長(zhǎng)輸管道內(nèi)補(bǔ)口施工工藝

中海油伊拉克有限公司

隨著長(zhǎng)輸管道的建設(shè)，管道的內(nèi)部防腐已成為趨勢(shì)，母材內(nèi)涂層可以在工廠預(yù)制，但是在現(xiàn)場(chǎng)施工中，管道內(nèi)部情況復(fù)雜，焊縫的內(nèi)部防腐一直是施工中的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的內(nèi)襯短節(jié)法、機(jī)械壓接法等[1]，由于苛刻的工藝條件限制，或者高昂的施工成本，顯現(xiàn)出在施工應(yīng)用中的局限性[2]。本文致力于長(zhǎng)輸管道焊縫內(nèi)補(bǔ)口工藝，采用北京揚(yáng)奇公司的內(nèi)補(bǔ)口設(shè)備對(duì)焊縫進(jìn)行內(nèi)補(bǔ)口，不僅提高了防腐效率，而且大大節(jié)約了人力，縮短施工工期，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，在實(shí)踐過(guò)程中內(nèi)補(bǔ)口一次合格率達(dá)到100%，高質(zhì)量完成了施工，保證了工期目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)[3]。該設(shè)備適用于坡度為20°以下平原山丘地段、管徑在355～559 mm 范圍內(nèi)的長(zhǎng)輸管道內(nèi)補(bǔ)口施工。

1 工藝原理

管道焊縫的內(nèi)補(bǔ)口主要通過(guò)內(nèi)補(bǔ)口設(shè)備在管道中焊縫位置進(jìn)行施工，設(shè)備采用無(wú)線控制系統(tǒng)，在管道外通過(guò)控制箱上的無(wú)線遙控操作內(nèi)補(bǔ)口設(shè)備在管道中內(nèi)補(bǔ)口[4]。管道內(nèi)補(bǔ)口設(shè)備類(lèi)似“小火車(chē)”一樣，由多節(jié)組成，按功能分為動(dòng)力、除銹、噴涂[2]。動(dòng)力部分為整個(gè)補(bǔ)口車(chē)在管道內(nèi)行進(jìn)及各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)提供動(dòng)力；除銹清理部分可對(duì)焊縫表面進(jìn)行打磨清理；噴涂為雙組分噴涂模式，對(duì)焊縫進(jìn)行液態(tài)涂料的噴涂。工作時(shí)，操作人員通過(guò)視頻發(fā)出各項(xiàng)指令，完成對(duì)管內(nèi)小車(chē)的前進(jìn)、后退、定位、除銹、清理、停車(chē)等項(xiàng)作業(yè)的控制，實(shí)現(xiàn)管道焊縫的內(nèi)補(bǔ)口[4]。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

內(nèi)補(bǔ)口施工工藝流程包括：施工準(zhǔn)備、定位除銹、清掃吸塵、定位噴涂、外觀檢測(cè)、電火花檢漏、厚度檢測(cè)等，施工流程如圖1所示。

圖1 施工流程示意圖Fig.1 Construction flow chart

2.1 定位除銹

（1）管道無(wú)損檢測(cè)合格之后，將內(nèi)補(bǔ)口車(chē)預(yù)先放置在管道中，打開(kāi)補(bǔ)口機(jī)和控制箱，調(diào)整天線位置以便通信順暢[5]。

（2）操作控制面板，根據(jù)管徑調(diào)整除銹行程、除銹間隙、除銹次數(shù)、除銹伸臂等參數(shù)。以管徑457 mm 為例，除銹行程為20 mm，間隙1 s，除銹次數(shù)3次，伸臂40 s。

（3）內(nèi)補(bǔ)口設(shè)備采取“倒退行進(jìn)”方式進(jìn)行，設(shè)備先進(jìn)入管道內(nèi)部，然后從管內(nèi)部后退施工至管口。

（4）將視頻切換到除銹視頻，按下后退按鈕，設(shè)備開(kāi)始后退，通過(guò)控制箱上的顯示屏觀測(cè)焊縫定位，待除銹視頻中出現(xiàn)焊道時(shí)，按下停止按鈕，此時(shí)按下除銹按鈕，設(shè)備開(kāi)始自動(dòng)除銹[5]。

（5）在除銹完成之后，清掃電動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，帶動(dòng)毛刷開(kāi)始清掃，緊接吸塵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，吸走清掃下來(lái)的灰塵、焊渣等[6]，該過(guò)程屬于除銹過(guò)程中的一部分。

2.2 定位噴涂

（1）在完成除銹、清掃及吸塵等動(dòng)作之后，開(kāi)始進(jìn)入噴涂。

（2）通過(guò)操縱控制面板，根據(jù)管徑調(diào)整噴涂長(zhǎng)度、噴涂厚度、噴涂次數(shù)等參數(shù)。以管徑457 mm為例，噴涂長(zhǎng)度30 mm，噴涂厚度450μm，噴涂次數(shù)3次。

（3）除銹和噴涂屬于兩個(gè)分開(kāi)的過(guò)程，所以在除銹之后的焊道需要重新定位，將視頻切換到噴涂視頻，按下后退按鈕，通過(guò)控制箱上的顯示屏觀測(cè)焊縫位置，待噴涂視頻中出現(xiàn)焊道時(shí)，按下停止按鈕，此時(shí)按下噴涂按鈕，設(shè)備自動(dòng)開(kāi)始噴涂。待該焊縫噴涂之后，繼續(xù)后退通過(guò)除銹視頻尋找下一道焊縫，繼續(xù)進(jìn)行除銹、清掃吸塵和噴涂。噴涂過(guò)程如圖2所示，管口涂層效果如圖3所示。

2.3 涂層外觀檢測(cè)

在內(nèi)補(bǔ)口完成24 h后，檢測(cè)車(chē)方可進(jìn)入管道內(nèi)部進(jìn)行涂層質(zhì)量的檢測(cè)工作。檢測(cè)開(kāi)始之前，應(yīng)先清理管端內(nèi)的雜物、塵土。設(shè)備送入后，打開(kāi)車(chē)體電源和控制箱電源，調(diào)整好天線位置，以便視頻信號(hào)的通信順暢。涂層外面質(zhì)量的檢測(cè)，采用視覺(jué)外觀質(zhì)量檢測(cè)的辦法，由檢測(cè)車(chē)最前方的主攝像頭及控制箱上的監(jiān)視器來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。該攝像頭具備自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、圖像放大、自動(dòng)聚焦等功能。涂層外觀的檢測(cè)過(guò)程可以實(shí)時(shí)記錄[7]。

（1）啟動(dòng)內(nèi)檢測(cè)車(chē)和控制箱電源，通過(guò)手柄上的視頻按鈕切換到主視模式，此時(shí)在顯示屏上可清晰看到管道內(nèi)壁（圖4）。

（2）按下前進(jìn)按鈕，通過(guò)顯示屏來(lái)定位噴涂焊縫。待到達(dá)焊縫處，按下停止按鈕，此時(shí)，通過(guò)攝像頭可以看到焊縫的噴涂效果?？刂泼姘迳峡梢孕D(zhuǎn)攝像頭，周向觀測(cè)焊縫周?chē)膰娡啃Ч▓D5）。

2.4 電火花檢漏

涂層漏點(diǎn)的檢測(cè)由電火花檢測(cè)儀來(lái)實(shí)施，實(shí)施過(guò)程中機(jī)械手臂手持檢測(cè)探頭在待檢測(cè)處沿管道的徑向做360°旋轉(zhuǎn)。檢測(cè)電壓為0～3 000 V 可調(diào)，檢測(cè)結(jié)果可在液晶顯示器上實(shí)時(shí)顯示。

（1）主視觀測(cè)結(jié)束之后，按下手柄上的視頻按鈕，切換到定位模式。

圖2 噴涂Fig.2 Spaying

圖3 管口涂層效果Fig.3 Coating effect of pipe mouth

圖4 外觀檢測(cè)設(shè)備Fig.4 Visual inspection equipment

（2）按下前進(jìn)按鈕通過(guò)定位攝像頭定位焊縫位置，按下停止按鈕。

（3）按下手柄視頻按鈕，切換到檢測(cè)模式，按下手柄上的測(cè)漏按鈕，檢測(cè)車(chē)上的檢漏儀銅刷伸出貼到管道內(nèi)壁（圖6）。

（4）按下控制面板上的旋轉(zhuǎn)按鈕，銅刷開(kāi)始周向旋轉(zhuǎn)，貼管壁刷一周，檢測(cè)是否有漏點(diǎn)存在，如有漏點(diǎn)，則在面板上有報(bào)警提示。

2.5 涂層厚度檢測(cè)

涂層厚度檢測(cè)由超聲波測(cè)厚儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)施過(guò)程中機(jī)械手臂手持測(cè)厚儀探頭，在管道外控制箱上遙控手柄的操作下，可對(duì)待檢測(cè)表面隨意取點(diǎn)檢測(cè)，機(jī)械手壁可沿管道徑向360°旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)數(shù)值可實(shí)時(shí)顯示在管道外的監(jiān)視器上[8]。

（1）電火花檢漏結(jié)束之后，開(kāi)始涂層厚度檢測(cè)，按下手柄上的測(cè)厚按鈕，測(cè)厚儀開(kāi)啟，測(cè)厚探頭伸出測(cè)厚。測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在控制箱上的顯示屏上（圖7）。

（2）按下旋轉(zhuǎn)按鈕，再按停止按鈕，測(cè)量另一位置的涂層厚度，并記錄兩次涂層厚度結(jié)果。

（3）如果電火花檢漏出現(xiàn)漏點(diǎn)或者測(cè)厚結(jié)果小于450μm，則該焊縫需重新噴涂。

2.6 涂層剝離強(qiáng)度試驗(yàn)

圖5 補(bǔ)口后焊縫外觀檢測(cè)Fig.5 Weld appearance inspection after joint coating

圖6 電火花檢漏Fig.6 Spark detection for leakage

圖7 厚度檢測(cè)結(jié)果Fig.7 Thickness test results

內(nèi)補(bǔ)口的涂層需要進(jìn)行剝離試驗(yàn)（圖8），可在管口一端試噴涂一道焊縫，待實(shí)干后，進(jìn)行剝離試驗(yàn)。根據(jù)ASTM D3359 標(biāo)準(zhǔn)，采用X-Cut 試驗(yàn)方法，用鋒利的刀片在涂層上劃出X形狀切口（長(zhǎng)度40 mm），刀尖必須劃透涂層，然后用半透明膠帶粘貼劃過(guò)的涂層，觀察起毛比例，若小于5%，即為合格。

圖8 涂層剝離強(qiáng)度試驗(yàn)Fig.8 Adhesive Tape Test

3 內(nèi)補(bǔ)口質(zhì)量控制措施

（1）以下環(huán)境條件下不易進(jìn)行內(nèi)補(bǔ)口施工：氣溫低于10 ℃；空氣相對(duì)濕度 80%；沙塵及大風(fēng)天氣[6]。

（2）焊前管道內(nèi)壁表面處理幅度。管段預(yù)留按70 mm計(jì)，焊縫兩側(cè)表面清理的幅度（焊縫處的長(zhǎng)度）為150 mm，對(duì)管體預(yù)制涂層還應(yīng)該進(jìn)行每邊50 mm寬度的拉毛處理，以保證焊縫補(bǔ)口涂層與原管體預(yù)制涂層之間的接合力，即表面處理的總幅度應(yīng)為250 mm[5]。

（3）涂層補(bǔ)口幅度的設(shè)定?？紤]到定位的精確度，涂層的補(bǔ)口幅度應(yīng)超出表面處理兩邊量15 mm，即每個(gè)焊縫涂敷總幅度（寬度）為280 mm。根據(jù)此調(diào)整內(nèi)補(bǔ)口車(chē)參數(shù)，設(shè)定噴涂長(zhǎng)度。

（4）每天做好內(nèi)補(bǔ)口施工記錄及檢測(cè)記錄，填寫(xiě)內(nèi)補(bǔ)口施工記錄表和管道內(nèi)壁補(bǔ)口質(zhì)量檢測(cè)記錄表。

（5）待補(bǔ)口焊縫的外觀質(zhì)量要求：焊縫余高應(yīng)滿足焊接要求，且表面平整，無(wú)鋒刺、棱角[8]。

（6）只有在無(wú)損檢測(cè)合格和外防腐之后才能進(jìn)行內(nèi)補(bǔ)口施工。

（7）噴涂前必須先啟動(dòng)除銹程序，除銹之后應(yīng)在當(dāng)天之內(nèi)進(jìn)行噴涂，如不能，再次噴涂前需重新除銹[9]。

（8）涂料調(diào)和比要適宜，涂料和固化劑為3∶1左右，表干時(shí)間為2 h，實(shí)干時(shí)間24 h。

（9）考慮到電池續(xù)航能力和料倉(cāng)容積，連續(xù)補(bǔ)口長(zhǎng)度不能超過(guò)500 m。

（10）只有在內(nèi)涂層完全固化后才可進(jìn)行檢測(cè)，否則會(huì)破壞內(nèi)涂層。

（11）根據(jù)涂層厚度選定檢漏電壓，450μm采用2 200 V 檢漏電壓。測(cè)厚時(shí)注意要多點(diǎn)取樣，保證檢測(cè)質(zhì)量。

（12）補(bǔ)口前應(yīng)在試件上進(jìn)行設(shè)備機(jī)具與原材料間的匹配性試驗(yàn)，確定設(shè)備工作頻率和噴涂次數(shù)。

（13）確認(rèn)管道內(nèi)部無(wú)石塊等異物，以免補(bǔ)口設(shè)備在補(bǔ)口過(guò)程中受阻。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）采用管道內(nèi)補(bǔ)口施工工藝，保證了管道內(nèi)部防腐的延續(xù)性和完整性。管道內(nèi)防腐施工中，內(nèi)補(bǔ)口的施工質(zhì)量至關(guān)重要，本文總結(jié)的施工工藝能夠精確地定位焊縫并進(jìn)行內(nèi)補(bǔ)口[10]。另外由于管道內(nèi)表面處于“看不見(jiàn)、摸不著”的狀態(tài)，檢測(cè)車(chē)的引用，解決了無(wú)法觀測(cè)和檢查補(bǔ)口質(zhì)量的瓶頸，這對(duì)檢查和保證補(bǔ)口質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。

（2）該施工工藝雖然具有高效、縮短工期和節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，但是焊縫的定位依靠肉眼識(shí)別，存在長(zhǎng)期的視覺(jué)疲勞導(dǎo)致漏口現(xiàn)象。建議焊縫的定位采用類(lèi)似無(wú)損檢測(cè)的源定位方法，如此，內(nèi)補(bǔ)口施工工藝將會(huì)更加成熟。