极寒地区机械化补口施工的应用与推广

胡海伦 汪沛然 彭云虎 熊豫庆

摘 要：在长输管道补口施工中，手工补口的应用非常广泛，手工补口存在除锈不环保、加热不均匀、施工效率低、补口质量不能保证等缺点。在极寒条件下（施工区域年平均温度0℃以下），这些缺点更为突出。本文通过对极寒地区机械化补口施工应用的研究，达到对极寒地区机械化补口施工的推广目的。

关键词：极寒;机械化;补口

1 引言

目前，我国长输管道补口施工中，以手工防腐补口为主。该方法为手工喷砂，火焰加热，底漆涂刷、手工热缩套搭接和收缩回火。手工补口存在环境污染大、除锈质量不稳定、管体及热缩套受热不均匀等缺点，施工质量和效率难以保证。极寒施工地区年平均温度低于0℃，极端气温可达-53.3℃。此环境下，常规的补口方式难以适应施工各方面的要求。极寒地区机械化补口施工采用环保型喷砂除锈设备除锈，中频加热设备预热，远红外加热设备收缩回火的补口工艺流程，在极寒环境下，更能保证补口施工质量、提高施工效率。

2 极寒地区机械化补口优势

2.1 环保型喷砂除锈设备优势

环保型喷砂除锈是指以钢砂为磨料的可回收式自动喷砂设备技术。喷砂方式为自动喷砂，仅需人工将设备放置于焊缝位置即可。自动喷砂作业喷出的磨料、除锈产生的污垢、粉尘等将进行自动回收处理，磨料循环使用，除锈等级能达到Sa2.5级及以上，粗糙度更均匀。相较手工补口而言，环保型喷砂除锈设备不仅能更好的保护环境、提高施工效率。采用钢砂为磨料更能保证补口施工的除锈质量。

2.2 中频加热设备优势

中频感应加热采用电磁感应加热技术。该加热方法效率高、能耗低、无污染。相较于传统的火焰加热，其热量在工件内自身产生且升温均匀迅速，应用温控系统可实现对温度的精确控制。氧化极少，焊口表面水分未干的情况下也不易出现锈迹。加热效率受环境温度影响较低，适应用于在极寒地区。

2.3 远红外加热设备优势

远红外加热设备用于管道补口热收缩带的自动加热。远红外加热设备是利用电磁辐射热传导原理，使用直接方式传热达到加热干燥物体的目的，具有梯度加热控制功能，实现热缩带均匀收缩与回火，具有远红外功率匹配及分区控制功能，提高热吸收效率与温度衔接变化。其梯度加热功能、加热功率和时间由电脑精确控制，使热收缩带的收缩更均匀，热损失更少，较手工收缩回火而言，有效的减小热收缩带过火或加热不足的概率，极寒地区流水化作业质量更可控。

2.4 低温辅助性工具优势

中俄东线天然气管道工程为确保低温环境下补口正常进行，必须采取必要措施进行保障。恒温加热箱由芯片自控制保温温度，能保证存放的底漆在极寒环境下保持最佳配置温度;低温启动改造针对所有移动电站进行了配置，保证了其在低温环境下的順利启动;气罐加热保温套能使极寒环境下的气瓶保持正常压力，保证火把火焰的正常燃烧效率;保温棚内安装加热取暖装置，保持棚内温度适宜，用于人员休息和现场热收缩带存放。

3 极寒地区机械化补口施工流

3.1 机械化补口工艺流程图

图1为机械化补口工艺流程图。

3.2 补口表面处理

①清除钢管表面的毛刺、焊渣、飞溅物、焊瘤等缺陷，并将补口部位裸露钢管表面和管体防腐层搭接部位表面的油污、油脂和泥土等污物清理干净;

②防腐层端部有翘边、生锈、开裂等缺陷时，进行修理，直至防腐层与钢管完全粘附;并进行防腐层坡口处理，坡口角度小于30°;

③对补口部位的钢管和管体防腐层采用中频预热，使补口部位干燥;

④预热后使用环保型喷砂除锈设备对焊口及两侧搭接区域进行喷砂处理，使焊缝除锈质量达到Sa2.5级，搭接部位达到拉毛效果无连续1cm2光滑表面;

⑤采用毛刷对管口残留少量钢砂及灰尘进行清除。

3.3 底漆涂刷

①焊口加热：采用中频加热器对管口及搭接区进行预热，温度测试采用接触式测温仪;

②底漆配置：在管体预热的同时，进行环氧底漆配置。底漆存放在底漆恒温桶内，温度设定在30℃～40℃，配置时应将各组分搅拌均匀。如间隔时间较长管体温度下降后，需重新进行加热;

③底漆防风棚安装：撤去中频加热器后应立即安装底漆防风棚，在棚内进行底漆施工;

④毛刺清理：采用火把对搭接处毛刺进行烘烤，毛刺软化后采用手套或灰刀迅速抹平，避免环氧底漆涂覆后因毛刺存在的漏点情况;

⑤底漆涂覆及固化：极寒环境施工，采用两道涂刷的方式。第一道底漆涂刷完成后使用中频对底漆进行加热至100～110℃，达到表干后进行第二道底漆涂刷将剩余底漆均匀涂刷到第一道底漆表面，涂刷完毕后进行中频加热固化至实干。涂刷范围应符合确定的工艺规程的要求。补口部位底漆的最小厚度应符合设计要求。

3.4热收缩带安装

①底漆涂层检测合格后，热收缩袋安装前，使用中频加热设备对安装区域进行加热，红外测温仪测试达到要求的底温，避免极寒环境下底温不足热缩带粘接不牢的缺陷;

②热收缩带安装前存放于现场保温棚内，安装时方可取出，并及时使用，避免低温下脆化损坏;

③热收缩带安装前，应在管口顶部和时钟2点、10点处放置支撑块。避免热收缩带与管口粘连;

④采用丙烷气火焰方式进行热收缩带搭接处的安装，丙烷气瓶采用气罐加热保温套进行保温;

⑤红外设备的加热功率需根据环境进行调整，极寒环境下需更换采用更高功率加热片;

⑥将红外加热器吊装到管道补口区，调整功率对补口区域进行远红外自动加热收缩;

⑦加热回火过程中，施工人员通过两侧风门观察收缩带状态，及时对热熔胶熔融和固定片位置产生的气泡进行赶除;

⑧热收缩带完全收缩后，应采用红外加热器继续对热收缩带进行加热回火。加热时，检查确保热熔胶充分熔化，观察固定片搭接区两侧，必要时可辊压搭接区;

⑨热收缩带安装完成后应及时用保温被对补口部位进行覆盖保温缓冷。

4 极寒地区机械化补口施工特点

极寒地区机械化补口施工由一台环保型喷砂除锈工作站，两台中频加热设备及一台远红外加热设备，辅以恒温加热箱，底漆防风棚、保温被等保温设施构成。形成一套流水生产线后，具有生产效率高、技术成熟、质量稳定、操作简便的特点。

极寒地区机械化补口施工采用环保型喷砂除锈工作站除锈方式，喷砂枪在密闭腔室内工作，采用真空抽吸技术进行磨料回收循环和粉尘捕集，磨料可多次重复使用，极大降低了磨料的消耗，并有利于保护环境。

极寒地区机械化补口施工管口及底漆预热采用中频加热的方式，焊口升温快，保温时间长，受环境因素影响较小，同时避免了火焰加热对已除锈部位的氧化而造成的二次污染。

极寒地区机械化补口施工热缩套收缩及回火采用大功率远红外加热的方式，加热均匀，安全性强。减少了极寒环境因素对加热的影响，降低了施工人员低温下工作强度。

极寒地区机械化补口施工辅以恒温加热箱，底漆防风棚等保温设施，保证了极寒环境下底漆的配置质量和涂覆质量。

5 极寒地区机械化补口的应用与推广

5.1 极寒地区机械化补口的应用

2016年9月～2017年5月，机械化防腐补口施工工艺在中俄原油二线管道工程项目中得以全面应用。四川石油天然气建设工程有限责任公司承揽了该工程一标段中漠河--塔河段100km的建设任务，该地区年日均气温0℃以下，日最低气温可达-30℃。该工程防腐补口施工采用机械化补口施工，共计补口8696道。采用的机械化补口装备移动式喷砂除锈工作站、移动式中频加热工作站以及移动式红外加热工作站;移动式工作站操作简易，机动性强，能够适应恶劣的施工环境。补口现场钢管表面除锈质量达到《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定 第1部分：未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》GB/T 8923.1-2011标准Sa2.5级，中频加热有效提高了管体温升速度，同时满足管体的加热范围透热梯度的参数要求，表面温度分布均匀，补口效率较手工补口提高50%以上，有效提高了施工效率和工程本体质量，降低了工人劳动强度和工程投资。

中俄东线天然气管道工程试验段线路总长70km，管径1422mm，壁厚分别为21.4 mm、25.7 mm和30.8mm。四川石油天然气建设工程有限责任公司承揽了中俄东线天然气管道黑河--长岭段一标段和中俄东线天然气管道工程试验段建设任务，防腐补口施工采用机械化补口施工，截至目前，共计施工20km，补口1739道，补口一次合格率98%以上。应用表明，机械化补口装备的功能配置、补口质量、作业效率满足管道工程防腐补口施工技术要求;补口装备完全适应-40℃极低温环境下的油氣长输管道现场防腐补口施工，且可适用于坡度小于25°的山区、丘陵及部分水网地段的管道施工。

5.2 极寒地区机械化补口的推广

中俄天然气管道项目，施工环境为极寒区域，管径为1422mm，补口施工采用机械化补口（自动化喷砂除锈+中频预热+远红外收缩回火）。通过该项目机械化补口施工的研究，达到极寒地区机械化补口施工推广的目的。

中俄东线天然气管道工程（黑河--长岭）干线线路全长约715km，管径D1422mm，设计压力12MPa。四川石油天然气建设工程有限责任公司本次承建黑长段第四标段施工段长度70.12km（管径Φ1422mm，材质X80M），地处克东县、拜泉县境内。第八标段施工段长度74.52km（管径Φ1422mm，材质X80M），地处克肇源县、前郭县境内。该地区冬季施工时平均气温0℃以下，日最低气温可达-30℃以下。该项目沿用了中俄东线天然气管道工程试验段的补口施工成果，全线路采用机械化补口施工形式（自动化喷砂除锈+中频预热+远红外收缩回火）。且在施工过程不断完善改进该施工工艺。并计划在中俄中线天然气管道补口施工中继续推广应用机械化补口的施工工艺。

6 结语

通过对机械化补口施工工艺研究可以发现，极寒地区采用机械化补口施工，不仅有利于现场施工环境的保护，更有效的提高了补口施工效率和补口施工质量。所以，极寒地区采用机械化补口的施工方法，很值得大力推广与应用。