大口径管道施工配套机具研究1文档格式.docx
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大口径管道在长距离运输及吊装过程中不可必免地会产生管口变形、椭圆度超标等现象，使现场组对时产生错口，影响焊接质量，因此对口器是现场组对时必不可少的操作工具。
大口径管线一般都采用内对口器进行对口，但对于“死口”和弯头部分，则必须采用外对口器，因此根据施工需要，研制一种操作简便、适合现场施工作业的外对口器是十分必要的。
随着石油、化工设备的建设及检修，技术改造项目日益增多，并且新老区各种装置、工艺管线的碰头及公用工程与新建工程的工艺接口也大量出现，以往这部分工程都安排在停工期或化工装置的大修期间进行，如因生产需要一定要改线时，必需将与其有关的生产装置停产，并且还要打动火报告，大大增加了生产费用及工期，有时甚至造成了不可估量的损失。
因此引进一台带压开孔机是必要的。
综上所述，结合西气东输工程及油建公司的实际情况，本项目主要研制的机具是：
移动吊管带、管口预热装置、活动盲板、组合式防风棚、外对口器及带压开孔机。
2方案的设计与实施
2.1移动吊管带
2.1.1移动吊管带工作原理：
组成吊管带的辊轮内装轴承，辊轮轴设计为空心轴结构，用钢丝绳将几个辊轮连接起来，每两个辊轮之间用弹簧隔开，根据起吊钢管的直径选用不同数量的辊轮和弹簧，从而使辊轮与钢管良好接触；
当钢管下沟时，移动吊管带的辊轮在吊管机的带动下，沿钢管滚动前进，使钢管平稳下沟。
其结构如图一所示：
1.滚轮总成2.吊管带横梁3.被铺设钢管4.间隔短接5.钢丝绳
图一移动吊管带示意图
2.1.2技术关键：
为保证移动吊管带在施工中满足现场使用要求，确保在使用时即能使起吊钢管平稳下沟，又能减少移动辊轮对钢管外防腐层的破坏，关键就在于移动吊管带的辊轮结构的设计和辊轮外部材质的选择。
2.1.3解决方式：
我们将辊轮轴设计为空心轴，这样即减轻了辊轮的重量，又能使各个辊轮之间连接简单牢固；
辊轮轴上装有轴承，在布管时能使辊轮沿钢管灵活滚动；
同时辊轮轮体采用“内为钢辊轮外套弹性聚氨脂”结构，这样保证了辊轮既有足够的强度又能保护钢管外防腐层，使之满足现场需要。
2.1.4用途及特点：
我们设计的移动吊管带适用于各种壁厚的φ1016钢管，具有布管平稳可靠、生产效率高、能有效地保护钢管外防腐层等特点。
2.1.5试验及效果：
2002年2月，我们在科研所院内利用吊车，对从“西气东输”施工现场拉回来的二根￠1016mm、长6m的三层PE防腐管进行了吊装试验。
实验情况如照片所示：
图二移动吊管带试验照片
经试验：
移动吊管带移动平稳，各辊轮转动灵活，曲率半径适用于￠1016管径，吊架及钢丝绳能够承受钢管重量，并且辊轮移过后钢管外防腐层保持完好，没有被破坏。
因此该移动吊管带能够满足现场布管、下沟的要求。
2.2活动盲板
2.2.1工作原理：
利用正反扣丝杠带动内胀拉杆运动，使撑块涨紧于管内壁上，使封板与管口密封。
1丝头2封板
3铰链4拉杆
5三爪螺母6撑杆
7撑块8钢管
9反螺纹杆10联轴器
11正螺纹杆12外螺纹套轴13柔性垫圈14内螺纹封帽
其结构如图六所示：
`
图三活动盲板结构图
2.2.2研制情况：
为防止活动盲板安装时撑块对管道内壁防腐层产生破坏，我们在撑块上加了橡胶垫片；
同时为更好地保护好管口质量，我们又在封板内侧增加了柔性垫圈。
2.2.3结构特点：
（1）材料普通，加工制造方便，成本较低；
（2）结构简单，安装、拆卸方便，即可临时进行封堵，又可长期保护管口免遭破坏；
；
（3）由于在丝杠的操作上设计了专用工具，因此具有良好的防盗性能。
2.2.
4试验结果：
2002年2月在科研
所院内，我们利用6米
多长的￠1016mm钢管对
活动盲板进行了试验。
实验照片如图
所示：
此活动盲板操作方便，内胀拉杆带动撑块可紧固地支撑于管内壁上，封板垫圈与管口严密接触，间隙小于1mm，密封效果较好，达到了设计要求。
另外该机具将管口密封后如不借助专用工具的话，人力很难将其取下，具有良好的防盗性能。
2.3环形加热器：
2.3.1工作原理：
如图所示，以石油液化汽作为燃气，点燃火嘴后，通过转动支撑辊轮带动火嘴周向运动，使火焰加热整个焊道，达到焊前要求的预热温度。
2.3.2技术关键：
加热方式的选择及如何使火焰燃烧均匀。
2.3.3解决途径：
采用均匀分布的多个火嘴
同时燃烧液化汽的方式加热管口，并根据气量分配不同选用不同规格的火嘴。
2.3.4试验效果：
环形加热器加工完成后，我们进行了试验，效果较好。
（1）结构简单，安装、操作方便，成本低廉，且气源采用方便。
（2）火焰喷射均匀、有力度、火焰呈蓝色；
（3）加热后管口温度能达到焊接工艺要求的焊前预热温度；
（4）由于该机具设计有移动辊轮，加热时可沿轴向及环向不断地进行调整，因此加热总宽度可达到焊前预热要求的150mm。
经试验，该机具性能满足设计应用要求。
图六环形加热器实物照片
环形加热器的实物照片如图所示：
2.4组合式防风棚
2.4.1工作原理：
用镀锌铁皮作防风棚外罩，用方钢管作内部骨架，将防风棚的每一侧面都做成可拆装式，便于长途运输和现场安装。
2.4.2技术关键：
钢骨架的组合方式。
2.4.3解决途径：
将防风棚各部分做成分体结构，相互之间用螺栓连接，运输时分体拆装，到现场后再组装应用。
防风棚结构示意图如图所示，
2.4.4研制情况：
根据西气东输项目经理部人意见，我们在防风棚的内部增加了配电装置及通风装置，并提高了防风棚的承载能力，安置了氧、乙炔瓶、电焊机及操作工具的摆放位置。
根据施工需要，该防风棚共加工了八套，于2002年4月在“西气东输”施工现场得到应用。
该防风棚具有以下特点：
（1）、分体式拆装，便于长途运输。
每一面都是活动式的可以分开连接。
（2）、内部空间宽敞，体积大，便于焊工在棚内转体，灵活操作。
（3）、对称装有两扇电动排风烟机，保持棚内空气新鲜。
（4）、内部备有两台自动焊机及两个气瓶，并携带砂轮机等工具。
（5）、备有电器配电箱，保证棚内设备用电要求。
（6）、各个方向均镶有透明有机玻璃，保证焊接时光线亮度。
（7）、整体吊装，便于专用吊车沿管线运行，符合现场操作规程。
（8）、整体重量（包括内置设备）不超过1吨。
2.5外对口器
根据工程施工情况及焊接培训要求，2002年我们先后研制了两种结构的外对口器。
2.5.1螺旋￠1016外对口器
（1）结构原理：
如图所示：
对口器上设计有两组均匀分布在焊道两侧的压脚，每个压脚都可以单独通过螺旋丝杠进行加力，这样就可以根据对口处的情况分别调节螺旋丝杠，实现对口。
1.螺旋压紧杆2.欲对口钢管3.上部支撑圈4.下部支撑圈
图八螺旋外对口器示意图
（2）技术关键：
压点的布置及材质的选择
（3）解决途径：
为使管口各方向受力一致，压点设计为沿圆周方向均匀布置，同时为增加丝杠强度及使用寿命，螺旋丝杠的材料选择为：
40cr。
（4）研制情况：
2002年3月末我们将图纸
交机修厂加工，2002年4月加
工完后即投入使用。
螺旋式￠1016外对口器
实物如图所示：
（5）试验情况：
2002年4月，我们将螺旋￠1016外对口器在油建培训中心进行了应用试验。
经试验，该对口器安装、操作方便，对口速度快，对中效果好，无论是在强度上还是在螺旋加力上，都满足使用要求，且组对后错口量小于1.0mm，满足焊接要求。
螺旋外对口器经试验和施工应用，证明是成功的。
该对口器具有以下几个特点：
a．结构简单，轻便；
b．容易加工；
c．机动灵活，对口时可根据管端情况分别进行调整。
不足之处是操作上要求技术水平比较高，要有一个熟练过程。
螺旋外对口器的成功，给我们提供了必要的设计参数和理论根据，在此基础上，为降低劳动强度，减化操作步骤，更适合现场施工作业，我们又进行了液压外对器的研制。
2.5.2液压式外对口器
和螺旋外对口器相比，液压外对口器的结构更简单。
它省去了加力螺旋及压脚，由均匀分布在焊口两侧的凸点代替，这些凸点分别被布置在两个半圆形的定位圈上，这两个半圆形定位圈的一端则被圆柱销铰在一起。
加力装置安装在其中一个定位圈上，对口时，随着液压缸的升起，加力装置下部分勾住另一个定位圈的凹卡，夹住管子向上定位圈靠拢，以实现管端整形及对口。
液压外对口器结构如图所示：
压点的布置、材质的选择及加工精度的保证
根据管径及受力情况，计算出合适的压点数量，将压点均匀布置在上下支撑圈上，同时为增加机具的强度及使用寿命，上下支撑圈的材料选择为：
40cr，并且在加工时要选择好的加工厂，使上下支撑圈在立车上加工，以保证所有压点在同一个圆周上。
针对不同标段的管道施工，我们共设计了两种规格的液压外对口器，一种为¢
1016液压外对口器，一种为¢
711液压外对口器。
为配合四川“忠武”线的施工，2002年7月，我们对¢
711液压外对口器进行了加工。
（4）试验情况：
¢
711液压外对口器加工完成后，由于实验所需的¢
711管难以找到，因此为了试验需要我们又特地设计并加工了¢
711管段，并在机修厂进行了多次试验及改进，终于使外对口器的试验效果达到了设计及使用要求。
实物照片及实验效果下图：
图十一液压¢
711外对口器实物照片
图十二对口后管口效果照片
（六）Dg50-Dg300mm带压开孔机
2.6带压开孔机
2.6.1带压开孔机简介
带压开孔机主要用于在运营的管道上钻孔，也就是在管路不停输介质的情况下，开旁路孔，以便新支管与原始管道相连。
带压开孔机的规格有多种，适合从￠12.5mm—￠1800mm的各种管径。
据了解，目前油建公司每年施工的管线中，最常用的是￠300mm以下的管线，如￠60、￠114、￠159、￠273等，在化工厂施工时，温度≤400℃，压力≤2.0Mpa，￠300mm以上的管线应用的相对较少一些，因此购置￠300mm以下规格的带压开孔机比较实用。
对于￠300mm以下开孔机，我们调研了国内几个厂家生产的带压开孔机设备：
经过对比分析，我们认为大庆三金机械厂的开孔机比较适用。
主要理由如下：
（1）管径适用范围广。
对于Dg50—Dg300管线只购一台开孔机就适用。
（2）适用温度、压力范围广。
温度最大可达500℃,压力最大可达16.0MPa，即适用于油田管线开孔作业，又适用于化工厂管线施工，比较适合油建公司的施工作业。
（3）体积小，重量轻，扭力大。
由于机身、主轴及减速箱体都采用高强合金钢制成，因此它的结购紧凑、重量轻，可移动，适于搬运。
它的整套机具在所有调研厂家中是最小和最轻的。
（4）具有丰富的生产实践经验。
其生产带压开孔机有多年的历史，早期主要应用于大庆石化总厂的带压接管及管线的维修、抢修等工作，且有丰富的实践经验，其开孔机也在实践中不断地进行着改进。
（5）良好的售后服务。
由于它的厂家在大庆内部，因此如果在施工作业中出现什么问题的话，厂家人员会很方便地来处理解决。
（6）价钱适中。
在所有厂家报价中，只有沈阳实业有限公司的报价比它低，但沈阳厂家￠300mm以下规格的带压开孔机需购买两台，且它生产机具的时间只有一年，施工经验及时间年限不如大庆三金机械厂多。
综上所述，我们决定与大庆三金机械厂协作生产带压开孔机。
2.6.2带压开孔机结构
带压开孔机结构如图所示：
2.6.3带压开孔机应用
开孔机运行的基本程序如下：
（1）不当在已有的管线上安装管接件和阀门。
（2）安装开孔机。
（3）通过开关阀门运行开孔机。
（4）退回装配的开孔刀。
（5）关闭开孔阀门。
（6）移动开孔机便于连接新管线。
根据我公司施工状况及油田管线施工现状，我们对带压开孔机提出了技术上的指标及及配置上的要求：
a.开孔范围：
Dg50—Dg300mm;
b.工作压力：
1.6—6.4MPa;
c.工作温度：
Dg50—Dg150mm,工作温度-30℃—425℃，
Dg200—Dg300mm,工作温度-30℃—180℃;
d.驱动方式：
液压马达驱动，工作压力21MPa，主轴输出转速
0—60r/min；
e.整机重量：
机身重65kg；
到2002年12月初，Dg50—Dg300mm带压开孔机已加工完成，经试验各项性能指标满足要求，可进行开孔作业。
3推广应用情况：
由于活动盲板及环形加热器轻巧、实用，2002年4月份“西气东输”工程陕西靖边14标段项目经理部拉走了四套活动盲板及四套环形加热器。
由于在使用中效果较好，节约了人力物力，提高了劳动生产率，2002年8月该项目经理部又订作并拉走了四套环形加热器。
2002年3月，根据安徽滁洲23标段项目经理部要求，我们参照具有多年管道施工及管理经验的廊房管道局制作的防风棚，设计并制作了八套防风棚，并于2002年四月底运至安徽滁洲施工现场，目前使用情况良好。
2002年4月中旬，大庆油田建设集团技术培训中心由于焊接培训的要求，应用了两套螺旋式￠1016外对口器。
在应用中，此对口器对口效果较好。
随后他们又将此对口器拉到廊坊管道局焊接培训中心进行应用。
在学员的焊接取证考试中，此对口器对口时间短，对中效果好，为保证焊接质量及考试合格率发挥了较大的作用。
此对口器从管道局拉回后，又被拉到安徽滁洲标段上进行应用，目前正在使用中。
4技术经济效果分析评价
从技术上讲，该套机具简单、实用，操作方便，可直接应用于管线施工中，提高施工水平，保证施工质量。
另外这套机具的研制成功，进一步提高了油田建设集团在大口径管道施工方面的施工能力，增加了油田建设集团在管线施工方面的技术含量及竞争能力。
从经济上讲，该套机具在施工中可减少人员用工，提高劳动生产率，推广前景较好，经济效益可观。
并且该套机具的研制成功，填补了我公司在这方面的空白，增加了我公司在管道施工机具方面的技术储备，降低了生产费用，满足了施工要求。
另外鉴于油田及化工厂工艺管线技术改造及修复工程的日益增多，带压开孔机的购进也使我公司在这方面增加了施工手段，能够在今后的施工中带来较大的经济效益。
5存在问题及下步工作打算
1．由于液压￠711外对口器是根据现场施工状况，按长管对口工艺设计的，在现场应用时，需用吊车配合操作。
而在单位试验时，由于找不到现场使用的长管，所以只好用短管进行试验，因此试验的结果和现场使用情况也许会有所不同。
2．根据施工工艺要求，现在西气东输生产线上仍旧采用尼龙吊带进行布管下沟，因此我们设计的辊轮式移动吊管带只在单位进行了试验，没有经过现场试验。
3、由于带压开孔机直到十二月初才加工完成，所以今年的现场试验工作没有开展，因此对此开孔机缺少实际操作经验。
鉴于上述情况，以后我们会寻找机会，把机具拉到施工现场进行实际操作，根据现场使用情况再做进一步的改进和完善。
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