油氣混輸一體化集成裝置管線模塊化組焊技術(shù)綜述

任建庭， 王秀武， 劉小鵬

(長(zhǎng)慶石油勘探局有限公司機(jī)械制造總廠，陜西省西安 710014)

0 引 言

油氣混輸一體化集成裝置主要由裝置本體、混輸泵、閥門管線及橇座等組成，實(shí)現(xiàn)原油混合物的過濾、加熱、分離、緩沖、增壓等多功能高度集成。為了提高集成裝置工藝管線組對(duì)精度及生產(chǎn)效率，提高焊接質(zhì)量，滿足管線生產(chǎn)需要，機(jī)械制造總廠逐步對(duì)油氣混輸一體化集成裝置管線開展模塊化組焊技術(shù)工作，經(jīng)過多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，研究開發(fā)了管線模塊化生產(chǎn)技術(shù)。生產(chǎn)過程中建立合理的模塊化預(yù)制環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)科學(xué)有效的流水化生產(chǎn)作業(yè)線，從而達(dá)到集成裝置管線進(jìn)行模塊化復(fù)制生產(chǎn)。

1 焊前準(zhǔn)備工作

1.1 分解三維管線

對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模塊進(jìn)行拆分形成目標(biāo)預(yù)制模塊，對(duì)目標(biāo)預(yù)制模塊再次分解，形成可流水化生產(chǎn)的預(yù)制單元。設(shè)計(jì)模塊拆分的原則是工藝管線預(yù)制化，即整體提前預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)直接連接法蘭組裝。

1.2 編制加工及組裝工藝

(1)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求編制接管標(biāo)準(zhǔn)下料表，使接管長(zhǎng)度偏差和坡口角度偏差在一定范圍內(nèi)，保證管線組對(duì)精度及焊接質(zhì)量。

(2)根據(jù)預(yù)制管段圖，編制管段加工及組裝工藝，根據(jù)安裝順序、管線開孔、焊接位置等綜合考慮組裝工藝，減少固定口焊接，提高組裝效率。

(3)選用焊接方法，采用焊接試件，并對(duì)試件力學(xué)性能分析，編制焊接工藝評(píng)定及焊接工藝規(guī)程，指導(dǎo)焊接過程。

1.3 調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)模式

根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)及模塊化預(yù)制的要求調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)模式，由之前的“串聯(lián)式”生產(chǎn)模式，調(diào)整為現(xiàn)在的“并聯(lián)式”生產(chǎn)模式，下料、二維管線焊接、三維管線組對(duì)同時(shí)進(jìn)行，提高單體集成裝置組對(duì)效率。

2 接管高效加工技術(shù)

為確保后期管線組隊(duì)精度，在接管下料過程中需對(duì)參數(shù)進(jìn)行控制，下料管徑在DN 50～100 mm，接管長(zhǎng)度控制在0.5～1.5 mm。接管的切割過程中，接管的定尺切割十分重要，定尺切割對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程造成一定程度的影響。管子定尺切割是后期管子與法蘭、彎頭、三通、異徑接頭焊接的基礎(chǔ)，定尺下料可以提高后期各組對(duì)、焊接的自動(dòng)化程度。

根據(jù)生產(chǎn)圖紙編制標(biāo)準(zhǔn)下料表，切斷坡口一體機(jī)實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)切割，通過對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行編程，編程時(shí)進(jìn)行套料，長(zhǎng)短結(jié)合，這樣可以最大限度地運(yùn)用原料管。套料信息隨著工序流程逐個(gè)傳遞下去，一直到全部接管定尺下料完成。與傳統(tǒng)車床加工相比，從上料方式、長(zhǎng)度誤差、加工時(shí)間、轉(zhuǎn)運(yùn)方式相比優(yōu)勢(shì)明顯。

3 高精度快速組對(duì)技術(shù)

高精度快速組對(duì)技術(shù)是管線模塊化組焊重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)預(yù)制過程中采用三維柔性平臺(tái),如圖1所示，該三維組對(duì)設(shè)施主要由工作臺(tái)、模塊、角鋼和定位塊構(gòu)成，用于將預(yù)置好的二維管件在該平臺(tái)上進(jìn)行快速裝夾和定位，形成三維組件。再用全位置自動(dòng)焊接系統(tǒng)對(duì)組對(duì)的接口直接在柔性平臺(tái)上進(jìn)行焊接。

圖1 組對(duì)實(shí)例

柔性平臺(tái)與傳統(tǒng)手工組對(duì)相比，有以下優(yōu)勢(shì)：

(1) 高效性。整套工裝系統(tǒng)以積木化組合，形成所需要的具體要求。

(2) 精度高。本系統(tǒng)平臺(tái)上對(duì)工件進(jìn)行組合，不需要人工測(cè)量。

(3) 經(jīng)濟(jì)性。柔性組合工裝與專用工裝相比，省卻了工裝設(shè)計(jì)和制作時(shí)間，當(dāng)需要更換新產(chǎn)品時(shí)，柔性工裝只需要變換組合即可。

(4) 快捷性。每調(diào)好一次定位，裝夾管件只需5 min。

4 全自動(dòng)氬弧焊技術(shù)

全自動(dòng)氬弧焊技術(shù)是管線模塊化組焊的核心技術(shù)，解決管件組對(duì)和焊接作業(yè)，用于管-法蘭、管-三通、管-彎頭和管-異徑接頭快速組對(duì)和打底、蓋面焊接，槍頭角度可變，可焊接插接法蘭。

全自動(dòng)氬弧焊與手工氬弧焊對(duì)比，有以下優(yōu)勢(shì)：

(1) 更好的焊接質(zhì)量。

(2) 弧長(zhǎng)跟蹤。焊接過程無人干預(yù)。

(3) 對(duì)接形式靈活。不開坡口或者開坡口，無間隙對(duì)接，保證模塊化制造的精度。

5 管件輔助工裝設(shè)計(jì)及制造

為解決模塊化組焊技術(shù)過程管件較多、工件擺放不規(guī)范等問題，設(shè)計(jì)制作系列定置擺放及物流轉(zhuǎn)運(yùn)工裝，將傳統(tǒng)的平面式擺放改變?yōu)榱Ⅲw式懸掛，制作了2類工裝，定制擺放類和物流轉(zhuǎn)運(yùn)類。不僅符合模塊化預(yù)制的生產(chǎn)特點(diǎn)，而且有效地提高了倉(cāng)儲(chǔ)和物流效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)安全方便特點(diǎn)，滿足現(xiàn)場(chǎng)5S管理標(biāo)準(zhǔn)需求。

另外，制作了長(zhǎng)管專用吊具，運(yùn)用杠桿原理，實(shí)現(xiàn)快速裝夾，提高長(zhǎng)管吊裝的效率及安全性。同時(shí)，制作了可移動(dòng)萬向焊接面罩，采用5倍手持面罩鏡片，與萬向拉桿固定，根據(jù)實(shí)際情況任意調(diào)整觀測(cè)位置，更好適應(yīng)全自動(dòng)氬弧焊機(jī)的操作，對(duì)管件焊接質(zhì)量的提升起到促進(jìn)作用。

6 焊接模塊防變形措施

為保證預(yù)制成品的水平度和垂直度，模塊預(yù)制中采取反變形法、剛性固定法、火焰矯正消除應(yīng)力法等防變形措施。

7 焊縫檢測(cè)

焊接檢驗(yàn)油氣混輸一體化集成裝置管線及焊接質(zhì)量檢驗(yàn)主要按《石油天然氣站內(nèi)工藝管道工程施工規(guī)范》 (GB 50540-2009);焊縫無損檢測(cè)按 《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》(NB/T 47013-2015)。

8 應(yīng)用效果

油氣混輸一體化集成裝置管線模塊化組焊技術(shù)的應(yīng)用, 滿足了我廠均衡生產(chǎn)需要和提質(zhì)增效目的，形成了單級(jí)模塊預(yù)制，多級(jí)模塊組裝的一整套模塊化制造，標(biāo)準(zhǔn)化組裝作業(yè)的制造工藝技術(shù)和規(guī)?；a(chǎn)組織模式。實(shí)現(xiàn)了工藝管線的無間隙焊接，焊縫自動(dòng)跟蹤，無損檢測(cè)一次合格率提升至98%以上，管線密封試驗(yàn)合格率達(dá)到100%。研究應(yīng)用三維柔性工裝，提高了工藝管線組對(duì)精度和組對(duì)效率，達(dá)到了工藝管線互換性要求，實(shí)現(xiàn)了工藝管線的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，預(yù)制率從原來50%提高至95%。通過標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制、模塊化組裝、并聯(lián)式生產(chǎn)，單臺(tái)管線組焊周期由原來的8 d縮減至4 d，保供能力大幅提高。

9 結(jié)束語

油氣混輸一體化集成裝置管線模塊化組焊技術(shù)的應(yīng)用，極大的提高了生產(chǎn)備料、車間生產(chǎn)組織的工作效率，實(shí)現(xiàn)了油氣混輸一體化集成裝置的提質(zhì)增量，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。