油管高效清潔修復(fù)成套技術(shù)研究與應(yīng)用

李勇，范新冉，張曉璇，張智強(qiáng)

(中國(guó)石化勝利油田分公司設(shè)備管理部，山東 東營(yíng) 257000)

1 現(xiàn)狀分析

勝利油田15家開發(fā)單位平均每年油管桿修復(fù)工作量3300萬(wàn)米以上，現(xiàn)有油管廠11個(gè)，有清洗、探傷、試壓、車床、鋸床、擰扣機(jī)等各類設(shè)備182臺(tái)（套），平均服役10年以上，整體處于信息化自動(dòng)化水平低、生產(chǎn)工藝技術(shù)落后、安全環(huán)保壓力大的落后現(xiàn)狀。

1.1 信息化自動(dòng)化水平低，人工占用量多，勞動(dòng)強(qiáng)度大

目前，清洗上料、油管質(zhì)量分級(jí)、油管潤(rùn)滑、油管分級(jí)排放等均需要人工操作，一條油管修復(fù)線至少需要操作工16人,用工形勢(shì)比較緊張。

1.2 工藝落后，修復(fù)質(zhì)量差

油管清洗工藝中，部分油管廠仍采用老式熱輻射清洗方式、敞口池式抽油桿清洗方式，加熱不足、清洗效果較差，會(huì)有大量原油附著在油管桿，難以見到金屬本色。采用人工分級(jí)排放，由于長(zhǎng)時(shí)間目視操作，存在誤操作現(xiàn)象。平均每天分級(jí)誤操作率1%，對(duì)作業(yè)施工質(zhì)量造成一定影響。

1.3 安全環(huán)保問(wèn)題突出

一是油管桿清洗過(guò)程中VOC氣體揮發(fā)嚴(yán)重，因油管清洗設(shè)備大量揮發(fā)性氣體無(wú)組織排放，部分油管廠被環(huán)保部門要求停產(chǎn)整頓。二是油管桿傳輸過(guò)程中噪音較大。油管廠車間內(nèi)油管碰撞噪聲，汽缸排氣噪聲以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等綜合噪聲達(dá)到了86dB以上，最大碰撞噪聲達(dá)到110dB，已經(jīng)超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（85dB）。

提升油管廠自動(dòng)化、信息化及安全環(huán)保水平，對(duì)油田“四提一降”及安全環(huán)保生產(chǎn)有著積極意義。

2 技術(shù)研究

2.1 總體思路

針對(duì)存在問(wèn)題，重點(diǎn)要圍繞提升油管桿修復(fù)線自動(dòng)化信息化水平、工藝先進(jìn)性、安全環(huán)保水平，編制改進(jìn)提升方案，以達(dá)到安全環(huán)保、先進(jìn)可靠、優(yōu)質(zhì)高效、經(jīng)濟(jì)適用的目的。

一是圍繞清洗上料、質(zhì)量分級(jí)標(biāo)識(shí)、絲扣潤(rùn)滑、分級(jí)擺放、絲扣檢測(cè)、上卸接箍等人員占用量多、勞動(dòng)強(qiáng)度大的崗位，開展自動(dòng)化技術(shù)研究，同時(shí)將清洗、試壓、探傷等各工序設(shè)備進(jìn)行集成控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作。

二是找準(zhǔn)安全環(huán)保突出問(wèn)題，完善工藝及配套環(huán)保技術(shù)。研究密閉式油管桿清洗技術(shù)，并配套適合低濃度、高濕度、高溫度的復(fù)雜性混合VOC氣體處理技術(shù)；通過(guò)隔離防碰等措施，降低噪音；同時(shí)研發(fā)原油分離回收技術(shù)，增收創(chuàng)效。

2.2 技術(shù)方案

2.2.1 信息化、自動(dòng)化技術(shù)

共包含9項(xiàng)自動(dòng)化、信息化技術(shù)。

（1）清洗自動(dòng)上料技術(shù)

主要由管震蕩機(jī)構(gòu)總成、固定支架總成、導(dǎo)軌總成、前后移動(dòng)滑車總成、升降機(jī)構(gòu)總成、電氣控制系統(tǒng)等組成，解決待清洗存料管架上成堆油管桿進(jìn)行自動(dòng)排放問(wèn)題，替代了傳統(tǒng)的人工操作方式，可用遙控器遠(yuǎn)距離操作，避免了人員直接與油管接觸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了噪音污染，提高生產(chǎn)效率，可減少操作人員2名。

圖1 自動(dòng)上料裝置

（2）自動(dòng)探傷及分級(jí)標(biāo)識(shí)技術(shù)

設(shè)計(jì)顏色涂抹裝置，由定位機(jī)構(gòu)、托舉機(jī)構(gòu)、工作平臺(tái)、漆盒安裝平臺(tái)、涂漆氣缸、涂漆元件總成、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、電動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。與探傷機(jī)輸出信號(hào)串聯(lián)，識(shí)別油管A/B/C/D 4個(gè)等級(jí)，分別用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，避免了操作人員受到油漆氣味的危害?？蓽p少操作人員1名。

（3）絲扣質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

運(yùn)用激光在線三維檢測(cè)視覺(jué)系統(tǒng)，對(duì)螺紋進(jìn)行3D測(cè)量，通過(guò)算法計(jì)算出螺紋的幾何參數(shù)最終將其與不同工況標(biāo)準(zhǔn)螺紋參數(shù)相比較，判斷螺紋是否合格。替代了傳統(tǒng)的人工檢測(cè)螺紋的方式，避免了人員直接與油管接觸，解決了影響人員安全和健康的隱患，可減少操作人員2名。

圖2 絲扣自動(dòng)檢測(cè)

（4）自動(dòng)更換節(jié)箍技術(shù)

設(shè)計(jì)全自動(dòng)液壓擰扣機(jī)，主要由箱體、支撐輥、背鉗、主鉗、液壓站、操作臺(tái)等組成，具有自動(dòng)上卸扣、接箍擺放、輸送功能及扭矩檢測(cè)及控制等功能，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行?？蓽p少操作人員2名。

圖3 自動(dòng)擰扣機(jī)

（5）絲扣自動(dòng)加工技術(shù)

完善管螺紋車床加工程序及配套自動(dòng)控制，自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)定位、絲扣自動(dòng)加工、車屑自動(dòng)處理、自動(dòng)出料，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。

（6）自動(dòng)試壓技術(shù)

完善試壓機(jī)程序，全自動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)在試壓機(jī)上設(shè)計(jì)專用工位，將油脂涂到絲扣上，在旋合的過(guò)程中，油脂被均勻涂抹到絲扣表面?？蓽p少操作人員3名。

（7）自動(dòng)通徑技術(shù)

依靠氣動(dòng)通徑機(jī)，優(yōu)化控制程序，自動(dòng)運(yùn)行和標(biāo)記?？蓽p少操作人員1名。

（8）自動(dòng)分級(jí)擺放技術(shù)

選用高清攝像頭拍攝，對(duì)油管色環(huán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別并將序號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)，將油管擺放到相應(yīng)的存料架上。完全替代了人工用肉眼觀察色環(huán)，然后操作按扭來(lái)控制的方式，避免人工疏忽產(chǎn)生的分選錯(cuò)誤發(fā)生，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，減少操作人員1名。

（9）信息集成控制技術(shù)

研發(fā)集成控制系統(tǒng)，將各設(shè)備進(jìn)行集成控制，將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行。VOC處理技術(shù)與清洗控制系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)VOC氣體、H2S等有毒有害氣體以及清洗裝置負(fù)壓的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)旋流除砂、油水分離、油泥砂排污自動(dòng)運(yùn)行。

圖4 集中控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2.2 安全環(huán)保技術(shù)

共包含4項(xiàng)安全環(huán)保技術(shù)。

（1）密閉式油管熱水清洗技術(shù)

推廣全自動(dòng)封閉式油管熱水清洗工藝，具有能耗低、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在為后期過(guò)程氣、液、固體廢物處理創(chuàng)造密閉空間基礎(chǔ)上，提高油管清洗質(zhì)量和效率。逐步淘汰熱輻射、中頻加熱、敞口式水煮等地安全環(huán)保影響較大的工藝。

（2）油管清洗復(fù)雜性揮發(fā)氣體VOC處理技術(shù)

通過(guò)噴淋降溫、冷凝提干、吸附工藝去除油管清洗過(guò)程中產(chǎn)生含高溫、高濕度、低濃度水蒸氣的VOC氣體。

（3）油管清洗后油水分離技術(shù)

通過(guò)漂浮物回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)油管清洗裝置清洗池中清洗液中油水高效分離，清洗后原油自動(dòng)回收。

（4）油管傳輸線降噪及集中排氣技術(shù)

通過(guò)優(yōu)化鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)降噪、螺旋式傳動(dòng)降噪裝置，降低油管撞擊噪聲，亦起到油管絲扣防碰傷作用。

氣缸電磁閥排氣采用多級(jí)隔音消音裝置，實(shí)現(xiàn)集中室外排氣；空壓機(jī)進(jìn)氣口過(guò)濾改造，降低動(dòng)力系統(tǒng)氣缸漏氣、排氣噪音。

3 技術(shù)應(yīng)用

2019～2020 年，項(xiàng)目研究成果在全油田推廣應(yīng)用16套，其中新建油管修復(fù)線7條、局部改造7條，新建抽油桿、隔熱管修復(fù)線各1條，2020年完成油管桿修復(fù)1903萬(wàn)米，取得相關(guān)專利7項(xiàng)，形成勝利油田《油管修復(fù)生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)條件》《抽油桿檢測(cè)線設(shè)備技術(shù)條件》《隔熱管修復(fù)生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)條件》3項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）清洗效率指標(biāo)

每小時(shí)清洗油管數(shù)量≥100根/臺(tái)、試壓效率≥50根/臺(tái)，整體修復(fù)效率提升20%以上。

（2）減員增效指標(biāo)

油管修復(fù)線標(biāo)準(zhǔn)配備人員減少40%以上，勞動(dòng)強(qiáng)度降低70%以上。

（3）安全環(huán)保指標(biāo)

VOC氣體去除效率≥95%、油水分離效率90%以上（原來(lái)無(wú)分離）、沉淀物100%回收、車間內(nèi)噪音值低于75dB、年回收原油400噸/臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

全面推進(jìn)設(shè)備自動(dòng)化、信息化技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備全面感知、全面受控，促進(jìn)設(shè)備數(shù)字化轉(zhuǎn)型，支撐無(wú)人化設(shè)備管理、場(chǎng)站管理，是打造智能化油田的基本條件。同時(shí)，油田綠色發(fā)展及生態(tài)文明建設(shè)要求企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，排放控制、噪音控制、廢料生成控制等一系列環(huán)保措施對(duì)設(shè)備生產(chǎn)的要求越來(lái)越嚴(yán)格。本項(xiàng)目的實(shí)施，既是信息化、自動(dòng)化的提升，同時(shí)也是安全環(huán)保的提升，完全符合當(dāng)前形勢(shì)下設(shè)備價(jià)值創(chuàng)造、數(shù)字化轉(zhuǎn)型及綠色發(fā)展需要，可在全國(guó)油管桿修復(fù)行業(yè)及制造行業(yè)推廣應(yīng)用。