油气混输一体化集成装置管线模块化组焊技术综述

2021-07-27任建庭王秀武刘小鹏

工程与建设 2021年2期

任建庭，王秀武，刘小鹏

(长庆石油勘探局有限公司机械制造总厂，陕西省西安 710014)

0 引言

油气混输一体化集成装置主要由装置本体、混输泵、阀门管线及橇座等组成，实现原油混合物的过滤、加热、分离、缓冲、增压等多功能高度集成。为了提高集成装置工艺管线组对精度及生产效率，提高焊接质量，满足管线生产需要，机械制造总厂逐步对油气混输一体化集成装置管线开展模块化组焊技术工作，经过多年的生产经验总结，研究开发了管线模块化生产技术。生产过程中建立合理的模块化预制环节，设计科学有效的流水化生产作业线，从而达到集成装置管线进行模块化复制生产。

1 焊前准备工作

1.1 分解三维管线

对图纸设计模块进行拆分形成目标预制模块，对目标预制模块再次分解，形成可流水化生产的预制单元。设计模块拆分的原则是工艺管线预制化，即整体提前预制，现场直接连接法兰组装。

1.2 编制加工及组装工艺

(1)严格按照图纸要求编制接管标准下料表，使接管长度偏差和坡口角度偏差在一定范围内，保证管线组对精度及焊接质量。

(2)根据预制管段图，编制管段加工及组装工艺，根据安装顺序、管线开孔、焊接位置等综合考虑组装工艺，减少固定口焊接，提高组装效率。

(3)选用焊接方法，采用焊接试件，并对试件力学性能分析，编制焊接工艺评定及焊接工艺规程，指导焊接过程。

1.3 调整生产结构模式

根据产品特点及模块化预制的要求调整生产结构模式，由之前的“串联式”生产模式，调整为现在的“并联式”生产模式，下料、二维管线焊接、三维管线组对同时进行，提高单体集成装置组对效率。

2 接管高效加工技术

为确保后期管线组队精度，在接管下料过程中需对参数进行控制，下料管径在DN 50～100 mm，接管长度控制在0.5～1.5 mm。接管的切割过程中，接管的定尺切割十分重要，定尺切割对整个生产流程造成一定程度的影响。管子定尺切割是后期管子与法兰、弯头、三通、异径接头焊接的基础，定尺下料可以提高后期各组对、焊接的自动化程度。

根据生产图纸编制标准下料表，切断坡口一体机实现定长切割，通过对计算机系统进行编程，编程时进行套料，长短结合，这样可以最大限度地运用原料管。套料信息随着工序流程逐个传递下去，一直到全部接管定尺下料完成。与传统车床加工相比，从上料方式、长度误差、加工时间、转运方式相比优势明显。

3 高精度快速组对技术

高精度快速组对技术是管线模块化组焊重要环节。生产预制过程中采用三维柔性平台,如图1所示，该三维组对设施主要由工作台、模块、角钢和定位块构成，用于将预置好的二维管件在该平台上进行快速装夹和定位，形成三维组件。再用全位置自动焊接系统对组对的接口直接在柔性平台上进行焊接。

图1 组对实例

柔性平台与传统手工组对相比，有以下优势：

(1) 高效性。整套工装系统以积木化组合，形成所需要的具体要求。

(2) 精度高。本系统平台上对工件进行组合，不需要人工测量。

(3) 经济性。柔性组合工装与专用工装相比，省却了工装设计和制作时间，当需要更换新产品时，柔性工装只需要变换组合即可。

(4) 快捷性。每调好一次定位，装夹管件只需5 min。

4 全自动氩弧焊技术

全自动氩弧焊技术是管线模块化组焊的核心技术，解决管件组对和焊接作业，用于管-法兰、管-三通、管-弯头和管-异径接头快速组对和打底、盖面焊接，枪头角度可变，可焊接插接法兰。

全自动氩弧焊与手工氩弧焊对比，有以下优势：

(1) 更好的焊接质量。

(2) 弧长跟踪。焊接过程无人干预。

(3) 对接形式灵活。不开坡口或者开坡口，无间隙对接，保证模块化制造的精度。

5 管件辅助工装设计及制造

为解决模块化组焊技术过程管件较多、工件摆放不规范等问题，设计制作系列定置摆放及物流转运工装，将传统的平面式摆放改变为立体式悬挂，制作了2类工装，定制摆放类和物流转运类。不仅符合模块化预制的生产特点，而且有效地提高了仓储和物流效率，降低安全风险。体现了结构紧凑、存储安全方便特点，满足现场5S管理标准需求。

另外，制作了长管专用吊具，运用杠杆原理，实现快速装夹，提高长管吊装的效率及安全性。同时，制作了可移动万向焊接面罩，采用5倍手持面罩镜片，与万向拉杆固定，根据实际情况任意调整观测位置，更好适应全自动氩弧焊机的操作，对管件焊接质量的提升起到促进作用。

6 焊接模块防变形措施

为保证预制成品的水平度和垂直度，模块预制中采取反变形法、刚性固定法、火焰矫正消除应力法等防变形措施。

7 焊缝检测

焊接检验油气混输一体化集成装置管线及焊接质量检验主要按《石油天然气站内工艺管道工程施工规范》 (GB 50540-2009);焊缝无损检测按《承压设备无损检测》(NB/T 47013-2015)。

8 应用效果

油气混输一体化集成装置管线模块化组焊技术的应用, 满足了我厂均衡生产需要和提质增效目的，形成了单级模块预制，多级模块组装的一整套模块化制造，标准化组装作业的制造工艺技术和规模化生产组织模式。实现了工艺管线的无间隙焊接，焊缝自动跟踪，无损检测一次合格率提升至98%以上，管线密封试验合格率达到100%。研究应用三维柔性工装，提高了工艺管线组对精度和组对效率，达到了工艺管线互换性要求，实现了工艺管线的标准化预制，预制率从原来50%提高至95%。通过标准化预制、模块化组装、并联式生产，单台管线组焊周期由原来的8 d缩减至4 d，保供能力大幅提高。