油氣長輸管道斷管設備刀具冷卻方法探究

黃國君（中國石油西部管道新疆輸油氣分公司 830000）

一、引言

油氣長輸管道維搶修單位配備的斷管設備，主要用于管道不停輸封堵、管段變形更換等搶修工作和輸油氣站場正常工藝設備改造，是進行焊接動火的前一步工序，斷管作業的順利完成是保證管線平穩運行和站場安全生產的重要一環。目前維搶修單位配備的斷管設備主要有爬管式切割坡口機、分瓣式切割坡口機、巨型閘刀式管鋸和手動旋轉式切管機四種。這些斷管設備廠家均未配套刀具冷卻設備，在實際應用中，刀具主要靠人工噴水冷卻，經常發生刀具損壞，耽誤作業時間。因此，如何找到刀具損壞根本原因，并實施有效率的冷卻操作，保證斷管作業的順利進行顯得尤為重要。

二、刀具冷卻不到位帶來的風險

斷管作業要進行設備吊裝、切割操作、冷卻、液壓動力站操作，表1是統計的各種斷管設備需至少配備的操作人員人數。這些操作人員需要近距離靠近油氣管道，并且相對集中，是作業中的核心風險點。斷管作業中刀具冷卻不到位主要有以下風險：

1.機械傷害、設備損壞：由人工用礦泉水瓶噴洗衣粉液、肥皂水冷卻，容易造成卡刀；要保證人工冷卻的效果，操作人員必須相對聚集，在近距離操作中，有可能會造成機械傷害和設備損壞。

2.火災爆炸危險：斷管設備冷切割過程中，若冷卻水跟不上，刀具切割鋼管時會冒煙，也就是說瞬間產生了很大的熱量。特別是瓦奇爬管式切割坡口機和巨型閘刀式管鋸，這兩種設備是先固定一個位置一刀切透管線，然后再繞管道軸心旋轉進而切斷管道。切透后空氣會進入到管線中，如果管線里可燃混合氣體濃度在爆炸極限范圍內，冷卻不及時，很可能發生閃爆，造成人員傷亡和財產損失。

表1 各斷管設備所需操作人數統計

三、刀具損壞原因分析

總結維搶修單位組織的多次演練和部分實戰經驗，一般造成刀具損壞的原因有以下幾點：

1.員工對斷管設備操作規程不熟悉，對冷切割知識缺乏了解。特別是新組建的維搶修隊伍，演練中有操作人員對切割刀和破口刀的組對方式不清楚，導致刀具損壞。這個階段需要廠家和維搶修隊技術員組織斷管設備理論和實際操作培訓，使操作人員對設備性能和操作方法有深入的認識，必要時可到機械加工廠實地學習，了解冷切割操作。

2.冷卻采用肥皂水，冷卻液為水基質。在斷管過程中，如果只采用自來水對刀具進行冷卻，刀具在切割時會發出刺耳的“嘎吱”聲并冒煙，在添加了肥皂粉后，聲音會變渾濁，但幾分鐘內刀刃產生明顯的黑色，并有逐步擴大的趨勢。這表明即使用肥皂水冷卻液，也會因為切割產生的高熱量發生熱處理現象。傳統方式冷卻水環境下，設備、刀具易生銹，影響刀具使用壽命。

3.刀具質量。斷管作業中采用的刀具有進口和國產兩種，進口刀具價格相對較貴，使用過程中損壞率相對較小；國產刀具使用時備用較多，使用后需經常用砂輪機磨刀口，損壞率相對較高。

4.采用人工噴水冷卻。采用人工噴水冷卻的方式至少需要4個人，不能保證連續不斷地對刀具進行冷卻，冷卻效率低，仍會導致刀具損壞。

5.斷管設備維護保養不及時。斷管設備需嚴格按照維護保養規程定期保養，特別是在使用后需要第一時間進行檢查清理，擦干刀具上冷卻液并用少量潤滑油涂抹，防止刀具生銹；及時補充液壓動力站液壓油，除去飛濺到設備傳動部件的鐵屑，防止設備運轉時卡阻。分瓣式切割坡口機是刀具在管線上旋轉逐步進刀進而完成管道切割的，若在旋轉過程中因設備原因突然停轉，刀具刃口會崩裂導致刀具損壞。

四、刀具冷卻方案

根據前述造成刀具損壞的原因分析，除了要定期組織員工培訓、及時進行設備維護保養外，更重要的是要解決冷卻液選擇和人工噴淋的問題。

1.冷卻液更換為專用切削液：乳化液。更換的乳化液在機床加工行業有廣泛應用，具有如下特點：

（1）環保清潔，附著在刀具和設備上的冷卻液，能被輕松清除。

（2）能有效地防止了細菌、真菌侵蝕，便于儲存。

（3）有良好的潤濕粘附特性，減少了切削液的濺出損失，也清潔了環境。特別能夠防止金屬焊粘，比如防止切屑在刀刃或工件上的累積焊連；同時能有效防止普通鐵制金屬材料發生腐蝕。

（4）含有潤滑增效劑，用來改進加工部件的表面質量，并且延長刀具壽命。它能和絕大部分的加工材料相容，包括：鑄鐵、鋼件、銅、鋁合金，以及多種塑料和化合物。

（5）利用現有的技術、設備，并且按照通用的處理方法就能進行產品的廢棄處理。

（6）使用時可回收，實現循環利用。

2.加工制作自動噴淋系統

為了替代人工噴淋的方式，可制作一套小型自動噴淋裝置。焊接制作兩廂不銹鋼箱體，一側用于儲存切削液，一側為泵房，放置增壓泵、管件、閥門等，泵進口連接切削液箱，出口用過三通連接雙路塑料管線，塑料管線另一端連接針形閥式噴嘴。對于爬管式切割坡口機，兩個噴嘴可固定在刀架上，對準刀具前后兩側持續噴淋，并隨爬管機旋轉直至斷開管道。對于其他多圈旋轉或往復切割的斷管設備，可將噴嘴固定在磁座支架上，對準管道切割槽噴淋，為了提高冷卻效果可用多路噴淋管線，多位置噴淋。噴淋后的切削液可用鋁盆放在切割管線下方回收，然后用濾網過濾后倒入切削液里，實現循環利用。

此套自動噴淋裝置可放置在距離斷管處較遠的位置，通過噴淋管線連接到設備或支架上，減少作業人員人數，避免人員聚集，只需1人在遠處觀察刀具使用和系統運行情況，節省人力而且更安全。而且切割作業時能提供連續穩定的冷卻潤滑效果，將改善刀具損壞狀況。

五、效果及建議

結合這兩種方式，分公司維搶修隊使用此套噴淋裝置，順利完成了多次日常斷管演練，并成功完成了多項動火和斷管實戰作業，包括烏魯木齊輸油首站成品油發球筒C 01131全焊接閥門的更換、鄯善原油首站5#、6#罐檢測大修理工程中斷管動火作業以及烏石化成品油支線首站成品油管線改線斷管、克烏復線動火連頭、獨山子原油站斷管等。

斷管動火是一項系統作業，不僅僅要注意刀具冷卻一個環節。建議組織者進行周密安排，作業前詳細評審方案，保證作業人員掌握每個環節、每個細節，保證斷管作業順利完成。