长输管道内补口施工工艺

中海油伊拉克有限公司

随着长输管道的建设，管道的内部防腐已成为趋势，母材内涂层可以在工厂预制，但是在现场施工中，管道内部情况复杂，焊缝的内部防腐一直是施工中的难点。传统的内衬短节法、机械压接法等[1]，由于苛刻的工艺条件限制，或者高昂的施工成本，显现出在施工应用中的局限性[2]。本文致力于长输管道焊缝内补口工艺，采用北京扬奇公司的内补口设备对焊缝进行内补口，不仅提高了防腐效率，而且大大节约了人力，缩短施工工期，减少工人劳动强度，在实践过程中内补口一次合格率达到100%，高质量完成了施工，保证了工期目标的顺利实现[3]。该设备适用于坡度为20°以下平原山丘地段、管径在355～559 mm 范围内的长输管道内补口施工。

1 工艺原理

管道焊缝的内补口主要通过内补口设备在管道中焊缝位置进行施工，设备采用无线控制系统，在管道外通过控制箱上的无线遥控操作内补口设备在管道中内补口[4]。管道内补口设备类似“小火车”一样，由多节组成，按功能分为动力、除锈、喷涂[2]。动力部分为整个补口车在管道内行进及各项功能的实现提供动力；除锈清理部分可对焊缝表面进行打磨清理；喷涂为双组分喷涂模式，对焊缝进行液态涂料的喷涂。工作时，操作人员通过视频发出各项指令，完成对管内小车的前进、后退、定位、除锈、清理、停车等项作业的控制，实现管道焊缝的内补口[4]。

2 施工工艺流程及操作要点

内补口施工工艺流程包括：施工准备、定位除锈、清扫吸尘、定位喷涂、外观检测、电火花检漏、厚度检测等，施工流程如图1所示。

图1 施工流程示意图Fig.1 Construction flow chart

2.1 定位除锈

（1）管道无损检测合格之后，将内补口车预先放置在管道中，打开补口机和控制箱，调整天线位置以便通信顺畅[5]。

（2）操作控制面板，根据管径调整除锈行程、除锈间隙、除锈次数、除锈伸臂等参数。以管径457 mm 为例，除锈行程为20 mm，间隙1 s，除锈次数3次，伸臂40 s。

（3）内补口设备采取“倒退行进”方式进行，设备先进入管道内部，然后从管内部后退施工至管口。

（4）将视频切换到除锈视频，按下后退按钮，设备开始后退，通过控制箱上的显示屏观测焊缝定位，待除锈视频中出现焊道时，按下停止按钮，此时按下除锈按钮，设备开始自动除锈[5]。

（5）在除锈完成之后，清扫电动机自动启动，带动毛刷开始清扫，紧接吸尘电动机启动，吸走清扫下来的灰尘、焊渣等[6]，该过程属于除锈过程中的一部分。

2.2 定位喷涂

（1）在完成除锈、清扫及吸尘等动作之后，开始进入喷涂。

（2）通过操纵控制面板，根据管径调整喷涂长度、喷涂厚度、喷涂次数等参数。以管径457 mm为例，喷涂长度30 mm，喷涂厚度450μm，喷涂次数3次。

（3）除锈和喷涂属于两个分开的过程，所以在除锈之后的焊道需要重新定位，将视频切换到喷涂视频，按下后退按钮，通过控制箱上的显示屏观测焊缝位置，待喷涂视频中出现焊道时，按下停止按钮，此时按下喷涂按钮，设备自动开始喷涂。待该焊缝喷涂之后，继续后退通过除锈视频寻找下一道焊缝，继续进行除锈、清扫吸尘和喷涂。喷涂过程如图2所示，管口涂层效果如图3所示。

2.3 涂层外观检测

在内补口完成24 h后，检测车方可进入管道内部进行涂层质量的检测工作。检测开始之前，应先清理管端内的杂物、尘土。设备送入后，打开车体电源和控制箱电源，调整好天线位置，以便视频信号的通信顺畅。涂层外面质量的检测，采用视觉外观质量检测的办法，由检测车最前方的主摄像头及控制箱上的监视器来实现此功能。该摄像头具备自动旋转、图像放大、自动聚焦等功能。涂层外观的检测过程可以实时记录[7]。

（1）启动内检测车和控制箱电源，通过手柄上的视频按钮切换到主视模式，此时在显示屏上可清晰看到管道内壁（图4）。

（2）按下前进按钮，通过显示屏来定位喷涂焊缝。待到达焊缝处，按下停止按钮，此时，通过摄像头可以看到焊缝的喷涂效果。控制面板上可以旋转摄像头，周向观测焊缝周围的喷涂效果（图5）。

2.4 电火花检漏

涂层漏点的检测由电火花检测仪来实施，实施过程中机械手臂手持检测探头在待检测处沿管道的径向做360°旋转。检测电压为0～3 000 V 可调，检测结果可在液晶显示器上实时显示。

（1）主视观测结束之后，按下手柄上的视频按钮，切换到定位模式。

图2 喷涂Fig.2 Spaying

图3 管口涂层效果Fig.3 Coating effect of pipe mouth

图4 外观检测设备Fig.4 Visual inspection equipment

（2）按下前进按钮通过定位摄像头定位焊缝位置，按下停止按钮。

（3）按下手柄视频按钮，切换到检测模式，按下手柄上的测漏按钮，检测车上的检漏仪铜刷伸出贴到管道内壁（图6）。

（4）按下控制面板上的旋转按钮，铜刷开始周向旋转，贴管壁刷一周，检测是否有漏点存在，如有漏点，则在面板上有报警提示。

2.5 涂层厚度检测

涂层厚度检测由超声波测厚仪来实现，实施过程中机械手臂手持测厚仪探头，在管道外控制箱上遥控手柄的操作下，可对待检测表面随意取点检测，机械手壁可沿管道径向360°旋转，检测数值可实时显示在管道外的监视器上[8]。

（1）电火花检漏结束之后，开始涂层厚度检测，按下手柄上的测厚按钮，测厚仪开启，测厚探头伸出测厚。测量结果实时显示在控制箱上的显示屏上（图7）。

（2）按下旋转按钮，再按停止按钮，测量另一位置的涂层厚度，并记录两次涂层厚度结果。

（3）如果电火花检漏出现漏点或者测厚结果小于450μm，则该焊缝需重新喷涂。

2.6 涂层剥离强度试验

图5 补口后焊缝外观检测Fig.5 Weld appearance inspection after joint coating

图6 电火花检漏Fig.6 Spark detection for leakage

图7 厚度检测结果Fig.7 Thickness test results

内补口的涂层需要进行剥离试验（图8），可在管口一端试喷涂一道焊缝，待实干后，进行剥离试验。根据ASTM D3359 标准，采用X-Cut 试验方法，用锋利的刀片在涂层上划出X形状切口（长度40 mm），刀尖必须划透涂层，然后用半透明胶带粘贴划过的涂层，观察起毛比例，若小于5%，即为合格。

图8 涂层剥离强度试验Fig.8 Adhesive Tape Test

3 内补口质量控制措施

（1）以下环境条件下不易进行内补口施工：气温低于10 ℃；空气相对湿度 80%；沙尘及大风天气[6]。

（2）焊前管道内壁表面处理幅度。管段预留按70 mm计，焊缝两侧表面清理的幅度（焊缝处的长度）为150 mm，对管体预制涂层还应该进行每边50 mm宽度的拉毛处理，以保证焊缝补口涂层与原管体预制涂层之间的接合力，即表面处理的总幅度应为250 mm[5]。

（3）涂层补口幅度的设定。考虑到定位的精确度，涂层的补口幅度应超出表面处理两边量15 mm，即每个焊缝涂敷总幅度（宽度）为280 mm。根据此调整内补口车参数，设定喷涂长度。

（4）每天做好内补口施工记录及检测记录，填写内补口施工记录表和管道内壁补口质量检测记录表。

（5）待补口焊缝的外观质量要求：焊缝余高应满足焊接要求，且表面平整，无锋刺、棱角[8]。

（6）只有在无损检测合格和外防腐之后才能进行内补口施工。

（7）喷涂前必须先启动除锈程序，除锈之后应在当天之内进行喷涂，如不能，再次喷涂前需重新除锈[9]。

（8）涂料调和比要适宜，涂料和固化剂为3∶1左右，表干时间为2 h，实干时间24 h。

（9）考虑到电池续航能力和料仓容积，连续补口长度不能超过500 m。

（10）只有在内涂层完全固化后才可进行检测，否则会破坏内涂层。

（11）根据涂层厚度选定检漏电压，450μm采用2 200 V 检漏电压。测厚时注意要多点取样，保证检测质量。

（12）补口前应在试件上进行设备机具与原材料间的匹配性试验，确定设备工作频率和喷涂次数。

（13）确认管道内部无石块等异物，以免补口设备在补口过程中受阻。

4 结束语

（1）采用管道内补口施工工艺，保证了管道内部防腐的延续性和完整性。管道内防腐施工中，内补口的施工质量至关重要，本文总结的施工工艺能够精确地定位焊缝并进行内补口[10]。另外由于管道内表面处于“看不见、摸不着”的状态，检测车的引用，解决了无法观测和检查补口质量的瓶颈，这对检查和保证补口质量起到了关键作用。

（2）该施工工艺虽然具有高效、缩短工期和节约成本等优点，但是焊缝的定位依靠肉眼识别，存在长期的视觉疲劳导致漏口现象。建议焊缝的定位采用类似无损检测的源定位方法，如此，内补口施工工艺将会更加成熟。