油氣混輸一體化集成裝置管線模塊化組焊技術綜述

任建庭， 王秀武， 劉小鵬

(長慶石油勘探局有限公司機械制造總廠，陜西省西安 710014)

0 引 言

油氣混輸一體化集成裝置主要由裝置本體、混輸泵、閥門管線及橇座等組成，實現原油混合物的過濾、加熱、分離、緩沖、增壓等多功能高度集成。為了提高集成裝置工藝管線組對精度及生產效率，提高焊接質量，滿足管線生產需要，機械制造總廠逐步對油氣混輸一體化集成裝置管線開展模塊化組焊技術工作，經過多年的生產經驗總結，研究開發了管線模塊化生產技術。生產過程中建立合理的模塊化預制環節，設計科學有效的流水化生產作業線，從而達到集成裝置管線進行模塊化復制生產。

1 焊前準備工作

1.1 分解三維管線

對圖紙設計模塊進行拆分形成目標預制模塊，對目標預制模塊再次分解，形成可流水化生產的預制單元。設計模塊拆分的原則是工藝管線預制化，即整體提前預制，現場直接連接法蘭組裝。

1.2 編制加工及組裝工藝

(1)嚴格按照圖紙要求編制接管標準下料表，使接管長度偏差和坡口角度偏差在一定范圍內，保證管線組對精度及焊接質量。

(2)根據預制管段圖，編制管段加工及組裝工藝，根據安裝順序、管線開孔、焊接位置等綜合考慮組裝工藝，減少固定口焊接，提高組裝效率。

(3)選用焊接方法，采用焊接試件，并對試件力學性能分析，編制焊接工藝評定及焊接工藝規程，指導焊接過程。

1.3 調整生產結構模式

根據產品特點及模塊化預制的要求調整生產結構模式，由之前的“串聯式”生產模式，調整為現在的“并聯式”生產模式，下料、二維管線焊接、三維管線組對同時進行，提高單體集成裝置組對效率。

2 接管高效加工技術

為確保后期管線組隊精度，在接管下料過程中需對參數進行控制，下料管徑在DN 50～100 mm，接管長度控制在0.5～1.5 mm。接管的切割過程中，接管的定尺切割十分重要，定尺切割對整個生產流程造成一定程度的影響。管子定尺切割是后期管子與法蘭、彎頭、三通、異徑接頭焊接的基礎，定尺下料可以提高后期各組對、焊接的自動化程度。

根據生產圖紙編制標準下料表，切斷坡口一體機實現定長切割，通過對計算機系統進行編程，編程時進行套料，長短結合，這樣可以最大限度地運用原料管。套料信息隨著工序流程逐個傳遞下去，一直到全部接管定尺下料完成。與傳統車床加工相比，從上料方式、長度誤差、加工時間、轉運方式相比優勢明顯。

3 高精度快速組對技術

高精度快速組對技術是管線模塊化組焊重要環節。生產預制過程中采用三維柔性平臺,如圖1所示，該三維組對設施主要由工作臺、模塊、角鋼和定位塊構成，用于將預置好的二維管件在該平臺上進行快速裝夾和定位，形成三維組件。再用全位置自動焊接系統對組對的接口直接在柔性平臺上進行焊接。

圖1 組對實例

柔性平臺與傳統手工組對相比，有以下優勢：

(1) 高效性。整套工裝系統以積木化組合，形成所需要的具體要求。

(2) 精度高。本系統平臺上對工件進行組合，不需要人工測量。

(3) 經濟性。柔性組合工裝與專用工裝相比，省卻了工裝設計和制作時間，當需要更換新產品時，柔性工裝只需要變換組合即可。

(4) 快捷性。每調好一次定位，裝夾管件只需5 min。

4 全自動氬弧焊技術

全自動氬弧焊技術是管線模塊化組焊的核心技術，解決管件組對和焊接作業，用于管-法蘭、管-三通、管-彎頭和管-異徑接頭快速組對和打底、蓋面焊接，槍頭角度可變，可焊接插接法蘭。

全自動氬弧焊與手工氬弧焊對比，有以下優勢：

(1) 更好的焊接質量。

(2) 弧長跟蹤。焊接過程無人干預。

(3) 對接形式靈活。不開坡口或者開坡口，無間隙對接，保證模塊化制造的精度。

5 管件輔助工裝設計及制造

為解決模塊化組焊技術過程管件較多、工件擺放不規范等問題，設計制作系列定置擺放及物流轉運工裝，將傳統的平面式擺放改變為立體式懸掛，制作了2類工裝，定制擺放類和物流轉運類。不僅符合模塊化預制的生產特點，而且有效地提高了倉儲和物流效率，降低安全風險。體現了結構緊湊、存儲安全方便特點，滿足現場5S管理標準需求。

另外，制作了長管專用吊具，運用杠桿原理，實現快速裝夾，提高長管吊裝的效率及安全性。同時，制作了可移動萬向焊接面罩，采用5倍手持面罩鏡片，與萬向拉桿固定，根據實際情況任意調整觀測位置，更好適應全自動氬弧焊機的操作，對管件焊接質量的提升起到促進作用。

6 焊接模塊防變形措施

為保證預制成品的水平度和垂直度，模塊預制中采取反變形法、剛性固定法、火焰矯正消除應力法等防變形措施。

7 焊縫檢測

焊接檢驗油氣混輸一體化集成裝置管線及焊接質量檢驗主要按《石油天然氣站內工藝管道工程施工規范》 (GB 50540-2009);焊縫無損檢測按 《承壓設備無損檢測》(NB/T 47013-2015)。

8 應用效果

油氣混輸一體化集成裝置管線模塊化組焊技術的應用, 滿足了我廠均衡生產需要和提質增效目的，形成了單級模塊預制，多級模塊組裝的一整套模塊化制造，標準化組裝作業的制造工藝技術和規?；a組織模式。實現了工藝管線的無間隙焊接，焊縫自動跟蹤，無損檢測一次合格率提升至98%以上，管線密封試驗合格率達到100%。研究應用三維柔性工裝，提高了工藝管線組對精度和組對效率，達到了工藝管線互換性要求，實現了工藝管線的標準化預制，預制率從原來50%提高至95%。通過標準化預制、模塊化組裝、并聯式生產，單臺管線組焊周期由原來的8 d縮減至4 d，保供能力大幅提高。

9 結束語

油氣混輸一體化集成裝置管線模塊化組焊技術的應用，極大的提高了生產備料、車間生產組織的工作效率，實現了油氣混輸一體化集成裝置的提質增量，具有很好的社會效益和經濟效益。