王 卓

（中石化河南油建工程有限公司，河南南陽 473132)

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，通過補(bǔ)口，管道的外防腐層與補(bǔ)口處的防腐層對管道形成了一個(gè)完整的防腐系統(tǒng)。對機(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)長輸管道施工防腐補(bǔ)口技術(shù)的發(fā)展。

1 技術(shù)應(yīng)用背景及意義

1.1 技術(shù)應(yīng)用背景

補(bǔ)口防腐層的選用一般遵循與管體防腐層“一致性” 的原則，即選擇與管體防腐層相同或相近、具有良好相容性的防腐材料、防腐結(jié)構(gòu)。鄂安滄輸氣管道一期工程（以下簡稱鄂安滄項(xiàng)目）的管道防腐層采用三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層即3PE，其相應(yīng)的補(bǔ)口材料為熱收縮帶，補(bǔ)口結(jié)構(gòu)為“無溶劑環(huán)氧底漆+交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶”。

國內(nèi)長輸管道的補(bǔ)口方式主要為手工補(bǔ)口，采用開放式噴砂除銹，人工火焰烘烤安裝，一般是在現(xiàn)場完成，相對于在工廠中預(yù)制的管體防腐層，現(xiàn)場補(bǔ)口施工中，受到氣候條件、施工設(shè)備、環(huán)境因素的影響，補(bǔ)口工藝控制難度很大；手工補(bǔ)口對作業(yè)人員的技能依賴性較高，存在除銹不均勻，火焰加熱不均勻，回火時(shí)間不足等問題；管道補(bǔ)口質(zhì)量的持續(xù)和穩(wěn)定性難以保證，且施工效率較低，平均每個(gè)班組的補(bǔ)口效率為6～12道/d（以DN1 000規(guī)格計(jì)）。

1.2 技術(shù)應(yīng)用意義

鄂安滄項(xiàng)目是國家“十三五”規(guī)劃的大型能源項(xiàng)目，是國家發(fā)改委、能源局督辦的重點(diǎn)工程，項(xiàng)目于2018年4月15日開工，要求2018年11月15日投用，準(zhǔn)時(shí)向北方城市供氣，具有工期短、任務(wù)重的特點(diǎn)，對施工效率、施工質(zhì)量提出了更高要求。在防腐補(bǔ)口施工這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要實(shí)現(xiàn)效率大幅提高，同時(shí)施工質(zhì)量保持穩(wěn)定，僅采用傳統(tǒng)的手工補(bǔ)口方式，難以實(shí)現(xiàn)。因此，必須考慮采用新的補(bǔ)口技術(shù)，才能提確保提高施工效率的同時(shí)保證施工質(zhì)量。

通過查閱文獻(xiàn)、調(diào)研工程實(shí)踐情況得知，國內(nèi)油氣行業(yè)于1994年提出全生命周期防腐、機(jī)械化防腐補(bǔ)口施工的理念，于2005年啟動(dòng)機(jī)械補(bǔ)口裝備研制，2010年研制成以封閉式循環(huán)噴砂除銹設(shè)備、中頻加熱技術(shù)、紅外加熱技術(shù)為核心的機(jī)械補(bǔ)口全套技術(shù)和裝備，并在國內(nèi)第一條海洋深水天然氣管線——荔灣3-1氣田的2條深水管線及漠河-大慶輸油管道工程中應(yīng)用。通過多年的工程應(yīng)用、技術(shù)升級，目前機(jī)械補(bǔ)口技術(shù)已日趨成熟、穩(wěn)定。采用機(jī)械化補(bǔ)口的優(yōu)勢如下：

（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DN1 000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)指標(biāo)

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）噴砂除銹磨料回收率達(dá)100%并循環(huán)利用，不造成環(huán)境污染。

（2）補(bǔ)口效率每個(gè)工日達(dá)45道以上（以DN1 000規(guī)格鋼管計(jì)）。

（3）能夠快速完成焊口加熱、預(yù)熱、除濕，且加熱均勻、快速。

（4）現(xiàn)場作業(yè)安全系數(shù)較手工作業(yè)更高，且節(jié)能環(huán)保。

（5）除銹、加熱設(shè)備能夠協(xié)同作業(yè)。

2.2 鄂安滄輸氣管道中的應(yīng)用

2.2.1 機(jī)械補(bǔ)口技術(shù)原理

在長輸管道（一般為大口徑：DN600以上）現(xiàn)場防腐補(bǔ)口施工中，通過環(huán)保型噴砂除銹工程車、中頻加熱工程車、紅外加熱工程車的使用，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，降低對作業(yè)人員技能水平的依賴，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主要由履帶工程車、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，用于對待補(bǔ)口管段的外表面自動(dòng)處理。其中，履帶工程車用于對自動(dòng)除銹設(shè)備在施工現(xiàn)場的靈活移動(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。人工開放式的噴砂除銹作業(yè)雖然能夠滿足管道表面清理質(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)場砂料消耗量很大，造成原料的較大浪費(fèi)。并且噴砂過程中的粉塵污染環(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。隨著我國管道建設(shè)步伐的加快，補(bǔ)口中暴露的問題大多與表面除銹質(zhì)量有關(guān)，因此，工程監(jiān)管部門對除銹質(zhì)量的要求也越來越高，環(huán)保監(jiān)管形勢也日趨嚴(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、滿足環(huán)保監(jiān)管要求，是未來噴砂除銹作業(yè)的主要發(fā)展方向。

2.2.2 中頻加熱工程車原理及性能研究

中頻加熱工程車主要由履帶工程車、中頻加熱線圈、中頻電源（帶控制系統(tǒng)）組成，以液壓站、發(fā)電機(jī)等作為輔助設(shè)備。其中，中頻加熱控制電路采用了微電腦恒功率處理電路系統(tǒng)，加裝了逆變角自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，采用溫度報(bào)警和計(jì)時(shí)報(bào)警雙系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控參數(shù)。在現(xiàn)場防腐補(bǔ)口施工中，中頻加熱工程車主要用于以下幾個(gè)方面：

一是噴砂除銹前，對管口進(jìn)行預(yù)熱，去除待除銹管體表面的露水、濕氣，使管體表面的溫度達(dá)到噴砂除銹所需的溫度；二是涂敷底漆之前，對除銹后的管體表面進(jìn)行快速加熱，使管體溫度達(dá)到涂料廠家要求的涂敷溫度；三是底漆涂敷完成后，對涂層進(jìn)行加熱，加快涂層固化速度，使涂層快速達(dá)到表干，達(dá)到熱收縮帶安裝條件。

其工作原理如下：感應(yīng)加熱電源主要由逆變器、諧振單元、變壓器和感應(yīng)器組成，其中逆變器是一個(gè)交-直-交的變流器，將工頻交流電能變換成為中頻電能。諧振單元和變壓器一端連接逆變器，另一端連接感應(yīng)器，將高壓變成隔離的低壓并進(jìn)行阻抗匹配。加熱時(shí)，感應(yīng)器中流過強(qiáng)大的高頻電流，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在導(dǎo)體的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于零，這即為感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，利用感應(yīng)電流分布不均的集膚效應(yīng)，使管道表面迅速加熱。中頻電源頻率可調(diào)，并可依靠時(shí)間或溫度控制啟停，繼而自動(dòng)完成管道表面加熱。

3 結(jié)束語

機(jī)械補(bǔ)口技術(shù)是長輸管道建設(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。