式-经问世便迅速取代了原有的槽头连接，这种接头既可人工连接，更可用铺管机进行机械化铺设 。承插管线首先应用于军用长距离的野战输油，然后逐渐向民用应急供水、抢险救灾等方向拓展。20世纪 70年代前苏联研制出铺管机后，迅速提高了管线系统的机械化程度。铺管机是前苏联实现野战输油管线机械化铺设的标志，1973年6月，前苏联 《红星报》首次刊登了铺管机的照片，并称之为 输血机”u 。

用于铺设 DN150承插钢管的 TYM.150B型铺管机的管箱可容纳84根管子，铺管机连接管子的速度为3.5 km/h，铺设管子的速度为 1-3 km/h，以-天工作 10 h计算，- 台铺管机夏季每天可在平原和中等起伏地域铺管 12 km，冬季每天可铺 10 km。

收稿日期：2012-08-17；修回日期：2012-10-17作者简介：屈海利 (1968-)，男，安徽宿州人，高级工程师，硕士。

2013年 4月 屈海利.快装式长输管线机械化铺设技术综述 71前苏联承插管线铺管机的特点是设计巧妙，简单实用，工作可靠。如TYM.150B铺管机的吊装机构采取 了可移动 的液压缸 以及钢丝滑轮组机构来实现管子的吊装，不仅减少了元器件使用的数量，也保证了设备工作的可靠性。再如，在TYM.150B铺管机中大量采用液压机构协助管子的装卸和运动，但在铺管机的关键部分--管子的对接机构中却没有采用液压动力，而是利用机械装置之间的相对运动和速度差异完成管子接头的连接。且这套装置能够在铺管机不停驶的情况下实现管子连接的连续动作。铺管机前进时，已经铺设的管线与地面的摩擦力通过-套独特的杠杆滑轮机构转变为管子连接的力，且连接速度与铺管机前进的速度成正比，因此它的优点是能最大限度地适应铺管机前进的速度。

1.2 POP管线铺管机成套输油管线系统 (POP) 是-套可空运的用于不发达地区输油管线铺设的系统，它可把油料从岸滩输送到前方地区。POP包括管子压力连接设备、正压密封接头标准长度的管子。管子压力连接设备是用液压驱动的，可以是移动的也可以是静止的。通常情况下，该设备用-个鹤形吊臂侧挂在-个 D7推土机上。每连接-个新管子，推土机就前进-段距离。

ICO正压密封有限公司设计了适合壁厚 0.109 in(1 in25.4 ram)和0.150 in、直径 6 in和 8 in铝合金管的正压密封连接器。压力连接设备的框架为铝合金结构，液压缸的直径为 5 in，液压系统驱动-个滑套，待连接的管子就穿在滑套上。ICO还制造了-种重型压力连接设备，其液压缸的直径是7 in。

正压密封连接器为钢制圆形结构，其内径为锥形并有锯齿。当压力连接设备把管子压人连接器时，连接器内锥形表面上的锯齿就会发生变形，从而紧紧卡住管子的表面。连接器为对称式结构，中间有轴肩，用来隔离左右两根管子。

1986年，美 国贝尔沃研究发展和工程 中心(BRDEC)下属的油料分发研究发展小组分别试验了该管线在液体静压 (Hydrostatic Pressure)、自然弯曲(Natural Bend)、抗 拉强度 (Tensile Pul1)和弯 曲极限 (Flexure Limits)下的性能。试验结果表明，POP总体性能还是能满足要求的，但对于弯曲的管线，管接头连接的可靠性会受到较大影响。另外。这种接头连接时需要较大的液压压力，因此不适合人工连接。

1.3 海底管道无潜机械连接在浅水区域，海底管道-般由潜水员进行连接；而在深水区域，采用无潜连接，由ROV来控制和操纵整个连接的过程。欧美等海洋大国公司已研制出各种无潜连接系统。美国Sonsub公司研制出标准组件的管道拉入、对准及连接系统 BRUTUS 。哈尔滨工程大学海洋智能机械研究所正在研制 3 000m水深无潜螺栓法兰连接系统。另外，英国IntecEngineering公司研制的DMAC无潜深水连接系统已大量用于北海，采用卡箍联接器实现了水深约 500 m的连接。

无潜机械连接主要由ROV安装及操纵，采用的连接器有螺栓法兰连接器、卡箍式连接器、卡爪式连接器和 Morgrip机械连接器。这种机械连接方式主要用于深海输油管道的回接和维修，针对的是单-接头的连接，连接速度较慢，不适用于长距离多管段的连续快速铺设。

1.4 沟槽式管子自动铺设及连接装置从 20世纪90年代起，美国Trenchcraft公司开始研究能够边走边铺的的管子铺设及连接装置，并于2000年研制成功，2006年该装置获得美国发明专利 。该装置 (如图2)包括行走系统、管子储存系统、管子喂送系统、管子对正系统以及管子连接系统。

管子储存系统向管子喂送系统喂送管子，管子喂送系统把-根管子传送到连接系统上，然后管子对正系统把这根管子同先前已经连接完毕的管子轴 向对正，最后管子连接系统在这根管子的末端施加-定的力，从而把这根管子与先前已连接完毕的管子连接起来。

之后行走系统前行-根管子的距离，准备进行下-根管子的喂送、对正及连接工作。如此循环往复，就可铺设并连接成-条连续的管线。

沟槽式管子自动铺设及连接装置所采用管子也是承插式结构，它的连接采用液压推力，当连接系统感知喂送的管子到位后，液压油缸推动这根管子插入到先前管子的承口里，可靠连接后，液压油缸复位，准备下次连接。该装置的特点是可把管子直接铺设到预先挖好的沟槽里。

2 管线机械化铺设技术分析快装式管线的铺设大都是-项I临时任务，要求速度快、连接可靠。机械化铺设既能提高管线的铺设速度又能节省大量人力，同时还能提高管线连接的可72 化 工 设 备 与 管 道 第 50卷第 2期靠性 (经验表明铺管机铺设的管线其接头连接的可靠性优于人工铺设)。

图2 管子铺设和连接装置Fig.2 Device for pipe disposition and connection1.储存管子；2.储存系统；3.管子喂送系统；4.行走系统；5连接系统；6.准备喂送的管子；7.准备连接的管子；8.管子对中系统；9.沟槽当前管线长距离机械化铺设装备无-例外均是针对承插式管子的，非承插式接头的管子只在-些特殊场所使用机械化连接。从技术上讲，只有插入式连接方式才能做到真正的快速连续的机械化铺设。

插入式钢管实现机械化铺设的主要工作就是完成管子的对接，也就是把其中-根管子的插口通过挤压撞击插入另外-根管子的承口，这也是承插管线能够实现机械化铺设连续作业的原因。这种挤压撞击可以是机械力，也可以是液压力。前苏联承插式铺管机均采用机械力，属于 自主连接方式；POP管线系统铺管机采用液压力，属于被动连接方式。自主连接的方式能够实现行进间连续铺设，而被动连接方式-般是 走走停停”，即前进-根管子的距离，停下来进行连接，然后再前进-根管子的距离，停下来连接，如此反复。前苏联承插式铺管机之所以能够实现行进间连续铺设，最主要的原因是其有-套独特且复杂的杠杆滑轮机构。铺管机前进时，已经铺设的管线与地面的摩擦力通过这套杠杆滑轮机构转变为管子连接的力，并且是利用设备之间的相对运动和速度差来实现管子连接，从而做到了管子连接速度与铺管机行驶速度的无缝配合。从与铺管机行驶速度的适应性上来说，机械力连接更为可靠；从结构复杂程度上来说，液压力连接更为简单-些。

事实上，影响管线铺设速度的不仅仅是采用何种动力形式，更主要是管子自运管车转载到铺管机上的时间。通常管子的转载时间要远大于-车管子的铺设时间。如前苏联的TYM.150B型铺管机，其纯铺设速度可以达到 3.5 km/h，而如果包含管子的转载时间则只有 1.3 km/h。因此如能有效减少转载环节和降低转载时间，可以大幅提高管线的整体铺设效率。