機(jī)械化補(bǔ)口技術(shù)在長(zhǎng)輸管道工程中的應(yīng)用

呂洪巖

摘 要：防腐補(bǔ)口是保證管道防腐層完整性的重要工藝。防腐補(bǔ)口是指對(duì)管道裸露的焊口部位進(jìn)行涂裝、包覆，從而實(shí)現(xiàn)該區(qū)域腐蝕防護(hù)的技術(shù)操作，通過(guò)補(bǔ)口，管道的外防腐層與補(bǔ)口處的防腐層對(duì)管道形成了一個(gè)完整的防腐系統(tǒng)。對(duì)機(jī)械補(bǔ)口技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀、工程應(yīng)用效果進(jìn)行全面研究，并對(duì)該技術(shù)在鄂安滄項(xiàng)目的應(yīng)用進(jìn)行論證，為后續(xù)長(zhǎng)輸管道防腐補(bǔ)口施工引進(jìn)該技術(shù)提供支撐，推動(dòng)長(zhǎng)輸管道施工防腐補(bǔ)口技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械化補(bǔ)口;長(zhǎng)輸管道;防腐補(bǔ)口

引言

國(guó)內(nèi)油氣管道的腐蝕防護(hù)技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)50年代，我國(guó)埋地管道主要以瀝青類(lèi)覆蓋層為主一直延續(xù)到20世紀(jì)70年代。從1971年的“八三管道會(huì)戰(zhàn)”開(kāi)始，新中國(guó)才真正開(kāi)始建設(shè)自己的長(zhǎng)輸油氣管道，管道防腐方式仍然沿用瀝青類(lèi)熱塑性材料，到了20世紀(jì)80年代增加了環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)涂料加玻璃布襯里涂覆技術(shù);20世紀(jì)90年代初期開(kāi)始引進(jìn)熱固型環(huán)氧粉末防腐技術(shù)，在90年代中期聚乙烯復(fù)合結(jié)構(gòu)開(kāi)始應(yīng)用并得到迅速而廣泛的推廣。通過(guò)跨國(guó)管道、跨海管道的建設(shè)與實(shí)踐，當(dāng)前國(guó)內(nèi)油氣管道防腐技術(shù)基本達(dá)到世界先進(jìn)水平。

1機(jī)械化補(bǔ)口技術(shù)在長(zhǎng)輸管道工程中應(yīng)用意義

（1）采用機(jī)械補(bǔ)口技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)磨料、粉塵的回收與分離，回收的磨料能夠循環(huán)使用，磨料回收率達(dá)100%，不造成環(huán)境污染。（2）采用中頻加熱、紅外加熱方式能夠快速完成焊口加熱、預(yù)熱、除濕、熱收縮帶收縮及高溫回火，且加熱均勻、快速。（3）除銹、加熱設(shè)備能夠通過(guò)組織流水施工的方式實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。（4）補(bǔ)口效率每個(gè)工日達(dá)45道以上（以DN1000規(guī)格鋼管計(jì)），且補(bǔ)口質(zhì)量具有持續(xù)性和穩(wěn)定性。

2機(jī)械補(bǔ)口技術(shù)原理

在長(zhǎng)輸管道（一般為大口徑：DN600以上）現(xiàn)場(chǎng)防腐補(bǔ)口施工中，通過(guò)環(huán)保型噴砂除銹工程車(chē)、中頻加熱工程車(chē)、紅外加熱工程車(chē)的使用，實(shí)現(xiàn)噴砂除銹、砂料回收、管口預(yù)熱、收縮帶高溫回火等主要施工環(huán)節(jié)和施工工序的機(jī)械化作業(yè)和流水作業(yè)，使整個(gè)防腐補(bǔ)口施工的自動(dòng)化程度大幅提高，降低對(duì)作業(yè)人員技能水平的依賴(lài)，提高整體施工效率和施工質(zhì)量。環(huán)保型噴砂除銹工程車(chē)主要由履帶工程車(chē)、自動(dòng)除銹執(zhí)行裝置、自動(dòng)控制系統(tǒng)、噴砂系統(tǒng)等組成，以液壓站、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)等為輔助設(shè)備，用于對(duì)待補(bǔ)口管段的外表面自動(dòng)處理。其中，履帶工程車(chē)用于對(duì)自動(dòng)除銹設(shè)備在施工現(xiàn)場(chǎng)的靈活移動(dòng)提供電力;空壓機(jī)主要提供壓縮空氣;噴砂系統(tǒng)主要提供高速砂料并將砂料與粉塵分離回收;自動(dòng)除銹執(zhí)行裝置在自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道管口外表面進(jìn)行全位置自動(dòng)除銹。由此可知，相比傳統(tǒng)的開(kāi)放式噴砂除銹工藝，環(huán)保型機(jī)械噴砂除銹更加環(huán)保、更加節(jié)約磨料，更重視操作人員健康與安全。人工開(kāi)放式的噴砂除銹作業(yè)雖然能夠滿(mǎn)足管道表面清理質(zhì)量的要求，但是施工效率極低，且由于砂料噴向管道表面后不能回收，現(xiàn)場(chǎng)砂料消耗量很大，造成原料的較大浪費(fèi)。并且噴砂過(guò)程中的粉塵污染環(huán)境，同時(shí)也影響操作人員的健康。環(huán)保型機(jī)械噴砂除銹既符合環(huán)保要求又能達(dá)到管道除銹要求。隨著我國(guó)管道建設(shè)步伐的加快，補(bǔ)口中暴露的問(wèn)題大多與表面除銹質(zhì)量有關(guān)，因此，工程監(jiān)管部門(mén)對(duì)除銹質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，環(huán)保監(jiān)管形勢(shì)也日趨嚴(yán)苛。環(huán)保型機(jī)械噴砂除銹既可改善作業(yè)環(huán)境、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證除銹質(zhì)量、提高除銹作業(yè)效率，同時(shí)，又能降低原材料成本、滿(mǎn)足環(huán)保監(jiān)管要求，是未來(lái)噴砂除銹作業(yè)的主要發(fā)展方向。

3我國(guó)管道補(bǔ)口技術(shù)分析

3.1石油瀝青補(bǔ)口

石油瀝青補(bǔ)口存在很大的局限性，它主要通過(guò)石油瀝青的特性進(jìn)行管道補(bǔ)口[1]，需要提前預(yù)熱，并不是適合所有的干線(xiàn)管道防腐層補(bǔ)口，必須是防腐層材料相同的才能應(yīng)用，在施工的過(guò)程中，需要消耗大量的人力成本，且產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)人的身體健康和環(huán)境都有害，所以石油瀝青補(bǔ)口技術(shù)已經(jīng)逐漸被淘汰了，當(dāng)然并不是完全消失，一些修復(fù)工程還是會(huì)有少量應(yīng)用;

3.2內(nèi)補(bǔ)口機(jī)技術(shù)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，管道內(nèi)補(bǔ)口機(jī)也逐步發(fā)展和完善，越來(lái)越智能化、小型化，現(xiàn)在的內(nèi)補(bǔ)口機(jī)一般由行走、定位、除銹、供料、旋噴、控制和自檢等環(huán)節(jié)組成，大口徑（DN200以上）的鋼質(zhì)管線(xiàn)內(nèi)防腐層焊口補(bǔ)口可以采用內(nèi)補(bǔ)口機(jī)器人，對(duì)焊口內(nèi)壁進(jìn)行除銹、噴涂等防腐蝕補(bǔ)口作業(yè)，見(jiàn)圖1。在管道對(duì)口焊接安裝完成后，對(duì)焊縫部位實(shí)施防腐層內(nèi)補(bǔ)口。補(bǔ)口時(shí)，首先要對(duì)組對(duì)焊接的管道內(nèi)壁進(jìn)行清掃、焊口定位并進(jìn)行除銹達(dá)到Sa2級(jí)以上，然后，將高壓無(wú)氣噴涂機(jī)送到管道內(nèi)壁焊縫處進(jìn)行噴涂作業(yè)，最后再進(jìn)行檢測(cè)。然而，由于小口徑管道內(nèi)腔空間狹小，內(nèi)補(bǔ)口機(jī)組成環(huán)節(jié)多，導(dǎo)致內(nèi)補(bǔ)口機(jī)在小口徑管道上應(yīng)用受限。

3.3環(huán)氧煤瀝青補(bǔ)口

一般現(xiàn)場(chǎng)施工會(huì)運(yùn)用到環(huán)氧煤瀝青補(bǔ)口，需要使用到玻璃布，然后再進(jìn)行補(bǔ)口作業(yè)，當(dāng)作用于管道補(bǔ)口時(shí)，對(duì)溫度有一定的要求，介質(zhì)的溫度不能高于110℃，環(huán)氧煤瀝青補(bǔ)口的優(yōu)缺點(diǎn)也比較明顯，優(yōu)點(diǎn)是上手難度不高，不需要提前預(yù)熱，缺點(diǎn)就是針對(duì)于涂層的固化操作流程較為復(fù)雜，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，就無(wú)法進(jìn)行下一步操作;

3.4雙組分熱噴涂技術(shù)

雙組分涂料的熱噴涂技術(shù)在20世紀(jì)80—90年代十分盛行，主要用于管道大修的防腐技術(shù)，將兩種組分的材料分別加熱，增強(qiáng)其流動(dòng)性和反應(yīng)活性，按照一定比例在噴涂槍口前混合，然后通過(guò)噴槍將混合物涂覆在鋼管表面。雙組分材料在溫度的作用下發(fā)生快速固化反應(yīng)，形成覆蓋層。環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)、氨基醇酸類(lèi)、丙烯酸類(lèi)以及聚氨酯類(lèi)等材料都比較適合于雙組分涂覆。雙組分熱噴涂技術(shù)因其快速固化的特性，比較適合于在役管道現(xiàn)場(chǎng)防腐層的大修及異型管件和焊縫補(bǔ)口的涂覆。對(duì)于大規(guī)模長(zhǎng)距離管道防腐，幾乎未見(jiàn)使用和報(bào)道，國(guó)內(nèi)雙組分熱噴涂技術(shù)在東北管網(wǎng)的修復(fù)上應(yīng)用較多。

3.5管端外接不銹鋼短節(jié)法

預(yù)先在管道的兩頭焊接2個(gè)不銹鋼環(huán)，不銹鋼環(huán)的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)壓力選取，不銹鋼環(huán)的寬度要根據(jù)不同管壁厚度、管徑、焊接時(shí)的熱影響區(qū)范圍寬度以及內(nèi)防腐涂層耐熱能力確定。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和測(cè)算，對(duì)于耐溫100℃熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層來(lái)說(shuō)，規(guī)格為114mm×6mm至219mm×14mm的管道，一般熱影響區(qū)不超過(guò)100mm，因此，不銹鋼環(huán)長(zhǎng)度可選100～150mm;然后，再進(jìn)行管道內(nèi)、外防腐蝕涂層的涂敷。內(nèi)、外防腐蝕涂層務(wù)必要覆蓋不銹鋼環(huán)與管體之間的焊縫，以免發(fā)生不同鋼材之間電位差導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕，現(xiàn)場(chǎng)連接時(shí)，只需要用不銹鋼焊條將兩根管端的不銹鋼環(huán)焊在一起即可。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、有效地解決了管道內(nèi)防腐蝕層在焊縫附近的內(nèi)補(bǔ)口難題。

結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械補(bǔ)口技術(shù)是長(zhǎng)輸管道建設(shè)從勞動(dòng)密集型向技術(shù)創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變的必然選擇，其集管道防腐系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)于一體，實(shí)現(xiàn)了管道補(bǔ)口的全自動(dòng)化，全面提升了補(bǔ)口施工效率與質(zhì)量。機(jī)械補(bǔ)口技術(shù)采用密閉自動(dòng)除銹、中頻加熱、紅外加熱相配合的機(jī)械化流水作業(yè)，保證了表面處理、預(yù)熱、收縮、回火等質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)的可控性和穩(wěn)定性，將長(zhǎng)輸油氣管道的熱收縮帶補(bǔ)口技術(shù)水平提升到了新的高度。

參考文獻(xiàn)：

[1]周文麗.油田地面工程腐蝕與防護(hù)技術(shù)探討[J].化工管理，2018（34）：142-143.

[2]田慶生.原油管道防腐保溫補(bǔ)口技術(shù)選擇及質(zhì)量控制[J].全面腐蝕控制，2018，32（08）：79-80.

[3]姜海峰.原油管道防腐保溫補(bǔ)口技術(shù)選擇及質(zhì)量控制[J].全面腐蝕控制，2018，32（06）：105-106+109.

[4]錢(qián)文操.油氣管道外防腐補(bǔ)口技術(shù)的現(xiàn)狀分析[J].石化技術(shù)，2018，25（06）：74.

[5]張秀云，韓建波，張羽，陳世偉，王志剛.液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)在長(zhǎng)輸管道中的質(zhì)量控制[J].天然氣與石油，2018，36（02）：89-95.

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