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油氣管線搶修中斷管（guǎn）刀具破損（sǔn）原因及預（yù）防措施

2020-1-15 來源：中石油中亞（yà）天然（rán）氣管道（dào）有限公司作者：餘國健，丁振軍，孫強（qiáng），呂子文，劉慶（qìng）亮（liàng）

摘（zhāi）要：長輸（shū）油氣管道長時間受多重載荷影響而產生的應力，使管道在斷管搶修中（zhōng）會發生管口（kǒu）位移。位移導致斷管刀具卡阻，管口與刀具間的碰撞造成刀具的破損。通過對（duì）斷管刀具破損原因分析，分別從斷管作業麵處理、切割過程控製（zhì）、刀具改進 3 個方麵采（cǎi）取（qǔ）相應的預防措施，避免斷管刀（dāo）具破損，保證（zhèng）搶修效率，及時恢複生產。

關鍵詞（cí）：管（guǎn）道；切割；刀具；預防措施

0 前言

管道運輸具有低成本、高效、益於優化管理、降低運輸損耗和風險等其他運輸方式所不具有的優勢，廣泛應用於石油、成品油及天然氣的長距離調配輸送。隨著運行時間的增加，管線會出現大麵（miàn）積腐蝕（shí）、變形或斷（duàn）裂等情況而需（xū）要進行（háng）斷管換管作業。

長輸油氣（qì）管線搶（qiǎng）修的斷管設備主要有爬管式切割坡口機、分瓣式切割坡口機及閘刀式管鋸等（圖 1）。

除閘刀式管鋸外，斷管設備的切割刀具分直割刀和坡口刀兩種，在管線切割時（shí），直割刀與坡口刀一般會同時使用。在對管道實施冷切割斷管搶修時，切割刀具容易發（fā）生卡阻、受損或破裂等情況，嚴重影（yǐng）響（xiǎng）搶修進度與管（guǎn）線的正常運行。

1 、刀具破損（sǔn）原因分析

1.1 直接原因

長輸埋地管道在運行中會（huì）受到壓力、重力、地震、瞬變流衝（chōng）擊、機械振動、端點（diǎn）附加位移（yí）、壓力（lì）脈動、兩相流脈（mò）動等多重載（zǎi）荷作用，這些載荷會在整個管路或（huò）某些局部區域產生不同性質的應力，這些應力的長期作用，會使管道變形（xíng）或損壞。

其中主要為靜應力分析中的壓力載荷、持續載荷造成的管（guǎn）線塑（sù）性變形（xíng）和管道熱脹冷縮及端點位移造成的疲（pí）勞破壞，除上（shàng）述載荷產生的應力之外（wài），管道中還常常存在焊接殘餘應力、

加工殘餘應力、鑄造殘（cán）餘應力、裝配殘餘應力（lì）等。

長期應力作用使管線在斷開時發生位移，管線應力聚集的巨大能量（liàng）得到瞬間釋放（fàng），位移造成（chéng）管線斷開時管口對切割刀具的碰撞、擠壓（yā）與摩擦（cā），是刀具破損（sǔn）的直接原因。管道施（shī）工中斷管設備及其對應刀具類型、切割方式及常（cháng）見受損形式見表 1。

1.2 具體分析

管線位移形式（shì）主要有軸向位移和徑向位（wèi）移兩種。軸向位移表現為管道斷開後兩側管口之間的（de）距離（lí）瞬（shùn）間變（biàn）小，造成管口（kǒu）之間互相擠壓；徑向位移表現為管道斷開後兩側管口之間發生上下左右的瞬間錯邊位移。

（1）軸向位移對刀具（jù）的影響。

管道長期運行中，應力過度集中導致管道發生塑性變（biàn）形，造成局部橢圓度（dù），對於具有橢圓度位置的管道，斷管施工時會出現管壁割透（tòu）刀具需進給距離不一致的現（xiàn）象，因而在斷管結（jié）束前，未完（wán）全割（gē）透的管（guǎn）壁剩餘壁厚因不能承載前後管線（xiàn）應力擠壓（yā），造成（chéng）卡刀現象，對於未變形的管線，斷管時（shí）管（guǎn）道壁（bì）厚可以均勻減少，但在管子完全斷開時，前後管道元件由於應力作用也會對刀具造成擠壓卡阻，以上兩種卡（kǎ）刀現象中管線位移都為軸向位移。

管（guǎn）口對刀具（jù）的（de）卡阻（zǔ）與擠壓容易造成刀刃的損傷（shāng）。圖 2、圖 3 分別為破（pò）損（sǔn）的坡口齒刀與直割（gē）刀。

（2）徑向（xiàng）位（wèi）移對（duì）刀具的影響。

管道斷開瞬（shùn）間，管道應力在（zài）瞬間得到釋放，管口產生較大徑向位移並產生大幅振動（dòng），由於（yú）釋放能量巨大，管口與斷管刀具之間產生劇烈摩擦與碰撞，容易造成刀具的斷裂。

為斷裂的直割齒刀（dāo）與鋸刀。

2 、預防措施

2.1 斷管作業（yè）麵處理

為防止管線（xiàn）在斷開瞬間發生大幅振動，在斷管施工（gōng）前，對管線作業麵（miàn）預先做好支撐與壓製，以削減管係在斷開時的徑向（xiàng）位移，同時抵消管道元件在斷（duàn）開瞬間（jiān）釋放（fàng）的巨大（dà）能量，阻止管口與斷管刀具之間的摩擦與碰（pèng）撞。

2.2 切割過程控製

在（zài）斷管過程中，注（zhù）意控製進刀速度，保證勻（yún）速進刀，使用（yòng）爬（pá）管機（jī）與分瓣式切割坡口機，切割起點選擇在三點鍾或九（jiǔ）點鍾位置，可有效避免管線上（shàng）下徑向位移（yí）（常見的徑（jìng）向錯邊位移形（xíng）式（shì））的影響。在管線斷開 2/3 時，在斷麵管口之間及時打入楔鐵，可有效阻止管口的軸向位（wèi）移，保（bǎo）護刀具不被管口擠壓與卡阻。

2.3 刀（dāo）具改進卡刀（dāo）現（xiàn）象

發生的重（chóng）要原因為管線（xiàn）斷開後管口之間距離較短（2～17mm），楔鐵墊入效果不佳，管口容易與刀具（jù）產生摩擦與碰撞，同時，直刀層割法不利於管線（xiàn）在被切割過程中自身應力的釋放。

將分瓣式切割坡口機的刀具換成一種新型鑽銑刀（圖 6），可以使管口切割縫隙距離達到（dào） 30 mm（圖 7），打入楔鐵的效果（guǒ）會（huì）明顯增強，此（cǐ）外，鑽銑刀切割管線靠自身高速旋轉磨削金屬來實現，在切（qiē）割的同時可（kě）以幫助管線自身應力的釋放。

3 、應用實例

某原油管線二（èr）期工程動火連頭，站場部分埋地管線需要斷管改（gǎi）造（zào），管徑 508 mm，公稱壁厚 12 mm，工程采用爬管機斷管（guǎn），作業前，在作（zuò）業麵（miàn）壓（yā）製點管（guǎn）道（dào）四周（zhōu）采用沙袋（dài）或千金頂實施壓（yā）製，同時，爬管機切割的（de）起點位置（zhì）選在 3 點鍾位置（zhì），有效削減了管線斷開後管口位移對斷管刀（dāo）具的不利影（yǐng）響，保證了（le）斷管設備及人員安全，在預定時（shí）間內成功完成斷管（guǎn）作。

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