胡海倫 汪沛然 彭云虎 熊豫慶

摘 要：在長輸管道補口施工中，手工補口的應(yīng)用非常廣泛，手工補口存在除銹不環(huán)保、加熱不均勻、施工效率低、補口質(zhì)量不能保證等缺點。在極寒條件下（施工區(qū)域年平均溫度0℃以下），這些缺點更為突出。本文通過對極寒地區(qū)機械化補口施工應(yīng)用的研究，達到對極寒地區(qū)機械化補口施工的推廣目的。

關(guān)鍵詞：極寒;機械化;補口

1 引言

目前，我國長輸管道補口施工中，以手工防腐補口為主。該方法為手工噴砂，火焰加熱，底漆涂刷、手工熱縮套搭接和收縮回火。手工補口存在環(huán)境污染大、除銹質(zhì)量不穩(wěn)定、管體及熱縮套受熱不均勻等缺點，施工質(zhì)量和效率難以保證。極寒施工地區(qū)年平均溫度低于0℃，極端氣溫可達-53.3℃。此環(huán)境下，常規(guī)的補口方式難以適應(yīng)施工各方面的要求。極寒地區(qū)機械化補口施工采用環(huán)保型噴砂除銹設(shè)備除銹，中頻加熱設(shè)備預(yù)熱，遠紅外加熱設(shè)備收縮回火的補口工藝流程，在極寒環(huán)境下，更能保證補口施工質(zhì)量、提高施工效率。

2 極寒地區(qū)機械化補口優(yōu)勢

2.1 環(huán)保型噴砂除銹設(shè)備優(yōu)勢

環(huán)保型噴砂除銹是指以鋼砂為磨料的可回收式自動噴砂設(shè)備技術(shù)。噴砂方式為自動噴砂，僅需人工將設(shè)備放置于焊縫位置即可。自動噴砂作業(yè)噴出的磨料、除銹產(chǎn)生的污垢、粉塵等將進行自動回收處理，磨料循環(huán)使用，除銹等級能達到Sa2.5級及以上，粗糙度更均勻。相較手工補口而言，環(huán)保型噴砂除銹設(shè)備不僅能更好的保護環(huán)境、提高施工效率。采用鋼砂為磨料更能保證補口施工的除銹質(zhì)量。

2.2 中頻加熱設(shè)備優(yōu)勢

中頻感應(yīng)加熱采用電磁感應(yīng)加熱技術(shù)。該加熱方法效率高、能耗低、無污染。相較于傳統(tǒng)的火焰加熱，其熱量在工件內(nèi)自身產(chǎn)生且升溫均勻迅速，應(yīng)用溫控系統(tǒng)可實現(xiàn)對溫度的精確控制。氧化極少，焊口表面水分未干的情況下也不易出現(xiàn)銹跡。加熱效率受環(huán)境溫度影響較低，適應(yīng)用于在極寒地區(qū)。

2.3 遠紅外加熱設(shè)備優(yōu)勢

遠紅外加熱設(shè)備用于管道補口熱收縮帶的自動加熱。遠紅外加熱設(shè)備是利用電磁輻射熱傳導(dǎo)原理，使用直接方式傳熱達到加熱干燥物體的目的，具有梯度加熱控制功能，實現(xiàn)熱縮帶均勻收縮與回火，具有遠紅外功率匹配及分區(qū)控制功能，提高熱吸收效率與溫度銜接變化。其梯度加熱功能、加熱功率和時間由電腦精確控制，使熱收縮帶的收縮更均勻，熱損失更少，較手工收縮回火而言，有效的減小熱收縮帶過火或加熱不足的概率，極寒地區(qū)流水化作業(yè)質(zhì)量更可控。

2.4 低溫輔助性工具優(yōu)勢

中俄東線天然氣管道工程為確保低溫環(huán)境下補口正常進行，必須采取必要措施進行保障。恒溫加熱箱由芯片自控制保溫溫度，能保證存放的底漆在極寒環(huán)境下保持最佳配置溫度;低溫啟動改造針對所有移動電站進行了配置，保證了其在低溫環(huán)境下的順利啟動;氣罐加熱保溫套能使極寒環(huán)境下的氣瓶保持正常壓力，保證火把火焰的正常燃燒效率;保溫棚內(nèi)安裝加熱取暖裝置，保持棚內(nèi)溫度適宜，用于人員休息和現(xiàn)場熱收縮帶存放。

3 極寒地區(qū)機械化補口施工流

3.1 機械化補口工藝流程圖

圖1為機械化補口工藝流程圖。

3.2 補口表面處理

①清除鋼管表面的毛刺、焊渣、飛濺物、焊瘤等缺陷，并將補口部位裸露鋼管表面和管體防腐層搭接部位表面的油污、油脂和泥土等污物清理干凈;

②防腐層端部有翹邊、生銹、開裂等缺陷時，進行修理，直至防腐層與鋼管完全粘附;并進行防腐層坡口處理，坡口角度小于30°;

③對補口部位的鋼管和管體防腐層采用中頻預(yù)熱，使補口部位干燥;

④預(yù)熱后使用環(huán)保型噴砂除銹設(shè)備對焊口及兩側(cè)搭接區(qū)域進行噴砂處理，使焊縫除銹質(zhì)量達到Sa2.5級，搭接部位達到拉毛效果無連續(xù)1cm2光滑表面;

⑤采用毛刷對管口殘留少量鋼砂及灰塵進行清除。

3.3 底漆涂刷

①焊口加熱：采用中頻加熱器對管口及搭接區(qū)進行預(yù)熱，溫度測試采用接觸式測溫儀;

②底漆配置：在管體預(yù)熱的同時，進行環(huán)氧底漆配置。底漆存放在底漆恒溫桶內(nèi)，溫度設(shè)定在30℃～40℃，配置時應(yīng)將各組分攪拌均勻。如間隔時間較長管體溫度下降后，需重新進行加熱;

③底漆防風(fēng)棚安裝：撤去中頻加熱器后應(yīng)立即安裝底漆防風(fēng)棚，在棚內(nèi)進行底漆施工;

④毛刺清理：采用火把對搭接處毛刺進行烘烤，毛刺軟化后采用手套或灰刀迅速抹平，避免環(huán)氧底漆涂覆后因毛刺存在的漏點情況;

⑤底漆涂覆及固化：極寒環(huán)境施工，采用兩道涂刷的方式。第一道底漆涂刷完成后使用中頻對底漆進行加熱至100～110℃，達到表干后進行第二道底漆涂刷將剩余底漆均勻涂刷到第一道底漆表面，涂刷完畢后進行中頻加熱固化至實干。涂刷范圍應(yīng)符合確定的工藝規(guī)程的要求。補口部位底漆的最小厚度應(yīng)符合設(shè)計要求。

3.4熱收縮帶安裝

①底漆涂層檢測合格后，熱收縮袋安裝前，使用中頻加熱設(shè)備對安裝區(qū)域進行加熱，紅外測溫儀測試達到要求的底溫，避免極寒環(huán)境下底溫不足熱縮帶粘接不牢的缺陷;

②熱收縮帶安裝前存放于現(xiàn)場保溫棚內(nèi)，安裝時方可取出，并及時使用，避免低溫下脆化損壞;

③熱收縮帶安裝前，應(yīng)在管口頂部和時鐘2點、10點處放置支撐塊。避免熱收縮帶與管口粘連;

④采用丙烷氣火焰方式進行熱收縮帶搭接處的安裝，丙烷氣瓶采用氣罐加熱保溫套進行保溫;

⑤紅外設(shè)備的加熱功率需根據(jù)環(huán)境進行調(diào)整，極寒環(huán)境下需更換采用更高功率加熱片;

⑥將紅外加熱器吊裝到管道補口區(qū)，調(diào)整功率對補口區(qū)域進行遠紅外自動加熱收縮;

⑦加熱回火過程中，施工人員通過兩側(cè)風(fēng)門觀察收縮帶狀態(tài)，及時對熱熔膠熔融和固定片位置產(chǎn)生的氣泡進行趕除;

⑧熱收縮帶完全收縮后，應(yīng)采用紅外加熱器繼續(xù)對熱收縮帶進行加熱回火。加熱時，檢查確保熱熔膠充分熔化，觀察固定片搭接區(qū)兩側(cè)，必要時可輥壓搭接區(qū);

⑨熱收縮帶安裝完成后應(yīng)及時用保溫被對補口部位進行覆蓋保溫緩冷。

4 極寒地區(qū)機械化補口施工特點

極寒地區(qū)機械化補口施工由一臺環(huán)保型噴砂除銹工作站，兩臺中頻加熱設(shè)備及一臺遠紅外加熱設(shè)備，輔以恒溫加熱箱，底漆防風(fēng)棚、保溫被等保溫設(shè)施構(gòu)成。形成一套流水生產(chǎn)線后，具有生產(chǎn)效率高、技術(shù)成熟、質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡便的特點。

極寒地區(qū)機械化補口施工采用環(huán)保型噴砂除銹工作站除銹方式，噴砂槍在密閉腔室內(nèi)工作，采用真空抽吸技術(shù)進行磨料回收循環(huán)和粉塵捕集，磨料可多次重復(fù)使用，極大降低了磨料的消耗，并有利于保護環(huán)境。

極寒地區(qū)機械化補口施工管口及底漆預(yù)熱采用中頻加熱的方式，焊口升溫快，保溫時間長，受環(huán)境因素影響較小，同時避免了火焰加熱對已除銹部位的氧化而造成的二次污染。

極寒地區(qū)機械化補口施工熱縮套收縮及回火采用大功率遠紅外加熱的方式，加熱均勻，安全性強。減少了極寒環(huán)境因素對加熱的影響，降低了施工人員低溫下工作強度。

極寒地區(qū)機械化補口施工輔以恒溫加熱箱，底漆防風(fēng)棚等保溫設(shè)施，保證了極寒環(huán)境下底漆的配置質(zhì)量和涂覆質(zhì)量。

5 極寒地區(qū)機械化補口的應(yīng)用與推廣

5.1 極寒地區(qū)機械化補口的應(yīng)用

2016年9月～2017年5月，機械化防腐補口施工工藝在中俄原油二線管道工程項目中得以全面應(yīng)用。四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司承攬了該工程一標(biāo)段中漠河--塔河段100km的建設(shè)任務(wù)，該地區(qū)年日均氣溫0℃以下，日最低氣溫可達-30℃。該工程防腐補口施工采用機械化補口施工，共計補口8696道。采用的機械化補口裝備移動式噴砂除銹工作站、移動式中頻加熱工作站以及移動式紅外加熱工作站;移動式工作站操作簡易，機動性強，能夠適應(yīng)惡劣的施工環(huán)境。補口現(xiàn)場鋼管表面除銹質(zhì)量達到《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》GB/T 8923.1-2011標(biāo)準(zhǔn)Sa2.5級，中頻加熱有效提高了管體溫升速度，同時滿足管體的加熱范圍透熱梯度的參數(shù)要求，表面溫度分布均勻，補口效率較手工補口提高50%以上，有效提高了施工效率和工程本體質(zhì)量，降低了工人勞動強度和工程投資。

中俄東線天然氣管道工程試驗段線路總長70km，管徑1422mm，壁厚分別為21.4 mm、25.7 mm和30.8mm。四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司承攬了中俄東線天然氣管道黑河--長嶺段一標(biāo)段和中俄東線天然氣管道工程試驗段建設(shè)任務(wù)，防腐補口施工采用機械化補口施工，截至目前，共計施工20km，補口1739道，補口一次合格率98%以上。應(yīng)用表明，機械化補口裝備的功能配置、補口質(zhì)量、作業(yè)效率滿足管道工程防腐補口施工技術(shù)要求;補口裝備完全適應(yīng)-40℃極低溫環(huán)境下的油氣長輸管道現(xiàn)場防腐補口施工，且可適用于坡度小于25°的山區(qū)、丘陵及部分水網(wǎng)地段的管道施工。

5.2 極寒地區(qū)機械化補口的推廣

中俄天然氣管道項目，施工環(huán)境為極寒區(qū)域，管徑為1422mm，補口施工采用機械化補口（自動化噴砂除銹+中頻預(yù)熱+遠紅外收縮回火）。通過該項目機械化補口施工的研究，達到極寒地區(qū)機械化補口施工推廣的目的。

中俄東線天然氣管道工程（黑河--長嶺）干線線路全長約715km，管徑D1422mm，設(shè)計壓力12MPa。四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司本次承建黑長段第四標(biāo)段施工段長度70.12km（管徑Φ1422mm，材質(zhì)X80M），地處克東縣、拜泉縣境內(nèi)。第八標(biāo)段施工段長度74.52km（管徑Φ1422mm，材質(zhì)X80M），地處克肇源縣、前郭縣境內(nèi)。該地區(qū)冬季施工時平均氣溫0℃以下，日最低氣溫可達-30℃以下。該項目沿用了中俄東線天然氣管道工程試驗段的補口施工成果，全線路采用機械化補口施工形式（自動化噴砂除銹+中頻預(yù)熱+遠紅外收縮回火）。且在施工過程不斷完善改進該施工工藝。并計劃在中俄中線天然氣管道補口施工中繼續(xù)推廣應(yīng)用機械化補口的施工工藝。

6 結(jié)語

通過對機械化補口施工工藝研究可以發(fā)現(xiàn)，極寒地區(qū)采用機械化補口施工，不僅有利于現(xiàn)場施工環(huán)境的保護，更有效的提高了補口施工效率和補口施工質(zhì)量。所以，極寒地區(qū)采用機械化補口的施工方法，很值得大力推廣與應(yīng)用。