油气长输管道断管设备刀具冷却方法探究

一、引言

油气长输管道维抢修单位配备的断管设备, 主要用于管道不停输封堵、管段变形更换等抢修工作和输油气站场正常工艺设备改造, 是进行焊接动火的前一步工序, 断管作业的顺利完成是保证管线平稳运行和站场安全生产的重要一环。目前维抢修单位配备的断管设备主要有爬管式切割坡口机、分瓣式切割坡口机、巨型闸刀式管锯和手动旋转式切管机四种。这些断管设备厂家均未配套刀具冷却设备, 在实际应用中, 刀具主要靠人工喷水冷却, 经常发生刀具损坏, 耽误作业时间。因此, 如何找到刀具损坏根本原因, 并实施有效率的冷却操作, 保证断管作业的顺利进行显得尤为重要。

二、刀具冷却不到位带来的风险

断管作业要进行设备吊装、切割操作、冷却、液压动力站操作, 表1是统计的各种断管设备需至少配备的操作人员人数。这些操作人员需要近距离靠近油气管道, 并且相对集中, 是作业中的核心风险点。断管作业中刀具冷却不到位主要有以下风险:

1. 机械伤害、设备损坏:

由人工用矿泉水瓶喷洗衣粉液、肥皂水冷却, 容易造成卡刀;要保证人工冷却的效果, 操作人员必须相对聚集, 在近距离操作中, 有可能会造成机械伤害和设备损坏。

2. 火灾爆炸危险:

断管设备冷切割过程中, 若冷却水跟不上, 刀具切割钢管时会冒烟, 也就是说瞬间产生了很大的热量。特别是瓦奇爬管式切割坡口机和巨型闸刀式管锯, 这两种设备是先固定一个位置一刀切透管线, 然后再绕管道轴心旋转进而切断管道。切透后空气会进入到管线中, 如果管线里可燃混合气体浓度在爆炸极限范围内, 冷却不及时, 很可能发生闪爆, 造成人员伤亡和财产损失。

三、刀具损坏原因分析

总结维抢修单位组织的多次演练和部分实战经验, 一般造成刀具损坏的原因有以下几点:

1. 员工对断管设备操作规程不熟悉, 对冷切割知识缺乏了解。

特别是新组建的维抢修队伍, 演练中有操作人员对切割刀和破口刀的组对方式不清楚, 导致刀具损坏。这个阶段需要厂家和维抢修队技术员组织断管设备理论和实际操作培训, 使操作人员对设备性能和操作方法有深入的认识, 必要时可到机械加工厂实地学习, 了解冷切割操作。

2. 冷却采用肥皂水, 冷却液为水基质。

在断管过程中, 如果只采用自来水对刀具进行冷却, 刀具在切割时会发出刺耳的“嘎吱”声并冒烟, 在添加了肥皂粉后, 声音会变浑浊, 但几分钟内刀刃产生明显的黑色, 并有逐步扩大的趋势。这表明即使用肥皂水冷却液, 也会因为切割产生的高热量发生热处理现象。传统方式冷却水环境下, 设备、刀具易生锈, 影响刀具使用寿命。

3. 刀具质量。

断管作业中采用的刀具有进口和国产两种, 进口刀具价格相对较贵, 使用过程中损坏率相对较小;国产刀具使用时备用较多, 使用后需经常用砂轮机磨刀口, 损坏率相对较高。

4. 采用人工喷水冷却。

采用人工喷水冷却的方式至少需要4个人, 不能保证连续不断地对刀具进行冷却, 冷却效率低, 仍会导致刀具损坏。

5. 断管设备维护保养不及时。

断管设备需严格按照维护保养规程定期保养, 特别是在使用后需要第一时间进行检查清理, 擦干刀具上冷却液并用少量润滑油涂抹, 防止刀具生锈;及时补充液压动力站液压油, 除去飞溅到设备传动部件的铁屑, 防止设备运转时卡阻。分瓣式切割坡口机是刀具在管线上旋转逐步进刀进而完成管道切割的, 若在旋转过程中因设备原因突然停转, 刀具刃口会崩裂导致刀具损坏。

四、刀具冷却方案

根据前述造成刀具损坏的原因分析, 除了要定期组织员工培训、及时进行设备维护保养外, 更重要的是要解决冷却液选择和人工喷淋的问题。

1. 冷却液更换为专用切削液:乳化液。更换的乳化液在机床加工行业有广泛应用, 具有如下特点:

(1) 环保清洁, 附着在刀具和设备上的冷却液, 能被轻松清除。

(2) 能有效地防止了细菌、真菌侵蚀, 便于储存。

(3) 有良好的润湿粘附特性, 减少了切削液的溅出损失, 也清洁了环境。特别能够防止金属焊粘, 比如防止切屑在刀刃或工件上的累积焊连;同时能有效防止普通铁制金属材料发生腐蚀。

(4) 含有润滑增效剂, 用来改进加工部件的表面质量, 并且延长刀具寿命。它能和绝大部分的加工材料相容, 包括:铸铁、钢件、铜、铝合金, 以及多种塑料和化合物。

(5) 利用现有的技术、设备, 并且按照通用的处理方法就能进行产品的废弃处理。

(6) 使用时可回收, 实现循环利用。

2. 加工制作自动喷淋系统

为了替代人工喷淋的方式, 可制作一套小型自动喷淋装置。焊接制作两厢不锈钢箱体, 一侧用于储存切削液, 一侧为泵房, 放置增压泵、管件、阀门等, 泵进口连接切削液箱, 出口用过三通连接双路塑料管线, 塑料管线另一端连接针形阀式喷嘴。对于爬管式切割坡口机, 两个喷嘴可固定在刀架上, 对准刀具前后两侧持续喷淋, 并随爬管机旋转直至断开管道。对于其他多圈旋转或往复切割的断管设备, 可将喷嘴固定在磁座支架上, 对准管道切割槽喷淋, 为了提高冷却效果可用多路喷淋管线, 多位置喷淋。喷淋后的切削液可用铝盆放在切割管线下方回收, 然后用滤网过滤后倒入切削液里, 实现循环利用。

此套自动喷淋装置可放置在距离断管处较远的位置, 通过喷淋管线连接到设备或支架上, 减少作业人员人数, 避免人员聚集, 只需1人在远处观察刀具使用和系统运行情况, 节省人力而且更安全。而且切割作业时能提供连续稳定的冷却润滑效果, 将改善刀具损坏状况。

五、效果及建议

结合这两种方式, 分公司维抢修队使用此套喷淋装置, 顺利完成了多次日常断管演练, 并成功完成了多项动火和断管实战作业, 包括乌鲁木齐输油首站成品油发球筒C01131全焊接阀门的更换、鄯善原油首站5#、6#罐检测大修理工程中断管动火作业以及乌石化成品油支线首站成品油管线改线断管、克乌复线动火连头、独山子原油站断管等。

断管动火是一项系统作业, 不仅仅要注意刀具冷却一个环节。建议组织者进行周密安排, 作业前详细评审方案, 保证作业人员掌握每个环节、每个细节, 保证断管作业顺利完成。

摘要：本文首先列举了油气长输管道断管设备传统刀具冷却方式产生的风险, 分析了刀具损坏的原因, 并针对刀具损坏关键原因提出了解决策略。

关键词：断管,刀具,冷却