环保型全自动管道喷砂除锈机的研制及应用

龙 斌，吕喜军，唐德渝，刘海超，张建护，王克宽，刘明珠

（1.中国石油集团工程技术研究院，天津 300451；2.中国海洋石油能源发展管道工程公司，天津 300452）

环保型全自动管道喷砂除锈机的研制及应用

龙 斌1，吕喜军2，唐德渝1，刘海超2，张建护1，王克宽1，刘明珠1

（1.中国石油集团工程技术研究院，天津 300451；2.中国海洋石油能源发展管道工程公司，天津 300452）

文章介绍了一种环保型全自动管道喷砂除锈机的组成、工作原理及其应用效果。该设备由空气压缩机、喷砂机、行走机架和控制系统组成。采用双喷头形式，利用真空负压原理对钢砂及除锈粉尘进行回收，能够快速完成管道补口的喷砂除锈作业。应用表明，该设备性能可靠，操作简单，钢砂及粉尘回收率高，安全环保，除锈效果达到Sa2.5级以上。

管道；喷砂除锈；设备；全自动；环保；应用

国内目前没有既符合环保要求又能达到管道除锈要求的自动喷砂除锈装置，而多年来，管道自动喷砂除锈技术和产品一直被国外专业公司垄断。为此，针对管道除锈清理作业的特殊环境要求，研制了既可改善作业环境、减轻劳动强度、保证除锈质量、提高除锈作业效率，同时又能降低原材料成本的环保型管道自动喷砂除锈装置。

1 环保型喷砂除锈机的工作原理

1.1 喷砂除锈机工作原理

在喷砂除锈过程中，空气通过压缩机加压至0.4～0.8 MPa后储存于储气罐中，开启阀门，储气罐中排出的高压气体吹向车载式砂罐，将砂罐中流出的磨料形成高压粒子流，经高压软管和喷枪不断地喷射，依靠磨料的冲击和摩擦作用除去钢管表面的污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层和泥土等附着物，使金属表面重现光泽，并具有一定的粗糙度。

1.2 环保型喷砂除锈机的工作原理

环保型喷砂除锈机采用特殊的喷头设计，如图1所示，在喷砂枪头外加上一个半封闭腔体，在腔体上套上硬毛刷，工作时毛刷紧贴工件表面，负压回收口连接真空泵回抽空气，在腔体内形成负压，喷射出的钢砂在高速撞击工件表面后，在负压的作用下通过回收口回到储砂罐。在喷砂机内部对回收的钢砂进行粉尘分离，见图2，钢砂由于重力作用落入储砂罐中，而粉尘和污垢在高压下被吸入专用的处理装置，通过滤芯进行过滤，排放出干净的空气。

2 全自动管道喷砂除锈机

2.1 成套设备的主要组成

APB-D-I环保型全自动管道喷砂除锈机由空压机、喷砂机、行走机架和控制系统组成。空压机（见图3）为喷砂作业提供动力源，一般工作压力0.4～0.8 MPa，能够提供10 m3/min流量的压缩空气，压缩空气经过冷却装置及油水分离器处理，以保证压缩空气的干燥、无油。

喷砂机由储砂罐、2台真空泵、控制系统、粉尘过滤系统、2个喷嘴、喷砂管和回砂管组成 （见图4）。储砂罐能够装载300 kg的钢砂，工作时钢砂由储砂罐底部的2个砂阀流入喷嘴，砂阀可以根据除锈效果调节出砂量，在高压空气流的作业下，钢砂获得了动能，形成了高速的钢砂流，通过喷砂管喷在管道表面，除掉了管道表面的污垢和锈蚀，由特殊的喷头对钢砂和粉尘进行回收，钢砂进入储砂罐回收再利用，粉尘被滤芯过滤，因此过滤滤芯需要定期清理和更换，以保证粉尘回收的效率。

行走机架由吊装架、外框机构、旋转机构和摆动机构组成 （见图5）。其中，外框机构起到整体的定位和支撑作用，两个外框机构之间通过旋转机构相连接。旋转机构安装在外框机构的导向轮槽中，通过其上的驱动电机作用可使旋转机构绕管道中心轴线进行240°旋转，以此来实现装置对管道周向的喷砂除锈功能。摆动机构固定在旋转机构的导轨上，其上安装有喷砂枪，在摆动电机的驱动下，可沿导轨轴向运动，实现装置对管道的喷砂除锈功能。

控制系统采用可编程控制器作为控制核心，驱动行走电机、摆动电机和喷砂机，实现喷砂机和行走机构协调工作 （见图6）。控制系统具有环向行走速度、轴向行走速度、轴向幅度和步进幅度的调节功能，可以根据不同作业要求进行参数的调整，得到满意的除锈效果。工作模式分为自动模式和手动模式，在自动模式下无需人工干预，一键操作即可完成全部工作；在手动模式下，可以对环向行走进行人工干预，可以灵活应对工程施工中可能出现的异常情况。

2.2 设备的主要技术参数及特点

2.2.1 主要技术参数

（1）轴向行走速度：0～4 000 mm/min连续可调。

（2）环向行走速度：0～2 000 mm/min连续可调。

（3）除锈幅度：0～400 mm连续可调。

（4）适用管径：D 168～1 219 mm。

（5） 气源压力： 0.4～ 0.8 MPa。

（6） 耗气量： 10～15 m3/min。

（7） 适用磨料： G18～G25。

（8）步进幅度：20～70 mm连续可调。

2.2.2 设备特点

APB-D-I型自动喷砂除锈设备为长输管道、海洋油气管道专用设备，专门用于管道外环焊缝补口的自动喷砂除锈。主要性能特点如下：

（1）采用双枪头结构同时作业，实现快速高效的喷砂除锈。

（2）智能化软件控制，一键式操作，简单易用。

（3）参数输入、工作模式可调，灵活便捷。

（4）采用负压回收，粉尘回收率达100%，安全环保。

（5）钢砂回收循环使用，降低工程成本，经济实用。

（6）除锈效果好，达到Sa2.5级以上。

3 自动喷砂除锈试验

3.1 设备及材料

试验采用APB-D-I型设备一套，包括双头喷砂机一台、流量10 m3/min的空压机一台、适用管径762 mm的行走架和控制箱。

试验用管长5 m、直径762 mm、材质为X65，G25钢砂300 kg，三相380 V、50 Hz和两相220 V、50 Hz的电源。

3.2 试验过程

（1）将足量的钢砂加入砂罐中，在空压机未加压的情况下进行装置的旋转、摆动等空载运行试验。在正常的工作状态下运行一段时间，看是否存在不稳定因素，运行是否平稳，验证无误后，达到载荷运行条件。

（2）装置停止运行，启动空压机，待压力达到试验要求，打开空压机阀门，进行喷砂试验，检查喷砂气管路是否畅通，并验证除尘器的除尘效果。

（3）将装置安装到管道的适当位置，启动空压机，同时启动自动喷砂除锈装置运行机构进行管道补口的除锈作业。

（4）运行过程中记录运行参数，工作一段时间后，停止除锈作业，检测除锈质量。

3.3 试验结果

作业现场如图7所示，通过反复的试验，得到试验测试数据：空压机功率为44 kW，喷砂机功率为22 kW，气源压力为0.8 MPa，工作时气源压力为0.7 MPa，排气量为10.0 m3/min，旋转机构速度为0～78 mm/s可调，摆动速度0～82 mm/s可调，摆动幅度0～410 mm可调，步进幅度20～75 mm可调，对于管径为762 mm的管道补口作业，除锈管段长350 mm，单道补口除锈作业全部时间为270 s，除锈锚纹深度为50～75 μm，除锈质量达到Sa2.5级以上 （见图8）。

4 工程应用

4.1 项目简介

环保型管道全自动喷砂除锈设备安装在中海油202号铺管船上，应用于荔湾3-1气田的2条深水管道的铺设施工，该项目位于我国南海距香港东南约300 km处，水深1 350～1 500 m，是我国海洋油气田开发走向深海的第一条海底管道。管道的补口设计采用DNV-RP-B401-1993标准，除锈作业采用自动除锈工艺。该项目是我国铺设的第一条深水管道，第一次采用自动除锈设备及工艺进行补口作业。

4.2 应用情况

到目前为止，已经完成了300多道补口喷砂除锈作业，设备运行稳定，除锈效果均满足工程要求，钢砂回收良好，粉尘回收率100%。

[1]郭奇超，刘艳利，焦如义.大型储罐环保型除锈机的研制［J］.油气储运，2010，29（6）:436-439.

[2]张斌，刘武，周裕鑫.油气管道自动喷砂除锈装置的研制与应用［J］.油气储运，2008，27（10）:32-35.

[3]姚冠新,施国洪.钢管壁面喷砂除锈作业线的设计［J］.农业机械学报，2000,31（5）:114-116.

Development and Application of Environmental Friendly Full-automatic Machine for Pipeline Sandblast Derusting

LONG Bin（CNPC Research Institute of Engineering Technology,Tianjin 300451,China）,LU Xi-jun,TANG De-yu,et al.

An environmental friendly full-automatic machine for pipeline sandblast derusting is introduced in this paper in aspects of its structure,working principle and application effect.The machine consists of air compressor,sandblast,running frame and control system.It applies double nozzles and reclaims steel sand and dust on vacuum principle.It can rapidly fulfill sandblast derusting operation for pipeline joint with the advantages of reliable performance,easy operation,high reclaiming rate of steel sand and dust,safety and environmental protection.The derusting effectiveness exceeds Sa2.5 class.

sandblast derusting;equipment;full-automatic;environmental protection;application

TE988

B

1001－2206（2011）06－0036－03

龙 斌 （1979-），男，湖北监利人，工程师，2000年毕业于北方工业大学机械电子工程专业，主要从事海洋工程装备及自动化方面研究应用工作。

2011-06-13