机械化补口技术在长输管道工程中的应用

吕洪岩

摘 要：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。对机械補口技术发展的现状、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。

关键词：机械化补口;长输管道;防腐补口

引言

国内油气管道的腐蚀防护技术可以追溯到20世纪50年代，我国埋地管道主要以沥青类覆盖层为主一直延续到20世纪70年代。从1971年的“八三管道会战”开始，新中国才真正开始建设自己的长输油气管道，管道防腐方式仍然沿用沥青类热塑性材料，到了20世纪80年代增加了环氧树脂类涂料加玻璃布衬里涂覆技术;20世纪90年代初期开始引进热固型环氧粉末防腐技术，在90年代中期聚乙烯复合结构开始应用并得到迅速而广泛的推广。通过跨国管道、跨海管道的建设与实践，当前国内油气管道防腐技术基本达到世界先进水平。

1机械化补口技术在长输管道工程中应用意义

（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DN1000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。

3我国管道补口技术分析

3.1石油沥青补口

石油沥青补口存在很大的局限性，它主要通过石油沥青的特性进行管道补口[1]，需要提前预热，并不是适合所有的干线管道防腐层补口，必须是防腐层材料相同的才能应用，在施工的过程中，需要消耗大量的人力成本，且产生的物质对人的身体健康和环境都有害，所以石油沥青补口技术已经逐渐被淘汰了，当然并不是完全消失，一些修复工程还是会有少量应用;

3.2内补口机技术

随着自动化技术的进步，管道内补口机也逐步发展和完善，越来越智能化、小型化，现在的内补口机一般由行走、定位、除锈、供料、旋喷、控制和自检等环节组成，大口径（DN200以上）的钢质管线内防腐层焊口补口可以采用内补口机器人，对焊口内壁进行除锈、喷涂等防腐蚀补口作业，见图1。在管道对口焊接安装完成后，对焊缝部位实施防腐层内补口。补口时，首先要对组对焊接的管道内壁进行清扫、焊口定位并进行除锈达到Sa2级以上，然后，将高压无气喷涂机送到管道内壁焊缝处进行喷涂作业，最后再进行检测。然而，由于小口径管道内腔空间狭小，内补口机组成环节多，导致内补口机在小口径管道上应用受限。

3.3环氧煤沥青补口

一般现场施工会运用到环氧煤沥青补口，需要使用到玻璃布，然后再进行补口作业，当作用于管道补口时，对温度有一定的要求，介质的温度不能高于110℃，环氧煤沥青补口的优缺点也比较明显，优点是上手难度不高，不需要提前预热，缺点就是针对于涂层的固化操作流程较为复杂，当环境温度超过了规定的标准，就无法进行下一步操作;

3.4双组分热喷涂技术

双组分涂料的热喷涂技术在20世纪80—90年代十分盛行，主要用于管道大修的防腐技术，将两种组分的材料分别加热，增强其流动性和反应活性，按照一定比例在喷涂枪口前混合，然后通过喷枪将混合物涂覆在钢管表面。双组分材料在温度的作用下发生快速固化反应，形成覆盖层。环氧树脂类、氨基醇酸类、丙烯酸类以及聚氨酯类等材料都比较适合于双组分涂覆。双组分热喷涂技术因其快速固化的特性，比较适合于在役管道现场防腐层的大修及异型管件和焊缝补口的涂覆。对于大规模长距离管道防腐，几乎未见使用和报道，国内双组分热喷涂技术在东北管网的修复上应用较多。

3.5管端外接不锈钢短节法

预先在管道的两头焊接2个不锈钢环，不锈钢环的厚度根据设计压力选取，不锈钢环的宽度要根据不同管壁厚度、管径、焊接时的热影响区范围宽度以及内防腐涂层耐热能力确定。经过试验和测算，对于耐温100℃熔结环氧粉末防腐层来说，规格为114mm×6mm至219mm×14mm的管道，一般热影响区不超过100mm，因此，不锈钢环长度可选100～150mm;然后，再进行管道内、外防腐蚀涂层的涂敷。内、外防腐蚀涂层务必要覆盖不锈钢环与管体之间的焊缝，以免发生不同钢材之间电位差导致的电化学腐蚀，现场连接时，只需要用不锈钢焊条将两根管端的不锈钢环焊在一起即可。该方法的优点是简单、有效地解决了管道内防腐蚀层在焊缝附近的内补口难题。

结束语

机械补口技术是长输管道建设从劳动密集型向技术创新型转变的必然选择，其集管道防腐系统、机械系统、检测系统和自动控制系统于一体，实现了管道补口的全自动化，全面提升了补口施工效率与质量。机械补口技术采用密闭自动除锈、中频加热、红外加热相配合的机械化流水作业，保证了表面处理、预热、收缩、回火等质量控制关键点的可控性和稳定性，将长输油气管道的热收缩带补口技术水平提升到了新的高度。

参考文献：

[1]周文丽.油田地面工程腐蚀与防护技术探讨[J].化工管理，2018（34）：142-143.

[2]田庆生.原油管道防腐保温补口技术选择及质量控制[J].全面腐蚀控制，2018，32（08）：79-80.

[3]姜海峰.原油管道防腐保温补口技术选择及质量控制[J].全面腐蚀控制，2018，32（06）：105-106+109.

[4]钱文操.油气管道外防腐补口技术的现状分析[J].石化技术，2018，25（06）：74.

[5]张秀云，韩建波，张羽，陈世伟，王志刚.液体环氧补口技术在长输管道中的质量控制[J].天然气与石油，2018，36（02）：89-95.