環保型全自動管道噴砂除銹機的研制及應用

龍 斌，呂喜軍，唐德渝，劉海超，張建護，王克寬，劉明珠

（1.中國石油集團工程技術研究院，天津 300451；2.中國海洋石油能源發展管道工程公司，天津 300452）

環保型全自動管道噴砂除銹機的研制及應用

龍 斌1，呂喜軍2，唐德渝1，劉海超2，張建護1，王克寬1，劉明珠1

（1.中國石油集團工程技術研究院，天津 300451；2.中國海洋石油能源發展管道工程公司，天津 300452）

文章介紹了一種環保型全自動管道噴砂除銹機的組成、工作原理及其應用效果。該設備由空氣壓縮機、噴砂機、行走機架和控制系統組成。采用雙噴頭形式，利用真空負壓原理對鋼砂及除銹粉塵進行回收，能夠快速完成管道補口的噴砂除銹作業。應用表明，該設備性能可靠，操作簡單，鋼砂及粉塵回收率高，安全環保，除銹效果達到Sa2.5級以上。

管道；噴砂除銹；設備；全自動；環保；應用

國內目前沒有既符合環保要求又能達到管道除銹要求的自動噴砂除銹裝置，而多年來，管道自動噴砂除銹技術和產品一直被國外專業公司壟斷。為此，針對管道除銹清理作業的特殊環境要求，研制了既可改善作業環境、減輕勞動強度、保證除銹質量、提高除銹作業效率，同時又能降低原材料成本的環保型管道自動噴砂除銹裝置。

1 環保型噴砂除銹機的工作原理

1.1 噴砂除銹機工作原理

在噴砂除銹過程中，空氣通過壓縮機加壓至0.4～0.8 MPa后儲存于儲氣罐中，開啟閥門，儲氣罐中排出的高壓氣體吹向車載式砂罐，將砂罐中流出的磨料形成高壓粒子流，經高壓軟管和噴槍不斷地噴射，依靠磨料的沖擊和摩擦作用除去鋼管表面的污垢、氧化皮、鐵銹、油漆涂層和泥土等附著物，使金屬表面重現光澤，并具有一定的粗糙度。

1.2 環保型噴砂除銹機的工作原理

環保型噴砂除銹機采用特殊的噴頭設計，如圖1所示，在噴砂槍頭外加上一個半封閉腔體，在腔體上套上硬毛刷，工作時毛刷緊貼工件表面，負壓回收口連接真空泵回抽空氣，在腔體內形成負壓，噴射出的鋼砂在高速撞擊工件表面后，在負壓的作用下通過回收口回到儲砂罐。在噴砂機內部對回收的鋼砂進行粉塵分離，見圖2，鋼砂由于重力作用落入儲砂罐中，而粉塵和污垢在高壓下被吸入專用的處理裝置，通過濾芯進行過濾，排放出干凈的空氣。

2 全自動管道噴砂除銹機

2.1 成套設備的主要組成

APB-D-I環保型全自動管道噴砂除銹機由空壓機、噴砂機、行走機架和控制系統組成。空壓機（見圖3）為噴砂作業提供動力源，一般工作壓力0.4～0.8 MPa，能夠提供10 m3/min流量的壓縮空氣，壓縮空氣經過冷卻裝置及油水分離器處理，以保證壓縮空氣的干燥、無油。

噴砂機由儲砂罐、2臺真空泵、控制系統、粉塵過濾系統、2個噴嘴、噴砂管和回砂管組成 （見圖4）。儲砂罐能夠裝載300 kg的鋼砂，工作時鋼砂由儲砂罐底部的2個砂閥流入噴嘴，砂閥可以根據除銹效果調節出砂量，在高壓空氣流的作業下，鋼砂獲得了動能，形成了高速的鋼砂流，通過噴砂管噴在管道表面，除掉了管道表面的污垢和銹蝕，由特殊的噴頭對鋼砂和粉塵進行回收，鋼砂進入儲砂罐回收再利用，粉塵被濾芯過濾，因此過濾濾芯需要定期清理和更換，以保證粉塵回收的效率。

行走機架由吊裝架、外框機構、旋轉機構和擺動機構組成 （見圖5）。其中，外框機構起到整體的定位和支撐作用，兩個外框機構之間通過旋轉機構相連接。旋轉機構安裝在外框機構的導向輪槽中，通過其上的驅動電機作用可使旋轉機構繞管道中心軸線進行240°旋轉，以此來實現裝置對管道周向的噴砂除銹功能。擺動機構固定在旋轉機構的導軌上，其上安裝有噴砂槍，在擺動電機的驅動下，可沿導軌軸向運動，實現裝置對管道的噴砂除銹功能。

控制系統采用可編程控制器作為控制核心，驅動行走電機、擺動電機和噴砂機，實現噴砂機和行走機構協調工作 （見圖6）。控制系統具有環向行走速度、軸向行走速度、軸向幅度和步進幅度的調節功能，可以根據不同作業要求進行參數的調整，得到滿意的除銹效果。工作模式分為自動模式和手動模式，在自動模式下無需人工干預，一鍵操作即可完成全部工作；在手動模式下，可以對環向行走進行人工干預，可以靈活應對工程施工中可能出現的異常情況。

2.2 設備的主要技術參數及特點

2.2.1 主要技術參數

（1）軸向行走速度：0～4 000 mm/min連續可調。

（2）環向行走速度：0～2 000 mm/min連續可調。

（3）除銹幅度：0～400 mm連續可調。

（4）適用管徑：D 168～1 219 mm。

（5） 氣源壓力： 0.4～ 0.8 MPa。

（6） 耗氣量： 10～15 m3/min。

（7） 適用磨料： G18～G25。

（8）步進幅度：20～70 mm連續可調。

2.2.2 設備特點

APB-D-I型自動噴砂除銹設備為長輸管道、海洋油氣管道專用設備，專門用于管道外環焊縫補口的自動噴砂除銹。主要性能特點如下：

（1）采用雙槍頭結構同時作業，實現快速高效的噴砂除銹。

（2）智能化軟件控制，一鍵式操作，簡單易用。

（3）參數輸入、工作模式可調，靈活便捷。

（4）采用負壓回收，粉塵回收率達100%，安全環保。

（5）鋼砂回收循環使用，降低工程成本，經濟實用。

（6）除銹效果好，達到Sa2.5級以上。

3 自動噴砂除銹試驗

3.1 設備及材料

試驗采用APB-D-I型設備一套，包括雙頭噴砂機一臺、流量10 m3/min的空壓機一臺、適用管徑762 mm的行走架和控制箱。

試驗用管長5 m、直徑762 mm、材質為X65，G25鋼砂300 kg，三相380 V、50 Hz和兩相220 V、50 Hz的電源。

3.2 試驗過程

（1）將足量的鋼砂加入砂罐中，在空壓機未加壓的情況下進行裝置的旋轉、擺動等空載運行試驗。在正常的工作狀態下運行一段時間，看是否存在不穩定因素，運行是否平穩，驗證無誤后，達到載荷運行條件。

（2）裝置停止運行，啟動空壓機，待壓力達到試驗要求，打開空壓機閥門，進行噴砂試驗，檢查噴砂氣管路是否暢通，并驗證除塵器的除塵效果。

（3）將裝置安裝到管道的適當位置，啟動空壓機，同時啟動自動噴砂除銹裝置運行機構進行管道補口的除銹作業。

（4）運行過程中記錄運行參數，工作一段時間后，停止除銹作業，檢測除銹質量。

3.3 試驗結果

作業現場如圖7所示，通過反復的試驗，得到試驗測試數據：空壓機功率為44 kW，噴砂機功率為22 kW，氣源壓力為0.8 MPa，工作時氣源壓力為0.7 MPa，排氣量為10.0 m3/min，旋轉機構速度為0～78 mm/s可調，擺動速度0～82 mm/s可調，擺動幅度0～410 mm可調，步進幅度20～75 mm可調，對于管徑為762 mm的管道補口作業，除銹管段長350 mm，單道補口除銹作業全部時間為270 s，除銹錨紋深度為50～75 μm，除銹質量達到Sa2.5級以上 （見圖8）。

4 工程應用

4.1 項目簡介

環保型管道全自動噴砂除銹設備安裝在中海油202號鋪管船上，應用于荔灣3-1氣田的2條深水管道的鋪設施工，該項目位于我國南海距香港東南約300 km處，水深1 350～1 500 m，是我國海洋油氣田開發走向深海的第一條海底管道。管道的補口設計采用DNV-RP-B401-1993標準，除銹作業采用自動除銹工藝。該項目是我國鋪設的第一條深水管道，第一次采用自動除銹設備及工藝進行補口作業。

4.2 應用情況

到目前為止，已經完成了300多道補口噴砂除銹作業，設備運行穩定，除銹效果均滿足工程要求，鋼砂回收良好，粉塵回收率100%。

[1]郭奇超，劉艷利，焦如義.大型儲罐環保型除銹機的研制［J］.油氣儲運，2010，29（6）:436-439.

[2]張斌，劉武，周裕鑫.油氣管道自動噴砂除銹裝置的研制與應用［J］.油氣儲運，2008，27（10）:32-35.

[3]姚冠新,施國洪.鋼管壁面噴砂除銹作業線的設計［J］.農業機械學報，2000,31（5）:114-116.

Development and Application of Environmental Friendly Full-automatic Machine for Pipeline Sandblast Derusting

LONG Bin（CNPC Research Institute of Engineering Technology,Tianjin 300451,China）,LU Xi-jun,TANG De-yu,et al.

An environmental friendly full-automatic machine for pipeline sandblast derusting is introduced in this paper in aspects of its structure,working principle and application effect.The machine consists of air compressor,sandblast,running frame and control system.It applies double nozzles and reclaims steel sand and dust on vacuum principle.It can rapidly fulfill sandblast derusting operation for pipeline joint with the advantages of reliable performance,easy operation,high reclaiming rate of steel sand and dust,safety and environmental protection.The derusting effectiveness exceeds Sa2.5 class.

sandblast derusting;equipment;full-automatic;environmental protection;application

TE988

B

1001－2206（2011）06－0036－03

龍 斌 （1979-），男，湖北監利人，工程師，2000年畢業于北方工業大學機械電子工程專業，主要從事海洋工程裝備及自動化方面研究應用工作。

2011-06-13