長輸管道內補口施工工藝

中海油伊拉克有限公司

隨著長輸管道的建設，管道的內部防腐已成為趨勢，母材內涂層可以在工廠預制，但是在現場施工中，管道內部情況復雜，焊縫的內部防腐一直是施工中的難點。傳統的內襯短節法、機械壓接法等[1]，由于苛刻的工藝條件限制，或者高昂的施工成本，顯現出在施工應用中的局限性[2]。本文致力于長輸管道焊縫內補口工藝，采用北京揚奇公司的內補口設備對焊縫進行內補口，不僅提高了防腐效率，而且大大節約了人力，縮短施工工期，減少工人勞動強度，在實踐過程中內補口一次合格率達到100%，高質量完成了施工，保證了工期目標的順利實現[3]。該設備適用于坡度為20°以下平原山丘地段、管徑在355～559 mm 范圍內的長輸管道內補口施工。

1 工藝原理

管道焊縫的內補口主要通過內補口設備在管道中焊縫位置進行施工，設備采用無線控制系統，在管道外通過控制箱上的無線遙控操作內補口設備在管道中內補口[4]。管道內補口設備類似“小火車”一樣，由多節組成，按功能分為動力、除銹、噴涂[2]。動力部分為整個補口車在管道內行進及各項功能的實現提供動力；除銹清理部分可對焊縫表面進行打磨清理；噴涂為雙組分噴涂模式，對焊縫進行液態涂料的噴涂。工作時，操作人員通過視頻發出各項指令，完成對管內小車的前進、后退、定位、除銹、清理、停車等項作業的控制，實現管道焊縫的內補口[4]。

2 施工工藝流程及操作要點

內補口施工工藝流程包括：施工準備、定位除銹、清掃吸塵、定位噴涂、外觀檢測、電火花檢漏、厚度檢測等，施工流程如圖1所示。

圖1 施工流程示意圖Fig.1 Construction flow chart

2.1 定位除銹

（1）管道無損檢測合格之后，將內補口車預先放置在管道中，打開補口機和控制箱，調整天線位置以便通信順暢[5]。

（2）操作控制面板，根據管徑調整除銹行程、除銹間隙、除銹次數、除銹伸臂等參數。以管徑457 mm 為例，除銹行程為20 mm，間隙1 s，除銹次數3次，伸臂40 s。

（3）內補口設備采取“倒退行進”方式進行，設備先進入管道內部，然后從管內部后退施工至管口。

（4）將視頻切換到除銹視頻，按下后退按鈕，設備開始后退，通過控制箱上的顯示屏觀測焊縫定位，待除銹視頻中出現焊道時，按下停止按鈕，此時按下除銹按鈕，設備開始自動除銹[5]。

（5）在除銹完成之后，清掃電動機自動啟動，帶動毛刷開始清掃，緊接吸塵電動機啟動，吸走清掃下來的灰塵、焊渣等[6]，該過程屬于除銹過程中的一部分。

2.2 定位噴涂

（1）在完成除銹、清掃及吸塵等動作之后，開始進入噴涂。

（2）通過操縱控制面板，根據管徑調整噴涂長度、噴涂厚度、噴涂次數等參數。以管徑457 mm為例，噴涂長度30 mm，噴涂厚度450μm，噴涂次數3次。

（3）除銹和噴涂屬于兩個分開的過程，所以在除銹之后的焊道需要重新定位，將視頻切換到噴涂視頻，按下后退按鈕，通過控制箱上的顯示屏觀測焊縫位置，待噴涂視頻中出現焊道時，按下停止按鈕，此時按下噴涂按鈕，設備自動開始噴涂。待該焊縫噴涂之后，繼續后退通過除銹視頻尋找下一道焊縫，繼續進行除銹、清掃吸塵和噴涂。噴涂過程如圖2所示，管口涂層效果如圖3所示。

2.3 涂層外觀檢測

在內補口完成24 h后，檢測車方可進入管道內部進行涂層質量的檢測工作。檢測開始之前，應先清理管端內的雜物、塵土。設備送入后，打開車體電源和控制箱電源，調整好天線位置，以便視頻信號的通信順暢。涂層外面質量的檢測，采用視覺外觀質量檢測的辦法，由檢測車最前方的主攝像頭及控制箱上的監視器來實現此功能。該攝像頭具備自動旋轉、圖像放大、自動聚焦等功能。涂層外觀的檢測過程可以實時記錄[7]。

（1）啟動內檢測車和控制箱電源，通過手柄上的視頻按鈕切換到主視模式，此時在顯示屏上可清晰看到管道內壁（圖4）。

（2）按下前進按鈕，通過顯示屏來定位噴涂焊縫。待到達焊縫處，按下停止按鈕，此時，通過攝像頭可以看到焊縫的噴涂效果?？刂泼姘迳峡梢孕D攝像頭，周向觀測焊縫周圍的噴涂效果（圖5）。

2.4 電火花檢漏

涂層漏點的檢測由電火花檢測儀來實施，實施過程中機械手臂手持檢測探頭在待檢測處沿管道的徑向做360°旋轉。檢測電壓為0～3 000 V 可調，檢測結果可在液晶顯示器上實時顯示。

（1）主視觀測結束之后，按下手柄上的視頻按鈕，切換到定位模式。

圖2 噴涂Fig.2 Spaying

圖3 管口涂層效果Fig.3 Coating effect of pipe mouth

圖4 外觀檢測設備Fig.4 Visual inspection equipment

（2）按下前進按鈕通過定位攝像頭定位焊縫位置，按下停止按鈕。

（3）按下手柄視頻按鈕，切換到檢測模式，按下手柄上的測漏按鈕，檢測車上的檢漏儀銅刷伸出貼到管道內壁（圖6）。

（4）按下控制面板上的旋轉按鈕，銅刷開始周向旋轉，貼管壁刷一周，檢測是否有漏點存在，如有漏點，則在面板上有報警提示。

2.5 涂層厚度檢測

涂層厚度檢測由超聲波測厚儀來實現，實施過程中機械手臂手持測厚儀探頭，在管道外控制箱上遙控手柄的操作下，可對待檢測表面隨意取點檢測，機械手壁可沿管道徑向360°旋轉，檢測數值可實時顯示在管道外的監視器上[8]。

（1）電火花檢漏結束之后，開始涂層厚度檢測，按下手柄上的測厚按鈕，測厚儀開啟，測厚探頭伸出測厚。測量結果實時顯示在控制箱上的顯示屏上（圖7）。

（2）按下旋轉按鈕，再按停止按鈕，測量另一位置的涂層厚度，并記錄兩次涂層厚度結果。

（3）如果電火花檢漏出現漏點或者測厚結果小于450μm，則該焊縫需重新噴涂。

2.6 涂層剝離強度試驗

圖5 補口后焊縫外觀檢測Fig.5 Weld appearance inspection after joint coating

圖6 電火花檢漏Fig.6 Spark detection for leakage

圖7 厚度檢測結果Fig.7 Thickness test results

內補口的涂層需要進行剝離試驗（圖8），可在管口一端試噴涂一道焊縫，待實干后，進行剝離試驗。根據ASTM D3359 標準，采用X-Cut 試驗方法，用鋒利的刀片在涂層上劃出X形狀切口（長度40 mm），刀尖必須劃透涂層，然后用半透明膠帶粘貼劃過的涂層，觀察起毛比例，若小于5%，即為合格。

圖8 涂層剝離強度試驗Fig.8 Adhesive Tape Test

3 內補口質量控制措施

（1）以下環境條件下不易進行內補口施工：氣溫低于10 ℃；空氣相對濕度 80%；沙塵及大風天氣[6]。

（2）焊前管道內壁表面處理幅度。管段預留按70 mm計，焊縫兩側表面清理的幅度（焊縫處的長度）為150 mm，對管體預制涂層還應該進行每邊50 mm寬度的拉毛處理，以保證焊縫補口涂層與原管體預制涂層之間的接合力，即表面處理的總幅度應為250 mm[5]。

（3）涂層補口幅度的設定。考慮到定位的精確度，涂層的補口幅度應超出表面處理兩邊量15 mm，即每個焊縫涂敷總幅度（寬度）為280 mm。根據此調整內補口車參數，設定噴涂長度。

（4）每天做好內補口施工記錄及檢測記錄，填寫內補口施工記錄表和管道內壁補口質量檢測記錄表。

（5）待補口焊縫的外觀質量要求：焊縫余高應滿足焊接要求，且表面平整，無鋒刺、棱角[8]。

（6）只有在無損檢測合格和外防腐之后才能進行內補口施工。

（7）噴涂前必須先啟動除銹程序，除銹之后應在當天之內進行噴涂，如不能，再次噴涂前需重新除銹[9]。

（8）涂料調和比要適宜，涂料和固化劑為3∶1左右，表干時間為2 h，實干時間24 h。

（9）考慮到電池續航能力和料倉容積，連續補口長度不能超過500 m。

（10）只有在內涂層完全固化后才可進行檢測，否則會破壞內涂層。

（11）根據涂層厚度選定檢漏電壓，450μm采用2 200 V 檢漏電壓。測厚時注意要多點取樣，保證檢測質量。

（12）補口前應在試件上進行設備機具與原材料間的匹配性試驗，確定設備工作頻率和噴涂次數。

（13）確認管道內部無石塊等異物，以免補口設備在補口過程中受阻。

4 結束語

（1）采用管道內補口施工工藝，保證了管道內部防腐的延續性和完整性。管道內防腐施工中，內補口的施工質量至關重要，本文總結的施工工藝能夠精確地定位焊縫并進行內補口[10]。另外由于管道內表面處于“看不見、摸不著”的狀態，檢測車的引用，解決了無法觀測和檢查補口質量的瓶頸，這對檢查和保證補口質量起到了關鍵作用。

（2）該施工工藝雖然具有高效、縮短工期和節約成本等優點，但是焊縫的定位依靠肉眼識別，存在長期的視覺疲勞導致漏口現象。建議焊縫的定位采用類似無損檢測的源定位方法，如此，內補口施工工藝將會更加成熟。