机械化补口技术在长输管道工程中的应用

2020-01-12王卓

化工设计通讯 2020年8期

王卓

（中石化河南油建工程有限公司，河南南阳 473132)

防腐补口是保证管道防腐层完整性的重要工艺。防腐补口是指对管道裸露的焊口部位进行涂装、包覆，从而实现该区域腐蚀防护的技术操作，通过补口，管道的外防腐层与补口处的防腐层对管道形成了一个完整的防腐系统。对机械补口技术发展的现状、工程应用效果进行全面研究，并对该技术在鄂安沧项目的应用进行论证，为后续长输管道防腐补口施工引进该技术提供支撑，推动长输管道施工防腐补口技术的发展。

1 技术应用背景及意义

1.1 技术应用背景

补口防腐层的选用一般遵循与管体防腐层“一致性” 的原则，即选择与管体防腐层相同或相近、具有良好相容性的防腐材料、防腐结构。鄂安沧输气管道一期工程（以下简称鄂安沧项目）的管道防腐层采用三层结构聚乙烯防腐层即3PE，其相应的补口材料为热收缩带，补口结构为“无溶剂环氧底漆+交联聚乙烯热收缩带”。

国内长输管道的补口方式主要为手工补口，采用开放式喷砂除锈，人工火焰烘烤安装，一般是在现场完成，相对于在工厂中预制的管体防腐层，现场补口施工中，受到气候条件、施工设备、环境因素的影响，补口工艺控制难度很大；手工补口对作业人员的技能依赖性较高，存在除锈不均匀，火焰加热不均匀，回火时间不足等问题；管道补口质量的持续和稳定性难以保证，且施工效率较低，平均每个班组的补口效率为6～12道/d（以DN1 000规格计）。

1.2 技术应用意义

鄂安沧项目是国家“十三五”规划的大型能源项目，是国家发改委、能源局督办的重点工程，项目于2018年4月15日开工，要求2018年11月15日投用，准时向北方城市供气，具有工期短、任务重的特点，对施工效率、施工质量提出了更高要求。在防腐补口施工这一关键环节，要实现效率大幅提高，同时施工质量保持稳定，仅采用传统的手工补口方式，难以实现。因此，必须考虑采用新的补口技术，才能提确保提高施工效率的同时保证施工质量。

通过查阅文献、调研工程实践情况得知，国内油气行业于1994年提出全生命周期防腐、机械化防腐补口施工的理念，于2005年启动机械补口装备研制，2010年研制成以封闭式循环喷砂除锈设备、中频加热技术、红外加热技术为核心的机械补口全套技术和装备，并在国内第一条海洋深水天然气管线——荔湾3-1气田的2条深水管线及漠河-大庆输油管道工程中应用。通过多年的工程应用、技术升级，目前机械补口技术已日趋成熟、稳定。采用机械化补口的优势如下：

（1）采用机械补口技术，能够实现磨料、粉尘的回收与分离，回收的磨料能够循环使用，磨料回收率达100%，不造成环境污染。

（2）采用中频加热、红外加热方式能够快速完成焊口加热、预热、除湿、热收缩带收缩及高温回火，且加热均匀、快速。

（3）除锈、加热设备能够通过组织流水施工的方式实现协同作业。

（4）补口效率每个工日达45道以上（以DN1 000规格钢管计），且补口质量具有持续性和稳定性。

2 机械补口技术指标

2.1 主要技术指标

（1）喷砂除锈磨料回收率达100%并循环利用，不造成环境污染。

（2）补口效率每个工日达45道以上（以DN1 000规格钢管计）。

（3）能够快速完成焊口加热、预热、除湿，且加热均匀、快速。

（4）现场作业安全系数较手工作业更高，且节能环保。

（5）除锈、加热设备能够协同作业。

2.2 鄂安沧输气管道中的应用

2.2.1 机械补口技术原理

在长输管道（一般为大口径：DN600以上）现场防腐补口施工中，通过环保型喷砂除锈工程车、中频加热工程车、红外加热工程车的使用，实现喷砂除锈、砂料回收、管口预热、收缩带高温回火等主要施工环节和施工工序的机械化作业和流水作业，使整个防腐补口施工的自动化程度大幅提高，降低对作业人员技能水平的依赖，提高整体施工效率和施工质量。

环保型喷砂除锈工程车主要由履带工程车、自动除锈执行装置、自动控制系统、喷砂系统等组成，以液压站、发电机、空压机等为辅助设备，用于对待补口管段的外表面自动处理。其中，履带工程车用于对自动除锈设备在施工现场的灵活移动提供电力；空压机主要提供压缩空气；喷砂系统主要提供高速砂料并将砂料与粉尘分离回收；自动除锈执行装置在自动控制系统的控制下，实现对管道管口外表面进行全位置自动除锈。

由此可知，相比传统的开放式喷砂除锈工艺，环保型机械喷砂除锈更加环保、更加节约磨料，更重视操作人员健康与安全。人工开放式的喷砂除锈作业虽然能够满足管道表面清理质量的要求，但是施工效率极低，且由于砂料喷向管道表面后不能回收，现场砂料消耗量很大，造成原料的较大浪费。并且喷砂过程中的粉尘污染环境，同时也影响操作人员的健康。环保型机械喷砂除锈既符合环保要求又能达到管道除锈要求。随着我国管道建设步伐的加快，补口中暴露的问题大多与表面除锈质量有关，因此，工程监管部门对除锈质量的要求也越来越高，环保监管形势也日趋严苛。环保型机械喷砂除锈既可改善作业环境、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、满足环保监管要求，是未来喷砂除锈作业的主要发展方向。

2.2.2 中频加热工程车原理及性能研究

中频加热工程车主要由履带工程车、中频加热线圈、中频电源（带控制系统）组成，以液压站、发电机等作为辅助设备。其中，中频加热控制电路采用了微电脑恒功率处理电路系统，加装了逆变角自动调节电路，采用温度报警和计时报警双系统，可实时监控参数。在现场防腐补口施工中，中频加热工程车主要用于以下几个方面：

一是喷砂除锈前，对管口进行预热，去除待除锈管体表面的露水、湿气，使管体表面的温度达到喷砂除锈所需的温度；二是涂敷底漆之前，对除锈后的管体表面进行快速加热，使管体温度达到涂料厂家要求的涂敷温度；三是底漆涂敷完成后，对涂层进行加热，加快涂层固化速度，使涂层快速达到表干，达到热收缩带安装条件。

其工作原理如下：感应加热电源主要由逆变器、谐振单元、变压器和感应器组成，其中逆变器是一个交-直-交的变流器，将工频交流电能变换成为中频电能。谐振单元和变压器一端连接逆变器，另一端连接感应器，将高压变成隔离的低压并进行阻抗匹配。加热时，感应器中流过强大的高频电流，在导体内产生感应电流，这种感应电流在导体的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于零，这即为感应电流的集肤效应，利用感应电流分布不均的集肤效应，使管道表面迅速加热。中频电源频率可调，并可依靠时间或温度控制启停，继而自动完成管道表面加热。