长输管道自动焊数字化现状及发展趋势——数据采集及无线传输技术

随着管道智能化建设的发展,在实现“管道建设全生命周期”施工要求下,自动焊技术作为一种高效焊接技术迅速推广于管道施工,长输管道自动焊接数字化成为研究重点。为此,梳理了自动焊装备数据采集和无线传输技术的现状,调研了国内外知名焊接电源厂家的群控系统、组网管理系统和云系统等大数据数字化技术进程,对比分析了自动焊装备的采集对象、焊接工艺、焊接过程的监测手段和数据传输,并展望了自动焊装备数字化技术的发展趋势。研究结果表明：(1)自动焊数据采集和无线传输属于小容量、小集群、实时性强的参数匹配性验证无反馈开环采集传输系统;(2)焊接电源的数据采集和无线传输属于小容量、中集群、实时性强的多维度带反馈的闭环采集传输系统;(3)数据采集将从单一化到多样化,数据采集分析方法将多维化,数据信息将规范化、标准化,数据采集、传输将建立实时闭环反馈系统。结论认为,大数据、人工智能时代已经到来,管道焊接也将从“经验化”过渡到“数字化”,管道自动焊技术已成为管道建设的标准要求。     

PipelinerⅡ自动焊系统在厚壁长输管道焊接中的应用

沙特阿美马尼法井场管道焊接工程的特点是:长输管道的口径大、管壁厚,但整体焊接工作量较少。文章在简要对比了几种常用的管道自动焊系统及工艺特点的基础上,论述了采用Pipeliner Ⅱ自动焊系统焊接中东地区厚壁长输管道的优点,并介绍了该系统在该工程中应用的要点,包括焊接工艺方案、对常见缺陷的分析及控制措施等。     

钨极氩弧自动焊根焊在中小管径管道焊接中的应用

为全面推广自动焊在中小管径长输管道建设中的应用,通过对自动焊焊接方式的调研和比选,提出采用钨极氩弧自动根焊+外焊机自动焊试验段应用方案。该方案是使用自动钨极氩弧焊工艺实现根焊单面焊双面成形,熔化极单焊丝气体保护下向焊填充盖面的一种焊接工艺,该工艺参数范围大,适用于各种地形,充分发挥了氩弧焊抗风能力强、熔透可靠、缺陷少的优势,减少了人为因素的干扰,实现了高质量自动化的全自动焊接。焊接工艺评定研究结果表明,此种焊接方式符合国标及DEC文件的要求,为中小管径管道自动焊的应用提供了技术储备和支持。同时该焊接方式也为集气管道、二氧化碳输送管道等中小管径高压管道焊接提高焊接质量指明了方向,具有良好的应用前景。     

NBG焊接质量控制在不锈钢管道上的探索与应用

为了保证焊接质量及生产效率,采用无背部保护气（NBG）工艺将STT半自动封底焊技术应用于316L奥氏体不锈钢管道的对接,实现了管道对接单面焊双面成形。同时,从STT焊接工艺试验以及焊接全过程出发,针对NBG焊口的固定焊,进行了焊接过程控制,并提出了常见焊接缺陷的规避措施。NBG焊接技术的应用,既实现了奥氏体不锈钢管的背部免充氩气保护焊接,同时避免了由于充气导致的潜在不安全因素的产生。研究结果为STT在不锈钢管道焊接质量控制以及推广提供参考。     

X80长输油气管道闪光对接焊技术研究

针对长输油气管道建设对焊接质量的要求,对X80管线钢的闪光对接焊工艺进行了研究。通过对长输管道用X80管线钢化学成分及力学性能进行分析,结合选定的焊接方法和焊接工艺,对该管线钢进行了焊接,并对其焊接接头的力学性能进行了测试。结果表明,闪光对接焊得到的焊接接头性能良好,接头的强度、硬度、韧性等性能均满足X80管线钢管的安全要求。所选用的焊接方法和工艺参数可用于该管材的现场焊接。     

Φ1 422mm大口径X80钢管道全自动焊接技术应用

全自动焊接工艺可以有效地提高焊缝焊接质量,提升焊接效率,尤其可以实现长输管道焊接流水化作业。通过管道控制断裂试验场科研项目,模拟野外环境,对Φ1 422 mm×21.4 mm的X80钢大口径管道焊接技术进行了全方位实地应用。现场分别采用中石油管道局研究院自行开发的CPP900-IW56型内焊机和CPP900双焊炬外焊全自动焊设备进行了全自动根焊和填充盖面,焊后对焊缝进行了热处理。焊接材料使用国外技术领先的药芯焊丝,全部焊缝焊接质量均达到了I级。管道爆破试验中Φ1 422mm的X80钢管焊缝未出现气孔、裂纹等质量缺陷,此次管道爆破试验可为即将开工的中俄东线天然气管道工程和国内陆续开工的大型长输管道工程施工提供技术储备和技术支持。     

X80管线钢低氢焊条根焊技术

目前我国大直径长输管道大部分采用X80管线钢,X80钢根焊道的焊接常采用管道全位置自动焊、STT和RMD半自动焊、钨极氩弧焊以及焊条电弧焊等工艺。管道全位置自动焊设备昂贵、适应性差。STT和RMD半自动焊焊接时灵活性较差,必须严格防风措施。钨极氩弧焊的抗风能力差且焊接效率太低。低氢焊条电弧焊虽操作难度大且焊接效率不高,但灵活性强、焊接接头力学性能好且设备简单,适应于返修、连头和不良地段的焊接。详细介绍了X80管线钢低氢焊条根焊焊道的焊前准备、焊接操作技术及焊接工艺参数。     

长输管道安装监督检验过程中对手工下向焊控制的要点

介绍了在长输管道安装监检中对焊接过程进行控制的要点,分析了手工下向焊过程中易产生的焊接缺陷,对焊接缺陷提出了防治措施。对焊接的全过程监督检查,督促施工单位严格执行焊接工艺评定,可有效控制焊接缺陷的产生,保障长输管道建成以后安全运行。     

长输工程建设中的外自动根焊技术研究

国家管网集团公司成立以后,明确要求X70及以上钢级管道焊接采用自动焊技术,国内长输管道自动焊焊接得以全面推广。随着管道内根焊技术的大量应用,其技术弱点逐步显现出来,而管道外自动根焊技术可以克服这些弱点,具有独特的技术优势,值得进行深入研究。通过对国内外自动根焊设备、自动根焊工艺的分析和研究,掌握了管道自动根焊技术的基础理论和关键技术要点,经实际焊接验证,外根焊焊接质量好、效率高、适用范围广,值得在长输管道项目中进一步推广使用。     

管道焊接热处理设备的研制

在长榆管道建设中,需对焊口进行预热、后热和焊后热处理,针对野外施工的具体情况,结合国内长输管道焊口加热技术现状,研制出了管道焊接热处理设备.该设备包括高频感应加热电源、高频感应加热变压器和加热圈以及分布式微机温度控制系统三部分.介绍了高频感应加热电源的工作原理、电气结构等关键技术.管道焊接热处理设备具有体积小、重量轻、节省电能、空气冷却、双重电气隔离、使用安全等优点,是一种节能型、智能化的电加热设备,适合在野外长输管道建设中推广应用.     

抽油机用数字化交流伺服驱动系统

采用全数字交流伺服系统驱动抽油机是一种全新概念的控制技术。伺服系统较原驱动方式具有显著的节电效果 ,减少有功电量 35%～ 65 % ,无功电量 88%～ 95 % ;电动机功率因数大于 0 95。在系统内安装了智能化的逻辑控制软件 ,可针对油井实际状态自动调整抽油机的工作速率 ,并可通过伺服系统的通讯接口 ,对抽油机的各项运行参数进行实时测控 ,有利于油田生产管理实现数字化、网络化。     

末端补偿技术在抽油机上的应用

末端补偿技术是将补偿器安装在电网末端，并与电感性用电设备并联，使电源到负载间的所有供电线路都得到补偿。现场测试表明，ＣＹＪＱ－１０型抽油机电控箱采用末端补偿技术后，电动机平均功率因数从０．４７６提高到０．８３０，供电线路损耗降低１６．８２％，节电效果明显。     

铜焊技术在阴极保护测试桩中的应用

在阴极保护测试桩施工中,测试电缆和钢管的连接直接影响阴极保护系统的运行测试。为了解决铝热焊容易造成虚接的问题,陕京二线管道工程引进了国外铜焊技术,该铜焊技术焊点牢固,不会产生虚接,焊点热影响区小,管道母材金相组织不会受到破坏。文章介绍了该铜焊工艺、操作注意事项以及常见问题与处理。     

重油催化装置控制系统技术改造

某炼油厂重油催化装置原控制系统操作站部分组件已老化,系统机柜电源故障率高,I/O卡件设备频繁出现故障。原装置联锁与工艺过程控制由装置DCS系统实现,机组联锁与机组过程控制由ITCC系统实现。实施系统的技术改造后,DCS系统为装置连续控制系统,ESD设置独立的紧急停车系统,ITCC系统为调速控制及防喘振控制系统。并利用机组喘振线实测技术实现TS3000控制系统的喘振控制功能。     

变频调速恒钻压自动送钻系统

针对手动送钻和电磁阀控制刹车恒钻压自动送钻的不足,开发了变频调速恒钻压自动送钻系统,该系统采用电动机反拖实现钻进时钻压恒定。在详细讨论送钻过程钻压变化简化数学模型的基础上,给出恒钻压自动送钻系统的数字模型。采用西门子变频器和变频电动机建立了变频调速恒钻压自动送钻系统的配置,现场实际调试达到了设计要求。     

缠绕式垫片生产新技术与装备

鉴于目前国内生产厂家对缠绕式垫片的结构参数无统一规定， 生产工艺落后， 质量不稳定以及生产效率低的状况， 经剖析国外密封件公司同类产品并综合国内厂家的经验数据， 确定出垫片原材料的结构参数。简述了缠绕式垫片生产过程中工艺参数的控制原理， 结构和工艺参数对产品质量的影响。采用正交试验方法对结构和工艺参数进行优化， 得出了最佳生产工艺， 据此研制出新的缠绕式垫片成套生产装备。采用这套装备生产的垫片， 结构参数最优， 工艺参数可显示和控制， 尺寸可预置， 实现了缠绕式垫片生产过程的自动化。     

超薄复合层20／0Cr18Ni9复合管焊接工艺研究

研究了超薄不锈钢内衬复合管的焊接工艺和焊接接头的抗腐蚀性能。采用背部充氩保护的钨极氩弧焊(TIG)和超低碳奥氏体不锈钢焊丝TGS-309L焊接20／0Cr18Ni9复合管的第1层焊缝,焊后采用光学金相、扫描电子显微镜、能谱和电化学分析等方法对焊接接头的化学成分、金相组织以及抗腐蚀性能进行了研究。结果表明:焊缝成型良好,焊接接头能满足复合管使用过程中的强度和抗腐蚀性能要求,所确定的焊接工艺可行,具有很强的工程实用性。     

智能钻柱关键密封技术研究

为解决目前电动钻井智能钻柱电传输安全技术问题,针对智能钻柱上卸扣自动密封与核心件高压泄漏等问题,根据使用环境与工艺要求,选取出一种适用于智能钻柱的核心件旋转动/静密封结构,通过对初始压缩率、介质压力、插针和插座旋转壳体旋转速度等影响密封性能的主要因素进行有限元分析,进一步完善、提高了密封结构旋转密封性能。最后,通过试验测试验证了其合理性与使用效果。结果表明:初始压缩率为17%时密封圈的密封性能较好,因双三角滑环起到挡圈作用致使该密封结构能够耐住10 MPa高压,插针旋转壳体或插座旋转壳体旋转速度在2 rad/s以下密封性能最好。选用带三角滑环的O型圈组合密封并优选该密封结构相关参数,有效地解决了智能钻柱关键密封问题,从而确保电动钻具的电信号和动力能够高效快速的传输,进一步推动了智能钻柱的发展。     

电动潜油泵多功能自动控制测试系统

为了提高电潜泵产品质量 ,延长电潜泵井的检泵周期 ,研制了电动潜油泵多功能自动控制测试系统。该系统由自动控制、参数测试、管线流程及电气控制 4部分组成 ,既能对电潜泵机组进行全面检测 ,又能对测试数据进行管理和跟踪 ,具有测试参数齐全、速度快、精度高、操作容易、安全性强、智能化程度高、测量范围广、容量大等特点 ,并在计算机自动调节井口压力、测试电动机转矩以及测控回路与计算机分离等方面具有创新。该系统能够模拟现场工况完成各种型号的电潜泵的测试 ,为电潜泵的理论设计及现场应用提供可靠的试验数据。     

法兰密封面全位置TIG自动焊接设备及工艺

在加氢反应器法兰密封面耐蚀层堆焊过程中,采用传统手工焊接的方法会存在焊接质量不稳定、后期加工困难和周期长等问题。针对这一问题,设计了一种法兰密封面全位置TIG自动堆焊设备,通过电气控制实现了焊接自动移距换道和变径后焊接速度的恒定,并且全位置最多可分为24个焊接区域,通过调节不同区域焊接工艺参数,能够使整个密封面获得合格的焊接质量和成形良好的堆焊层,并且焊接工艺评定结果满足技术要求。