Сборные катушки для труб и изготовление на месте: сравнение стоимости, качества и графика

Каждая работа по прокладке трубопроводов сводится к одному раннему решению: изготовить трубу в цеху и отправить ее по частям (катушкам) или разрезать, подогнать и приварить ее на месте на месте. Выбор определяет бюджет, график, качество сварки и даже степень безопасности объекта.

В этом руководстве сравниваются два подхода по стоимости, качеству и графику с использованием опубликованных отраслевых исследований, объясняются преимущества каждого из них и предлагается практический способ принятия решения. Особое внимание уделяетсятрубы из нержавеющей стали и никелевых сплавов, еще большее значение имеет где, как и где сделан сварной шов.

Для большинства промышленных трубопроводов сборные катушки сокращают сроки выполнения работ на объекте и обеспечивают более стабильное качество сварки, а также часто снижают общую стоимость монтажа, но не автоматически. Экономия зависит от ставок рабочей силы, производительности и затрат на поддержку, а также требует раннего замораживания проектирования и хорошей логистики. Производство на месте по-прежнему выгодно для прогонов малого диаметра, врезок, поздних изменений и площадок, которые не могут принимать большие катушки. В большинстве успешных проектов используется гибрид: максимально разумный объем в цеху, замыкание и сварка в полевых условиях.

В чем разница между сборной катушкой для труб и изготовлением на месте?

Катушка для труб — это часть трубопровода (трубы, фитинги и фланцы), вырезанная, подогнанная, сваренная и проверенная в цеху по изометрическим чертежам, а затем отправленная на площадку готовая к установке. При полевом изготовлении одни и те же трубопроводы изготавливаются на месте, стык за стыком, на строительной площадке.

Размер катушки позволяет выдерживать транспортировку и подъем. На площадке бригады соединяют катушки друг с другом и с оборудованием, поэтому их время уходит на подгонку и сварку, а не на производственную сварку. При изготовлении на месте каждый разрез, подгонку и сварку происходит на рабочем месте, часто на высоте, в ограниченном пространстве и в любую погоду. На практике почти ни один проект не является чисто одним или другим. Катушки поставляются с несколькими сварными швами, закрывающими систему, а некоторое количество труб всегда прокладывается в полевых условиях.

Является ли сборное производство дешевле, чем изготовление на месте?

Часто, но не всегда. Институт строительной индустрии (CII) считает, что экономия от сборных конструкций происходит в основном из трех источников: различий в ставках рабочей силы в цехах и на местах, различий в производительности и более низких затратах на поддержку объекта. Если эти три различия малы, то и экономия невелика.

Доказательства обнадеживают, но их следует внимательно прочитать. Отчет McGraw-Hill Construction SmartMarket за 2011 год, подготовленный совместно с NIST в качестве партнера и основанный на опросе 809 подрядчиков, архитекторов и инженеров, показал, что 65% пользователей сборных конструкций сообщили о более низком бюджете проекта, а около 41% сообщили об экономии 6% и более.

Также выяснилось, что 47% респондентов увидели снижение совокупной стоимости покупки и установки сборных компонентов, 35% не заметили никаких изменений, а 18% отметили более высокую стоимость. Сами производители реже сообщали о снижении затрат (37%), чем подрядчики других типов (45–53%). Анализ модульной конструкции McKinsey описывает возможность экономии затрат примерно до 20%, но также и риск перерасхода средств до 10%, если подход не будет реализован должным образом.

Таблица 1. Основные факторы затрат при предварительном изготовлении катушек по сравнению с изготовлением на месте. Факторы затрат следуют из анализа CII по сборке, предварительной сборке, модульности и изготовлению за пределами предприятия (PPMOF). Статистические данные опроса взяты из отчета McGraw-Hill SmartMarket за 2011 год и охватывают широкое строительство зданий, а не только трубопроводы.

Стоит повторить одно предупреждение практикующего специалиста: не существует универсального соотношения работы в магазине и работы на местах, подходящего для каждой работы, и к любому, кто его цитирует, следует относиться с осторожностью. Правильное разделение зависит от проекта.

Насколько быстрее сборное производство, чем изготовление на месте?

Сборка сборных конструкций обычно сокращает график работ на строительной площадке, поскольку цеховые работы идут параллельно с подготовкой площадки, строительными работами и монтажом конструкций. В опросе SmartMarket 66% пользователей сообщили о более коротком графике проекта, а 35% сообщили об экономии в четыре недели и более.

Экономия времени достигается за счет параллельной работы, меньшего количества операций на объекте, таких как строительные леса, и независимости от погодных условий. В отчетах McKinsey по исследованию модульного строительства предусмотрено сжатие графика на 20–50% для модульных подходов, а в сводке опросов подрядчиков Министерства энергетики США отмечается, что 88% генеральных подрядчиков и менеджеров по строительству наблюдали сжатие графика. Эти цифры в общих чертах описывают сборные и модульные конструкции, поэтому их следует рассматривать как верхний предел для катушек труб, а не как гарантированный результат.

Выгода от графика также хрупка. Исследование планирования изготовления катушек со ссылкой на более ранние исследования показало, что около 20% катушек в производственных цехах испытывают нехватку материалов, и что плохое управление материалами может вызвать отставание от графика на 50–130% в рассмотренных тематических исследованиях. Другими словами, катушечный цех, ожидающий труб или фитингов, теряет преимущество во времени. Ранняя закупка материалов и замороженное проектирование имеют такое же значение, как и скорость сварки.

Таблица 2. Сравнение графиков. Качественное резюме, полученное на основе исследований CII, McGraw-Hill SmartMarket и McKinsey.

Трубы, изготовленные в цеху, более высокого качества, чем трубы, сваренные на месте?

Заводское изготовление, как правило, более контролируемо и повторяемо, поскольку сварные швы выполняются в лучших положениях, в стабильной среде и с поэтапным контролем. Она не является автоматически бездефектной: исследование CII показало, что 13,3% изготовленных катушек промышленных труб требуют доработки.

Цифра 13,3% является полезной проверкой реальности. Это показывает, что сборное производство продвигает контроль качества раньше; это не устраняет необходимости в этом. Преимущество состоит в том, что дефект, обнаруженный в магазине, можно дешево исправить, в то время как тот же дефект, обнаруженный после установки, может привести к вырезам, повторной сварке и задержкам. В условиях цеха становится проще свернуть соединение в удобное положение, проверить сборку, записать отслеживание сварщика и материала, а также провести проверку до того, как катушка покинет здание.

Таблица 3. Сравнение качества и безопасности. В опросе SmartMarket 34% пользователей сообщили об улучшении безопасности на объекте, 56% — об отсутствии изменений и 10% — о снижении безопасности, часто потому, что большие сборные элементы требуют тщательного планирования подъема.

Почему системы труб из нержавеющей стали и никелевых сплавов получают наибольшую выгоду от заводского изготовления?

Потому что их коррозионная стойкость зависит от чистоты поверхностей и контролируемой сварки, а в цехе можно более надежно контролировать загрязнение, тепловложение и послесварочную очистку, чем на открытой строительной площадке.

Сварка нагревает металл и сжигает тонкую, богатую хромом поверхностную пленку, которая делает нержавеющую сталь устойчивой к коррозии. Он также может оставлять после нагревания оттенок и, если используются инструменты или шлифовальные круги из углеродистой стали, вкрапляющиеся частицы железа, которые впоследствии ржавеют и начинают щелевую коррозию. Стандартной практикой является восстановление поверхности путем очистки, травления и пассивации в соответствии с ASTM A380 для очистки и удаления окалины и ASTM A967 для проверки пассивации. Цех может использовать специальные инструменты из нержавеющей стали, отдельные работы из углеродистой стали, контролировать продувку газа внутри сварного шва и обрабатывать целые катушки в операциях травления и пассивации. В полевых условиях возможны те же действия, но их труднее контролировать, а для локального ремонта обычно используется травильная паста.

Никелевые сплавы, такие как сплав 625, сплав 825 и монель, требуют той же дисциплины и часто более строгого контроля тепловложения и выбора наполнителя. Для этих материалов особенно ценны достоверная идентификация материала, сертифицированные отчеты об испытаниях материалов и отслеживаемые записи сварных швов, и их легче хранить в цеху.

Когда изготовление на местах все еще имеет смысл?

Изготовление на месте — лучший выбор для труб малого диаметра, врезных и замыкающих сварных швов, работ, которые необходимо адаптировать к фактическим условиям, поздних изменений конструкции, очень небольших работ и мест, где большие катушки невозможно транспортировать или поднимать.

Изготовление на месте часто является более сложной дисциплиной, и именно здесь показывает опыт подрядчика. Пример отраслевой спецификации заводского изготовления иллюстрирует общее разделение: трубы диаметром 2 дюйма и больше изготавливаются в цеху, тогда как трубы меньшего размера обычно изготавливаются на месте, а заводские катушки включают в себя заглушки или фитинги для ответвлений, изготовленных на месте. Катушки также должны иметь удлиненные или подходящие для эксплуатации соединения, чтобы можно было соответствовать реальным размерам. Наблюдения практиков подводят итог риску: если в цеху помещается как можно больше возможностей, график хорошо соблюдается, но чрезмерное раскачивание приводит к обратным результатам, когда сборки прибывают с недостаточной допуском на местах.

Как можно сравнить сборные катушки и изготовление на месте?

Предварительное изготовление обычно соответствует графику, обеспечивает стабильность сварных швов, отслеживаемость и безопасность на объекте; Изготовление на месте обеспечивает гибкость и адаптируемость. Стоимость зависит от расценок труда, производительности и логистики.

Таблица 4. Параллельное сравнение сборных трубных катушек и труб, изготовленных на месте.

Какие риски связаны со сборными катушками и как их можно контролировать?

Основными рисками являются накапливающиеся ошибки размеров, поздние изменения конструкции, нехватка материалов и повреждения при обращении. Они контролируются за счет раннего замораживания проектирования, допусков на монтаж на месте, ранней закупки материалов и тщательной проверки цеха перед выпуском.

Лидер бережливого строительства, опрошенный в отчете SmartMarket, отмечает, что при точечной работе каждый может что-то корректировать на месте, но при заводском изготовлении детали, выходящие за пределы допусков, могут накапливаться друг на друге и создавать большие несоответствия. Он также предостерегает от создания большого количества компонентов, которые впоследствии окажутся бракованными, что является расточительством.

Таблица 5. Риски заводского изготовления и практические меры контроля.

Как сделать выбор между сборными катушками и изготовлением на месте?

Принимайте решение заранее и принимайте решение по объему. Поместите в цех самые большие, наиболее повторяющиеся, наиболее чувствительные к качеству и наиболее критичные к графику трубопроводы; оставляйте на поле малокалиберные, врезные и неопределенные участки. CII советует принять решение как можно раньше, поскольку выгоды зависят от планирования проекта, закупок и логистики.

Таблица 6. Краткое руководство по выбору между сборными катушками и изготовлением на месте.

При оценке поставщика катушек поинтересуйтесь процедурой сварки и квалификацией сварщика в соответствии с разделом IX ASME, планом проверки и неразрушающего контроля, сертификацией и отслеживанием материалов, процедурами очистки и пассивации для нержавеющих и никелевых сплавов, протоколами контроля размеров и тем, как поставщик будет обрабатывать допуски на монтаж на месте. Что касается трубопроводов под давлением, помните, что руководящие нормы для трубопроводов (часто ASME B31.3 для технологических трубопроводов) устанавливают требования к проверке и испытаниям на герметичность, поэтому подтвердите, какие испытания проводятся в цеху, а какие остаются для готовой системы.

Часто задаваемые вопросы

Часто, но не всегда. Экономия достигается за счет разницы в оплате труда в цехах и на местах, разницы в производительности и более низких затратах на поддержку объекта. По данным отраслевого опроса 2011 года, 65% пользователей сборных конструкций сообщили о снижении бюджета проекта, а 8% сообщили об увеличении.

Сколько времени экономит предварительное изготовление трубных катушек?

Обычно это значительная сумма на месте, поскольку работа в цеху идет параллельно с подготовкой места. В том же опросе 66% пользователей сообщили о более коротком графике, а 35% сообщили об экономии в четыре недели и более. Результаты варьируются в зависимости от проекта.

Является ли цеховая сварка более качественной, чем сварка в полевых условиях?

Как правило, он более контролируем и повторяем, но не является автоматически бездефектным. CII сообщила, что 13,3% изготовленных катушек промышленных труб потребовали доработки, поэтому поэтапный контроль по-прежнему необходим.

Почему предварительное изготовление хорошо подходит для труб из нержавеющей стали и никелевых сплавов?

Цех может контролировать загрязнение, тепловложение и очистку после сварки лучше, чем строительная площадка. Соблюдение стандартов ASTM A380 и A967 для очистки и пассивации помогает восстановить коррозионную стойкость после сварки.

Какие размеры труб обычно производятся в заводских условиях?

Практика варьируется в зависимости от проекта, но в качестве примера отраслевой спецификации изготавливаются трубы диаметром 2 дюйма и больше, а трубы меньшего размера прокладываются на месте.

Что такое сварной шов, подогнанный в полевых условиях?

Сварной шов намеренно оставлен на месте, чтобы катушки можно было подогнать под фактические размеры площадки. Это снижает риск того, что жесткие предварительно сваренные узлы не подойдут.