楊彪 楊陽 王志勇 李洪濤 趙岑（中海油能源發(fā)展管道工程涂敷分公司，天津300452）

海底管道外防腐涂層是管道長期安全運行的保障，而節(jié)點補口防腐性能相對薄弱，是影響整個管道防腐性能最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)之一。同樣，節(jié)點表面除銹質(zhì)量是影響節(jié)點補口防腐性能的重要因素。

PIH、BrederoShaw 等多家國外公司已開發(fā)出海管節(jié)點自動噴砂除銹技術(shù)，并成功應(yīng)用于多條深水管道。在國內(nèi)，該工藝也開始逐步推廣應(yīng)用[1-3]。本文對該工藝的流程及設(shè)備進行簡要介紹，并結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用情況，對該工藝的除銹效果及其影響因素進行了評價分析。

1 工藝流程

海管節(jié)點自動噴砂除銹工藝主要包括表面預(yù)處理、清洗、預(yù)熱、噴砂除銹、吹掃和檢測。

圖1 海管節(jié)點自動噴砂除銹工藝流程圖

首先通過打磨等方式清除節(jié)點焊縫附近焊瘤、飛濺、油污等雜質(zhì)，并利用純水清洗降低節(jié)點表面鹽分含量，然后使用丙烷火炬預(yù)熱節(jié)點，使其表面溫度高于露點3℃以上。對整個節(jié)點進行噴砂處理，注意避開主體涂層，之后用干燥清潔的壓縮空氣吹掃節(jié)點表面，除去殘留的磨料及灰塵，最后對節(jié)點表面處理質(zhì)量進行檢查。

2 工藝設(shè)備

海管節(jié)點自動噴砂除銹工藝使用多通道封閉負壓回收式噴砂機和微機控制自動行走噴砂工裝系統(tǒng)。前者由儲砂罐、噴砂槍頭、砂塵回收分離裝置等組成（見圖2）。儲砂罐內(nèi)部分上、下兩個儲砂室，中間設(shè)置隔離閥，通過調(diào)節(jié)隔離閥實現(xiàn)向外提供砂源和自動補砂。儲砂罐底部設(shè)有砂流分配器，可同時供給多個噴槍作業(yè)。回收的磨料經(jīng)過砂塵分離器再生后進入儲砂罐，粉塵、鐵銹、氧化皮等雜質(zhì)進入除塵系統(tǒng)，避免造成環(huán)境污染。

微機控制自動行走噴砂工裝系統(tǒng)由自動行走支架（見圖3）和控制系統(tǒng)組成。整個系統(tǒng)采用PLC 控制，通過電傳動裝置，帶動噴槍沿管道環(huán)向和軸向往復(fù)運動。噴砂開始后，噴槍先沿鋼管軸向從節(jié)點左側(cè)至右側(cè)擺動一次，再沿鋼管環(huán)向轉(zhuǎn)動一次，然后從右側(cè)返回至左側(cè)，之后再轉(zhuǎn)動一次，如此反復(fù)進行，直至全面覆蓋整個節(jié)點表面。

圖3 自動行走支架示意圖

圖2 噴砂機結(jié)構(gòu)示意圖

3 除銹效果及影響因素分析

南海某深水項目施工過程中使用了海管自動噴砂除銹工藝，其鋼管規(guī)格Φ323×19.1mm，鋼級X65，噴砂前預(yù)熱溫度40～60℃，使用GP25 鋼砂，噴砂除銹時間5min，壓縮空氣壓力0.5～0.7MPa，節(jié)點表面除銹效果完全滿足項目及相關(guān)標準要求，詳細結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)場檢驗記錄表(部分)

3.1 磨料

磨料對除銹效果的影響主要包括磨料硬度、粒徑、密度及電導(dǎo)率。磨料硬度高，沖擊鋼管表面時動能轉(zhuǎn)換因數(shù)大，清理效果好，但同時磨料易破碎，不能重復(fù)使用；磨料硬度低，磨料易變形，降低沖擊力。

磨料的粒度大小決定了鋼管表面粗糙度的大小。如圖4所示，當(dāng)速度相同時，G18鋼砂砂粒的沖擊能大約是G50鋼砂的20倍，G14鋼砂產(chǎn)生的錨紋深度接近120μm，G80鋼砂產(chǎn)生的錨紋深度在50μm 左右，即粒徑越大，錨紋深度越大。但粒徑變大后，單位時間內(nèi)到達鋼管表面的磨料數(shù)量降低，覆蓋面變小[4]。另外，粒徑變大致使單個磨料質(zhì)量贈大，磨料回收效果會有所降低。

圖4 磨料粒徑對沖擊力、錨紋深度的影響

一般情況下，磨料密度應(yīng)該大于7.4g/cm3。密度低，則表明鋼丸內(nèi)部存在較多的氣孔和顯微裂紋，或含碳量較高，在使用過程中很容易破碎。另外，磨料表面鹽分含量也不能太高，否則會增加節(jié)點表面鹽分含量[5]。

3.2 壓縮空氣壓力

壓力越高，砂粒噴射速度越快，鋼管表面處理效果越好。但當(dāng)速度變大，則磨料的破碎率會增大，對鋼管的切蝕、噴射的有效距離及空氣紊流都會隨之變化，并反映到清理效率中來。

3.3 噴槍移動速度

噴砂時，噴槍移動方式分為沿鋼管環(huán)向的轉(zhuǎn)動和軸向的擺動，其中轉(zhuǎn)動一次對應(yīng)的距離稱為轉(zhuǎn)動步距。增大轉(zhuǎn)動步距，可縮短節(jié)點施工時間，但如果步距過大，鋼管表面容易出現(xiàn)暗紋，使表面除銹效果降低。同理，當(dāng)軸向擺動速度變大時，噴砂時間也可縮短，但表面除銹效果會降低（見圖5）。

圖5 噴槍轉(zhuǎn)動步距過大、擺動速度過高對應(yīng)的除銹效果

3.4 噴槍與鋼管間距

噴槍距鋼管越遠，磨料達到鋼管表面的速度越小，由于空氣阻力的影響，磨料飛行距離每增加1m，磨料的動能損失就增加10%，當(dāng)磨料速度＜50m/s時，就不能有效地清除鋼管表面的氧化皮[6]。另外，噴砂距離越遠，噴嘴毛刷形成的負壓回收空腔體積越大，回收負壓越低，磨料和粉塵回收效果不好，鋼管表面灰塵殘留增多。反之，噴槍距鋼管距離變小，鋼管表面粗糙度增大，但噴射范圍變小，噴槍移動步距相應(yīng)減小，整個節(jié)點噴砂時間變長，施工效率降低，而項目工期和進度控制是海上鋪管過程中業(yè)主關(guān)注重點之一。

4 結(jié)語

（1）利用自動噴砂除銹工藝技術(shù)，海管節(jié)點表面除銹等級可≥Sa2.5，表面粗糙度50～100 μm，表面灰塵污染度＜2級，表面鹽分含量＜20mg/m2，除銹效果良好，滿足相關(guān)標準要求。

（2）自動噴砂除銹工藝采用了封閉負壓回收式噴砂機和自動行走噴砂工裝系統(tǒng)，實現(xiàn)了管道節(jié)點表面自動噴砂處理，磨料可再生利用，粉塵等雜質(zhì)可回收處理，環(huán)境污染程度低，有效改善了工作條件，符合現(xiàn)場HSE管理要求。

（3）磨料、噴砂距離和噴槍移動速度等因素會影響鋼管噴砂除銹效果，現(xiàn)場施工前應(yīng)做好工藝評定試驗，確定好相關(guān)工藝參數(shù)，以保證節(jié)點表面處理質(zhì)量。