幾種輔助工具在油氣管道自動焊施工中的 應(yīng)用

孫國瀚，刁鳳東，張 倩，牛志勇

1中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

2中國石油天然氣管道科學(xué)研究院有限公司，河北 廊坊

3中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

變形檢測尺，內(nèi)防風(fēng)清掃器，軌道裝夾校正器，長輸油氣管道，自動焊施工

1.引言

隨著國家能源戰(zhàn)略的快速實施以及天然氣用量的不斷增大，當(dāng)前油氣長輸管道施工已步入了大口徑、大壁厚、高鋼級、高壓力的發(fā)展階段，管道全位置自動焊技術(shù)以其穩(wěn)定的焊接性能和高效的施工效率，已成為市場主流[1][2][3]。

在西部管道全尺寸爆破試驗以及中俄東線天然氣管道工程試驗段一期的自動焊施工過程中，發(fā)現(xiàn)鋼管因管徑大(1422 mm)和自重大，在倒運過程中局部易變形而難以有效完成變形量檢測；內(nèi)焊機作業(yè)產(chǎn)生的粉塵未得到及時清理而影響后續(xù)檢測工作和內(nèi)焊施工質(zhì)量；管道自動焊外焊機軌道裝夾效率低、精度不高、焊接準備時間等問題，影響了工程的進度和質(zhì)量。針對上述問題，結(jié)合現(xiàn)場直徑1422 mm管道的施工實際，分別設(shè)計制作了鋼管局部變形檢測尺、內(nèi)防風(fēng)清掃器以及自動焊軌道裝夾校正器，用于改善施工。

2.自動焊輔助工具介紹

2.1.鋼管局部變形檢測尺

2.1.1.結(jié)構(gòu)示意

鋼管局部變形檢測尺由內(nèi)檢測尺、外檢測尺以及塞尺組成(圖1)，其中內(nèi)檢測尺弧度由鋼管外徑和壁厚決定，外檢測尺弧度由鋼管外徑?jīng)Q定，塞尺由高強鋼制成，變形量檢測范圍為0.5～5.5 mm。內(nèi)檢測尺、外檢測尺的弧頂可配備拆卸式磁吸，滿足單人檢測、計量同步進行。

Figure 1.The structural diagram of rule for checking the local deformation of pipeline 圖1.鋼管局部變形檢測尺結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2.安裝使用方法

由1名測量人員持內(nèi)檢測尺、外檢測尺以及塞尺，可獨立進行直徑1422 mm鋼管管口局部變形的測量與記錄。測量管道內(nèi)變形時，利用內(nèi)檢測尺在內(nèi)壁環(huán)繞測量，如檢測尺與內(nèi)壁緊密貼合，無法插入塞尺，則管道無變形，如檢測尺與內(nèi)壁局部產(chǎn)生間隙，通過塞尺插入量的讀數(shù)可得出管道局部變形量的大?。粶y量管道外變形時，方法與內(nèi)檢測類似，通過外檢測尺與外壁的貼合度來確定管道局部的變形量。

2.1.3.功能效果

油氣管道施工中，由于鋼管口徑大、重量沉，在運輸、卸布管等環(huán)節(jié)容易發(fā)生碰撞、擠壓，產(chǎn)生鋼管局部特別是管口的變形問題，影響施工質(zhì)量和施工效率。通過鋼管局部變形檢測尺，1名質(zhì)檢人員便可獨立對管口局部的變形情況進行提前有效測量，為鋼管組對和自動焊接排除質(zhì)量隱患，避免不必要的停窩工。

2.2.內(nèi)防風(fēng)清掃器

2.2.1.結(jié)構(gòu)示意

內(nèi)防風(fēng)清掃器主要由連接桿組件和密封擋板組成(圖2)。其中連接桿組件包括連接軸、長拉桿、正反螺桿、中心座、連接桿等配件，將密封擋板與內(nèi)焊機尾部的儲氣罐端部連接；密封擋板主要由2組與管道內(nèi)徑相同的圓形封堵固定圈構(gòu)成，通過連接螺桿和螺栓將固定圈、封堵氈布(帆布)連接，封堵固定圈上安裝萬向行走輪，便于密封擋板隨內(nèi)焊機前后移動，通過內(nèi)圈帆布進行防風(fēng)，通過外圈氈布進行移動清掃。

2.2.2.安裝使用方法

現(xiàn)場自動焊施工前，先完成內(nèi)防風(fēng)清掃器的組裝，隨后將密封擋板沿管道內(nèi)壁放入管內(nèi)，通過連接桿，將密封擋板和內(nèi)焊機尾部的儲氣罐端部活性連接。自動焊接施工中，防風(fēng)清掃器隨內(nèi)焊機在管內(nèi)移動，通過2組封堵固定圈固定的2層帆布可保證內(nèi)焊機不受管道內(nèi)空氣流動干擾，同時固定圈外延的2層耐高溫氈布可對管道內(nèi)的焊渣、粉塵進行清掃。

Figure 2.The schematic diagram of internal wind deflector’s structure 圖2.內(nèi)防風(fēng)清掃器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.3.功能效果

內(nèi)防風(fēng)清掃器結(jié)構(gòu)合理、拆裝簡便，通過該工具可對管道進行及時有效的防風(fēng)封堵，解決管內(nèi)流動空氣對內(nèi)焊機的干擾，避免因尾端進出造成的停窩工，從而保證內(nèi)根焊穩(wěn)定性，降低焊縫缺陷率，提高施工效率。通過對管道內(nèi)焊渣、粉塵的清掃，避免其對檢測工作的干擾，可有效減少后期清管施工壓力。

2.3.軌道裝夾校正器

2.3.1.結(jié)構(gòu)示意

軌道裝夾校正器主要由定位座、移動桿、磁鐵3部分構(gòu)成，其中移動桿可在定位座上方的滑道里水平移動。定位座水平面和移動桿端部印有刻度值，用于水平和垂直方向的定位(圖3)。

Figure 3.The schematic diagram of rail clamp corrector 圖3.軌道裝夾校正器示意圖

2.3.2.安裝使用方法

自動焊施工時，焊接人員可利用6臺(數(shù)量可調(diào)整)軌道裝夾校正器，在管口0、2、4、6、8、10點位(或其他對稱位置)完成安裝定位，定位安裝(圖4)操作步驟為：①通過定位座下方的磁體和旁邊的刃腳，將校正器與管道管口外壁磁性相連；②參照定位座的刻度值調(diào)節(jié)移動桿，完成鋼管管口與自動焊軌道之間的水平距離定位；③安裝自動焊導(dǎo)向軌道，確保軌道與移動桿端部緊密貼合；④參照移動桿端部的垂直刻度，校核軌道高度，確保一致；⑤自動焊設(shè)備安裝。

Figure 4.The schematic diagram of location and installation of rail clamp corrector 圖4.軌道裝夾校正器定位安裝示意圖

2.3.3.功能效果

軌道裝夾校正器體積小、攜帶方便，通過推廣使用，焊接人員可以準確完成導(dǎo)向軌道定位，減少焊接過程中因軌道安裝不正而導(dǎo)致的反復(fù)調(diào)整，降低焊接缺陷的出現(xiàn)率，減少返修、割口等不必要投入。此外，通過軌道裝夾校正器可以快捷完成導(dǎo)向軌道安裝，提高焊接施工的整體效率，為施工單位降低人機成本。

3.工程應(yīng)用情況

根據(jù)國家能源戰(zhàn)略的總體規(guī)劃，中俄東線天然氣管道工程于2015年開工建設(shè)，是目前口徑最大、壓力最高的長距離天然氣輸送管道項目，對提升清潔能源供應(yīng)量、改善大氣環(huán)境等方面將產(chǎn)生深遠影響。率先開工的試驗段一期全長約6.955 km、管徑1422 mm、壁厚21.4 mm、設(shè)計壓力12 MPa，線路位于黑龍江五大連池市境內(nèi)，地勢平坦開闊，其中管道全位置自動焊為重要試驗環(huán)節(jié)，在極寒環(huán)境下完成了500余道焊口施工。

直徑1422 mm管道外徑周長近4.5 m，單管重量約9 t，較以往中小口徑管道而言，施工難度、資源投入、安全質(zhì)量管控等方面都有了質(zhì)的區(qū)別。針對實際情況，經(jīng)現(xiàn)場驗證，利用鋼管局部變形檢測尺，可由單人快速完成管口變形量檢測，避免因變形造成管道組對等環(huán)節(jié)的停窩工；利用內(nèi)防風(fēng)清掃器，可有效保障內(nèi)根焊穩(wěn)定，降低焊接缺陷；利用軌道裝夾校正器，單次導(dǎo)向軌道安裝時間可節(jié)約2～4 min。幾種自動焊輔助工具得到了中俄東線天然氣管道工程試驗段一期技術(shù)和操作人員的高度認可，現(xiàn)已推廣至中俄東線天然氣管道工程黑河-長嶺段施工現(xiàn)場。

4.結(jié)語

近幾年來，管道全位置自動焊技術(shù)得到了長足的發(fā)展，多項長輸油氣管道項目均在線路施工中采用了自動焊技術(shù)，有效保障了環(huán)焊縫焊接頭強度，為后期運營打好了質(zhì)量基礎(chǔ)。隨著自動焊技術(shù)的不斷推廣，鋼管局部變形檢測尺、內(nèi)防風(fēng)清掃器和軌道裝夾校正器將得到充分使用，在管道施工中發(fā)揮更大的作用。