極寒地區機械化補口施工的應用與推廣

胡海倫 汪沛然 彭云虎 熊豫慶

摘 要：在長輸管道補口施工中，手工補口的應用非常廣泛，手工補口存在除銹不環保、加熱不均勻、施工效率低、補口質量不能保證等缺點。在極寒條件下（施工區域年平均溫度0℃以下），這些缺點更為突出。本文通過對極寒地區機械化補口施工應用的研究，達到對極寒地區機械化補口施工的推廣目的。

關鍵詞：極寒;機械化;補口

1 引言

目前，我國長輸管道補口施工中，以手工防腐補口為主。該方法為手工噴砂，火焰加熱，底漆涂刷、手工熱縮套搭接和收縮回火。手工補口存在環境污染大、除銹質量不穩定、管體及熱縮套受熱不均勻等缺點，施工質量和效率難以保證。極寒施工地區年平均溫度低于0℃，極端氣溫可達-53.3℃。此環境下，常規的補口方式難以適應施工各方面的要求。極寒地區機械化補口施工采用環保型噴砂除銹設備除銹，中頻加熱設備預熱，遠紅外加熱設備收縮回火的補口工藝流程，在極寒環境下，更能保證補口施工質量、提高施工效率。

2 極寒地區機械化補口優勢

2.1 環保型噴砂除銹設備優勢

環保型噴砂除銹是指以鋼砂為磨料的可回收式自動噴砂設備技術。噴砂方式為自動噴砂，僅需人工將設備放置于焊縫位置即可。自動噴砂作業噴出的磨料、除銹產生的污垢、粉塵等將進行自動回收處理，磨料循環使用，除銹等級能達到Sa2.5級及以上，粗糙度更均勻。相較手工補口而言，環保型噴砂除銹設備不僅能更好的保護環境、提高施工效率。采用鋼砂為磨料更能保證補口施工的除銹質量。

2.2 中頻加熱設備優勢

中頻感應加熱采用電磁感應加熱技術。該加熱方法效率高、能耗低、無污染。相較于傳統的火焰加熱，其熱量在工件內自身產生且升溫均勻迅速，應用溫控系統可實現對溫度的精確控制。氧化極少，焊口表面水分未干的情況下也不易出現銹跡。加熱效率受環境溫度影響較低，適應用于在極寒地區。

2.3 遠紅外加熱設備優勢

遠紅外加熱設備用于管道補口熱收縮帶的自動加熱。遠紅外加熱設備是利用電磁輻射熱傳導原理，使用直接方式傳熱達到加熱干燥物體的目的，具有梯度加熱控制功能，實現熱縮帶均勻收縮與回火，具有遠紅外功率匹配及分區控制功能，提高熱吸收效率與溫度銜接變化。其梯度加熱功能、加熱功率和時間由電腦精確控制，使熱收縮帶的收縮更均勻，熱損失更少，較手工收縮回火而言，有效的減小熱收縮帶過火或加熱不足的概率，極寒地區流水化作業質量更可控。

2.4 低溫輔助性工具優勢

中俄東線天然氣管道工程為確保低溫環境下補口正常進行，必須采取必要措施進行保障。恒溫加熱箱由芯片自控制保溫溫度，能保證存放的底漆在極寒環境下保持最佳配置溫度;低溫啟動改造針對所有移動電站進行了配置，保證了其在低溫環境下的順利啟動;氣罐加熱保溫套能使極寒環境下的氣瓶保持正常壓力，保證火把火焰的正常燃燒效率;保溫棚內安裝加熱取暖裝置，保持棚內溫度適宜，用于人員休息和現場熱收縮帶存放。

3 極寒地區機械化補口施工流

3.1 機械化補口工藝流程圖

圖1為機械化補口工藝流程圖。

3.2 補口表面處理

①清除鋼管表面的毛刺、焊渣、飛濺物、焊瘤等缺陷，并將補口部位裸露鋼管表面和管體防腐層搭接部位表面的油污、油脂和泥土等污物清理干凈;

②防腐層端部有翹邊、生銹、開裂等缺陷時，進行修理，直至防腐層與鋼管完全粘附;并進行防腐層坡口處理，坡口角度小于30°;

③對補口部位的鋼管和管體防腐層采用中頻預熱，使補口部位干燥;

④預熱后使用環保型噴砂除銹設備對焊口及兩側搭接區域進行噴砂處理，使焊縫除銹質量達到Sa2.5級，搭接部位達到拉毛效果無連續1cm2光滑表面;

⑤采用毛刷對管口殘留少量鋼砂及灰塵進行清除。

3.3 底漆涂刷

①焊口加熱：采用中頻加熱器對管口及搭接區進行預熱，溫度測試采用接觸式測溫儀;

②底漆配置：在管體預熱的同時，進行環氧底漆配置。底漆存放在底漆恒溫桶內，溫度設定在30℃～40℃，配置時應將各組分攪拌均勻。如間隔時間較長管體溫度下降后，需重新進行加熱;

③底漆防風棚安裝：撤去中頻加熱器后應立即安裝底漆防風棚，在棚內進行底漆施工;

④毛刺清理：采用火把對搭接處毛刺進行烘烤，毛刺軟化后采用手套或灰刀迅速抹平，避免環氧底漆涂覆后因毛刺存在的漏點情況;

⑤底漆涂覆及固化：極寒環境施工，采用兩道涂刷的方式。第一道底漆涂刷完成后使用中頻對底漆進行加熱至100～110℃，達到表干后進行第二道底漆涂刷將剩余底漆均勻涂刷到第一道底漆表面，涂刷完畢后進行中頻加熱固化至實干。涂刷范圍應符合確定的工藝規程的要求。補口部位底漆的最小厚度應符合設計要求。

3.4熱收縮帶安裝

①底漆涂層檢測合格后，熱收縮袋安裝前，使用中頻加熱設備對安裝區域進行加熱，紅外測溫儀測試達到要求的底溫，避免極寒環境下底溫不足熱縮帶粘接不牢的缺陷;

②熱收縮帶安裝前存放于現場保溫棚內，安裝時方可取出，并及時使用，避免低溫下脆化損壞;

③熱收縮帶安裝前，應在管口頂部和時鐘2點、10點處放置支撐塊。避免熱收縮帶與管口粘連;

④采用丙烷氣火焰方式進行熱收縮帶搭接處的安裝，丙烷氣瓶采用氣罐加熱保溫套進行保溫;

⑤紅外設備的加熱功率需根據環境進行調整，極寒環境下需更換采用更高功率加熱片;

⑥將紅外加熱器吊裝到管道補口區，調整功率對補口區域進行遠紅外自動加熱收縮;

⑦加熱回火過程中，施工人員通過兩側風門觀察收縮帶狀態，及時對熱熔膠熔融和固定片位置產生的氣泡進行趕除;

⑧熱收縮帶完全收縮后，應采用紅外加熱器繼續對熱收縮帶進行加熱回火。加熱時，檢查確保熱熔膠充分熔化，觀察固定片搭接區兩側，必要時可輥壓搭接區;

⑨熱收縮帶安裝完成后應及時用保溫被對補口部位進行覆蓋保溫緩冷。

4 極寒地區機械化補口施工特點

極寒地區機械化補口施工由一臺環保型噴砂除銹工作站，兩臺中頻加熱設備及一臺遠紅外加熱設備，輔以恒溫加熱箱，底漆防風棚、保溫被等保溫設施構成。形成一套流水生產線后，具有生產效率高、技術成熟、質量穩定、操作簡便的特點。

極寒地區機械化補口施工采用環保型噴砂除銹工作站除銹方式，噴砂槍在密閉腔室內工作，采用真空抽吸技術進行磨料回收循環和粉塵捕集，磨料可多次重復使用，極大降低了磨料的消耗，并有利于保護環境。

極寒地區機械化補口施工管口及底漆預熱采用中頻加熱的方式，焊口升溫快，保溫時間長，受環境因素影響較小，同時避免了火焰加熱對已除銹部位的氧化而造成的二次污染。

極寒地區機械化補口施工熱縮套收縮及回火采用大功率遠紅外加熱的方式，加熱均勻，安全性強。減少了極寒環境因素對加熱的影響，降低了施工人員低溫下工作強度。

極寒地區機械化補口施工輔以恒溫加熱箱，底漆防風棚等保溫設施，保證了極寒環境下底漆的配置質量和涂覆質量。

5 極寒地區機械化補口的應用與推廣

5.1 極寒地區機械化補口的應用

2016年9月～2017年5月，機械化防腐補口施工工藝在中俄原油二線管道工程項目中得以全面應用。四川石油天然氣建設工程有限責任公司承攬了該工程一標段中漠河--塔河段100km的建設任務，該地區年日均氣溫0℃以下，日最低氣溫可達-30℃。該工程防腐補口施工采用機械化補口施工，共計補口8696道。采用的機械化補口裝備移動式噴砂除銹工作站、移動式中頻加熱工作站以及移動式紅外加熱工作站;移動式工作站操作簡易，機動性強，能夠適應惡劣的施工環境。補口現場鋼管表面除銹質量達到《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》GB/T 8923.1-2011標準Sa2.5級，中頻加熱有效提高了管體溫升速度，同時滿足管體的加熱范圍透熱梯度的參數要求，表面溫度分布均勻，補口效率較手工補口提高50%以上，有效提高了施工效率和工程本體質量，降低了工人勞動強度和工程投資。

中俄東線天然氣管道工程試驗段線路總長70km，管徑1422mm，壁厚分別為21.4 mm、25.7 mm和30.8mm。四川石油天然氣建設工程有限責任公司承攬了中俄東線天然氣管道黑河--長嶺段一標段和中俄東線天然氣管道工程試驗段建設任務，防腐補口施工采用機械化補口施工，截至目前，共計施工20km，補口1739道，補口一次合格率98%以上。應用表明，機械化補口裝備的功能配置、補口質量、作業效率滿足管道工程防腐補口施工技術要求;補口裝備完全適應-40℃極低溫環境下的油氣長輸管道現場防腐補口施工，且可適用于坡度小于25°的山區、丘陵及部分水網地段的管道施工。

5.2 極寒地區機械化補口的推廣

中俄天然氣管道項目，施工環境為極寒區域，管徑為1422mm，補口施工采用機械化補口（自動化噴砂除銹+中頻預熱+遠紅外收縮回火）。通過該項目機械化補口施工的研究，達到極寒地區機械化補口施工推廣的目的。

中俄東線天然氣管道工程（黑河--長嶺）干線線路全長約715km，管徑D1422mm，設計壓力12MPa。四川石油天然氣建設工程有限責任公司本次承建黑長段第四標段施工段長度70.12km（管徑Φ1422mm，材質X80M），地處克東縣、拜泉縣境內。第八標段施工段長度74.52km（管徑Φ1422mm，材質X80M），地處克肇源縣、前郭縣境內。該地區冬季施工時平均氣溫0℃以下，日最低氣溫可達-30℃以下。該項目沿用了中俄東線天然氣管道工程試驗段的補口施工成果，全線路采用機械化補口施工形式（自動化噴砂除銹+中頻預熱+遠紅外收縮回火）。且在施工過程不斷完善改進該施工工藝。并計劃在中俄中線天然氣管道補口施工中繼續推廣應用機械化補口的施工工藝。

6 結語

通過對機械化補口施工工藝研究可以發現，極寒地區采用機械化補口施工，不僅有利于現場施工環境的保護，更有效的提高了補口施工效率和補口施工質量。所以，極寒地區采用機械化補口的施工方法，很值得大力推廣與應用。