文章编号：1000-8241（2019）06-0704-05

低温环境机械防腐补口装备构成与施工工艺

刘然1   王长江1   施连义2   屈锐2   赵忠刚1

1.中国石油天然气管道科学研究院有限公司；2.中国石油天然气股份有限公司管道分公司

摘要：针对中俄东线天然气管道工程北段的冬季防腐补口施工要求，通过材料低温力学性能分析、结构优化设计、低温试验、低温电子元器件优选、机械式温控、加热元件高低温交变及国内外低温补口材料对比分析等综合研究，研制了适用于-40℃低温环境的机械化防腐补口装备，制定了配套的械化防腐补口工艺和施工方案。工程应用表明：低温机械化防腐补口装备与工艺有效保证了中俄东线试验段及北段管道工程的防腐补口质量和施工效率，日平均补口30道，一次合格率100％。积累了大口径管道低温环境下的防腐补口施工经验，可为中俄东线天然气管道工程中段及同类管道工程的防腐补口施工提供技术支撑。（图4，表5，参27）

关键词：中俄东线；机械化补口；低温；工艺；应用

中图分类号：TE988文献标识码：A  DOI：10.6047/j.issn.1000-8241.2019.06.017

The composition and construction technology of mechanized joint coating equipment in low temperature environment

LIU Ran1, WANG Changjiang1, SHI Lianyi2, QU Rui2, ZHAO Zhonggang1

1. China Petroleum Pipeline Research Institute Co. Ltd.; 2. PetroChina Pipeline Company

Abstract: To satisfy the construction requirement on joint coating in China-Russia Eastern Gas Pipeline Project (the first phase) in winter, a series of comprehensive analysis were carried out, including analysis on low-temperature mechanical performance of materials, structure optimization design, low temperature test, optimal selection of cryogenic electronic component, mechanical temperature control, heating element at alternating high and low temperature, and comparative analysis on domestic and foreign low-temperature patching materials. Then, the mechanized joint coating equipment

suitable for the low-temperature environment of －40 ℃ was developed, and its matching process and construction plan

were prepared. Engineering application shows that the equipment and process of low-temperature mechanized joint coating can effectively guarantee the joint coating quality and construction efficiency of the test section and the first phase section in China-Russia Eastern Gas Pipeline Project. And its average daily coating is 30 with one pass rate of 100%. In this way,

a great deal of construction experience of joint coating for large-diameter pipelines in low-temperature environment is accumulated, which can provide technical support for the joint coating of China-Russia Eastern Gas Pipeline Project (the second phase) and similar pipeline engineering. (4 Figures, 5 Tables, 27 References)

Key words: China-Russia Eastern Gas Pipeline, mechanized joint coating, low temperature, process, application

中俄东线天然气管道工程北段起点为黑龙江省黑河市，终点为吉林省长岭市，包含试验段一期工程和试验段二期工程，线路总长度约800 km，管径1422mm，设计压力12MPa。施工线路长且环境复杂，冬季施工时线路所经区域的*低气温可达-40℃以下，给该工程现场防腐补口施工带来极大挑战。在高寒低温环，温度散失较快，传统的手工防腐补口难以保证补口质量和施工效率[1-10]。为满足冬季施工要求，亟需研制适用于-40℃低温环境的机械化防腐补口装备，并制定合理的机械化防腐补口工艺和施工方案。

1    装备构成

       针对中俄东线管道工程钢管管径、*低施工环境温度、防腐补口标准与施工规范、施工效率等具体要求，开展了装备制造材料的低温力学性能分析与评价、装备结构三维模型优化设计、加热元件高低温交变试验、低温电子元器件优化选型、零部件及整机低温试验、机械式温控技术等系列研究及装备技术指标确定，研制了低温机械化防腐补口装备，其由自动除锈设备、中频加热设备及红外加热设备组成。

1.1    自动除锈设备

自动除锈设备（图１、表1）由自动控制系统、执行装置、喷砂系统等组成，主要用于待补口区域的表面处理[11-15]。该设备易受施工环境温度影响的主要部件为自动控制系统、控制线、位置信号检测元件、真空泵、驱动电机、各种气动阀件等，优选可编程逻辑控制器、驱动器、开关电源、电感式接近开关、主从气路阀件等低温电气元件，并进行自动控制系统和喷砂系统的温控设计，保证设备低温条件下正常工作所需的温度、信号检测的准确度及整体稳定性。

图 1   低温环境机械防腐补口装备自动除锈设备三维图

表 1   低温环境机械防腐补口装备自动除锈设备主要技术参数

1.2    中频加热设备

      中频加热设备(图2、表2)由中频电源、控制系统、加热线圈等组成,主要用于待补口区域的管口预热和底漆加热[16-18]。该设备易受施工环境温度影响的主要部件为中频电源、控制系统、电流插排、中频电缆等,优选控制模块、电源模块、辅助电源模块、温度模块、绝缘门极双极晶体管、整流桥等低温元件进行中频电源和控制系统的机械式温控设计,保证设备低温条件下的正常工作及整体稳定性。电流插排设计为独立排布式,且选用进口T2铜制作,表面镀银。

图 2   低温环境机械防腐补口装备中频加热设备三维图

1.3    红外加热设备

  图 3    低温环境机械防腐补口装备红外加热设备三维图

表 3   低温环境机械防腐补口装备红外加热设备技术参数

       红外加热设备(图3、表3)由控制系统和加热线圈组成,主要用于热收缩带的收缩与回火[19]该设备易受施工环境温度影响的主要部件为控制系统、红外辐射器、电源线、控制线等,优选可编程逻辑控制器、开关量、模拟量输入/输出模块、调压器、测温探头、开关电源、显示表等低温元件，通过高低温交变性能研究合理选择红外加热元件，进行控制系统的恒温式温控设计，保证设备低温条件下的正常工作及整体稳定性。

2    施工工艺

      中俄东线管道工程北段现场防腐补口采用干膜工艺[20-27],施工工序为:管口预处理→管口除锈与PE处理→管口预热→底漆涂刷→底漆加热→热收缩带安装→热收缩带收缩与回火→排除气泡→封胶条。通过研究适用于-40°C施工环境的俄罗斯热收缩带的脆化温度、冲击性能、断裂伸长率、长度等性能指标,并基于试验测试,确定在中国现有热收缩带标准的基础上,增加低温抗冲击强度、低温脆化温度及基材低温断裂标称应变指标,以指导不同厂家对低温热收缩带的生产。同时，深入分析室内低温试验和现场试验的测试数据,制定了低温环境下的机械化防腐补口工艺(表4)。

3    实例应用

3.1    施工方案

针对防腐补口工艺的底漆厚度和漏点检测要求，为形成机械化防腐补口流水作业，施工时采用“4车4工位”的施工方案（图4），即1台自动除锈作业车（管口表面处理工位）、1台中频加热作业车（管口预热与底漆涂刷工位）、1台中频加热作业车（底漆加热与热

图4.“4车4工位”机械化防腐补口施工方案示意图

收缩带安装工位）、1台红外加热设备（热收缩带收缩与回火工位）。

3.2    工程应用

目前，低温机械化防腐补口装备及工艺已经成功应用于中俄东线管道工程北段的冬季施工，*低施工环境温度达到-39℃。按照施工方案，每个防腐补口机组配置4台工程车，每日工作8h（不含装备预热时间）。采用中油防腐、长园、宝力泰3个厂家生产的热收缩带，每道工序*高用时12min（表5），一次合格率达到100％，所有工序的检测结果均达到合格标准，每道补口的外观检查亦均达到合格标准，抽检口的剥离强度平均值不低于100N/cm。工程应用表明：低温机械化防腐补口装备及工艺有效保证了高寒地区管道工程的现场防腐补口质量和施工效率。

表5   机械防腐补口工艺各工序检测项目与用时

3

4    结论与建议

低温环境机械防腐补口装备及工艺由自动除锈设备、中频加热设备、红外加热设备组成。工程应用结果表明：其环境适应能力强、性能稳定，补口工艺制定合理、实用，施工方案可形成连续流水作业，可以满足中俄东线管道工程冬季施工要求，补口质量好，施工效率高。然而，目前市场上没有适应低温环境的砂料回收管，常规回收管在工程应用中易出现裂纹，从而影响砂料回收效果，建议研制适应低温的砂料回收管。

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（收稿日期：2017-05-25；修回日期：2019-01-15；编辑：杜娟）

基金项目：中国石油天然气管道局工程有限公司科技攻关项目

“高寒地区管道热收缩带机械化补口施工装备研制”，2015-01-01。

作者简介：刘然，女，1985年生，工程师，2011年硕士毕业于北京信息科技大学机械电子工程专业，现主要从事油气管道施工装备的

研究及技术推广工作。地址：河北省廊坊市金光道44号，065000。电话：17736772807。Email：liuran0513@cnpc.com.cn

文章引用:张世梅、李会富.油气长输管道工程设计的地域特点适应性分析[J].石油天然气学报,2019,41(5):78-80.

DOI:10.12677/jogt.2019.415085

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