隔熱管絲扣自動清理裝置的研制與應用

張海明摘

要：孤島采油廠準備大隊油管廠擔負著整個孤島油區隔熱管清洗、修復任務。為提高隔熱管的修復質量和效率，有效延長注氣生產周期，保證作業施工及時率和成功率，研制了隔熱管絲扣自動清理裝置。隔熱管絲扣自動清理裝置設計安裝在隔熱管傳輸線上，它主要由密封接頭取出裝置、絲扣清理裝置、托板滑道機構、固定及限位機構四大部分組成。裝置工作過程包括密封及頭取出、密封接頭釋放、絲扣清理三個持續循環的過程。通過實際應用及收集的相關數據表明：隔熱管絲扣自動清理裝置可以大大提高工作效率，取出一個密封接頭由以前的8min/個降低到2.3min/個，勞動強度減低，安全隱患減少。Key：隔熱管

絲扣

清理裝置

研制：TU761

：A

：1674-098X（2021）02（a）-0058-03DevelopmentandapplicationofheatinsulationpipethreadautomaticcleaningdeviceZHANGHaiming（PreparationTeamofGudaooilProductionPlant，SinopecShengliOilfieldCo.Ltd.，Dongying，ShandongProvince，257200China）Abstract：TheOilPipePlantofthepreparationteamofGudaoOilProductionPlantisresponsibleforcleaningandrepairingtheinsulationpipeofthewholeislandoilarea.Inordertoimprovetherepairqualityandefficiencyofthermalinsulationpipe，effectivelyextendtheproductioncycleofgasinjection，andensurethetimelyrateandsuccessrateofconstruction，anautomaticthreadcleaningdeviceforheatinsulationpipeisdeveloped.Theheatinsulationpipethreadautomaticcleaningdeviceisdesignedandinstalledontheheatinsulationpipetransmissionline.Itismainlycomposedoffourparts：sealingjointtakingoutdevice，screwthreadcleaningdevice，supportingplateslidingwaymechanism，fixingandlimitingmechanism.Theworkingprocessofthedeviceincludesthreecontinuouscycles：sealingandheadtakingout，sealingjointreleasingandscrewthreadcleaning.Throughthepracticalapplicationandtherelevantdatacollected，itshowsthattheautomaticthreadcleaningdeviceofheatinsulationpipecangreatlyimprovetheworkefficiency，takeoutasealingjointfromtheprevious8minutes/pieceto2.3minutes/piece，reducethelaborintensityandreducethepotentialsafetyhazard.KeyWords：Heatinsulationpipe;Screwthread;Cleaningdevice;Development1

問題提出隔熱管修復過程中，利用密封接頭密封的隔熱管，注汽使用后在高溫高壓作用下，石墨密封填料將密封接頭與隔熱管接箍內壁牢固的粘結在一起，需使用專用工具進行取出，現有專用工具受場地及人員限制，使用效率較低，絲扣清理效率較慢，影響了隔熱管的修復效率。目前，每清理一根隔熱管的內外絲扣，至少需要2人操作，使用鋼絲刷、起子、榔頭配合清理絲扣，占用人力物力較多;清理密封接頭時需要一人用專用取密封接頭的工具取出，隔熱管具有一定的彎曲度，在管架上進行作業時，隔熱管有時會進行轉動，需要人力或抓管機轉動，影響了隔熱管的修復效率[1-2]。2

隔熱管絲扣自動清理裝置研制2.1總體結構設計隔熱管絲扣自動清理裝置設計安裝在隔熱管傳輸線上，主要由密封接頭取出裝置、絲扣清理裝置、托板滑道機構、固定及限位機構四大部分組成。裝置工作過程包括密封接頭取出、密封接頭釋放、絲扣清理三個持續循環的過程[3]。2.2密封接頭取出裝置設計密封接頭取出裝置主要由電機、變速箱、軸承、錨定機構、撥叉支撐總成、氣缸等各部位組成，其中錨定機構為密封接頭取出裝置的重要部位。（1）錨定機構由錐度芯軸、卡瓦牙、彈簧等部分組成。（2）機構制作及工作原理。兩片卡瓦牙對稱分布與錐度芯軸采用燕尾槽配合，可沿錐面滑動變化外徑尺寸，在彈簧的頂推作用下，卡瓦牙始終向錐度芯軸大端受力，最大外徑為∮64mm，大于密封接頭內孔直徑∮62mm，當需要將錨定機構插入密封接頭錨定時，推動卡瓦牙頂在接頭內孔端面，在反作用力下克服彈簧力向錐度芯軸小端移動，卡瓦牙外徑變小，當外徑小于∮62mm時即可進入密封接頭內孔，停止推動，卡瓦牙又在彈簧力作用下向芯軸大端移動脹開，卡瓦牙直徑變大，緊卡住密封接頭內壁，當向外拉拔錐度芯軸時，在錐度斜面作用下使卡瓦牙進一步卡緊密封接頭內壁，從而使密封接頭被錨定機構連帶拔出。隔熱管由傳輸線傳輸至限位處，密封接頭取出工具由氣缸頂至接箍內，密封接頭套入工具內，在電機的轉動下，密封接頭取出裝置的彈簧在頂推作用下，使卡瓦牙的最大大徑大于密封接頭的內徑，隨后由氣缸帶動收回，密封接頭隨工具取出;待密封接頭取出后，取出工具在電機帶動下旋轉，卡瓦牙在凸面限位作用下與撥叉彈簧相互配合完成收縮，密封接頭掉落。2.3絲扣清理裝置設計絲扣清理裝置主要由清理鋼頭、吹掃機構、限位器、電機、變速箱、軸承、氣缸等部位組成。清理鋼頭螺紋牙型與隔熱管接箍螺紋相符便于旋轉時清理絲扣及密封圈，鋼頭前端鋼絲刷設計在清理鋼頭旋轉時將清理后的雜質污物刷理干凈[4]。在氣缸的一側加裝吹掃機構，吹掃機構由旋轉密封轉子、旋轉密封定子、撥叉、連接裝置等組成，各連接處由密封圈密封。當鋼頭進入接箍開始工作時，通過電機的旋轉吹掃機構開始工作，利用鋼頭上的眼洞進行吹掃，把接箍內清理后的臟物雜質吹掃干凈。氣缸另側加裝平衡裝置，使清理裝置工作時保持平衡。絲扣清理裝置工作原理：密封接頭釋放后，由氣缸帶動清理工具通過滑道行進至固定工位，在電機帶動下絲扣旋轉行進，清理密封圈，同時固定鋼刷在旋轉作用下同時清理絲扣雜質污物，清理完畢后旋轉退出。2.4托板滑道機構設計密封接頭取出裝置與絲扣清理裝置通過固定托板安裝在固定管架上，固定托板采用2cm一體式鋼板，切割尺寸為70cm×80cm，安裝方式穩固可靠。采用前后交錯式雙向滑道，內側凹槽設計，采用滾珠軸承進行滑動，尺寸分別為160mm×600mm，190mm×600mm，450mm×220mm，使取出裝置與清理裝置工作完成相互裝換時動作靈敏、運行平穩。2.5固定及限位機構設計隔熱管傳輸至清理裝置時，位置不易固定，因此根據隔熱管接箍外徑安裝限位裝置，尺寸為180mm×130mm×20mm，限位裝置前端設計限位卡槽，接箍外徑為129mm，限位卡槽內徑小于接箍外徑，尺寸為120mm，輸送時隔熱管接箍卡與卡槽內，使隔熱管位置固定，便于清理。隔熱管彎曲度不同且較大，造成取出工位不居中。在取出和清潔機構進入時發生頻繁且無規律別、卡現象，易造成管件絲扣及設備磨損嚴重。因此安裝隔熱管壓緊扶正裝置，通過安裝大行程氣缸，設計壓緊裝置，改變隔熱管的固定方式，使其更加穩固，并將卡瓦牙塊的紋路由單一的斜紋設計為交錯紋路，增加與管壁的摩擦力和咬合力度[5]。3

現場試驗與優化改進隔熱管絲扣清理裝置經過安裝，現場使用后，發現有需要改進的部位，以更適用于現場使用。3.1改進一隔熱管存在不同程度的彎曲，氣缸夾緊裝置將隔熱管固定后，絲扣清理工具與接箍存在著偏移量，裝置為固定連接，無法調整位置距離，若清理刷頭利用電機轉動進入接箍清理，會對接箍內螺紋造成磨損，不利于修復質量。解決方案：重新設計安裝固定管架，在固定鋼板下安裝微校正扶正托板，固定螺栓可隨時調整彈簧的壓緊量，以便調整位置，當清理鋼頭進入接箍時，利用彈簧的跳動量尋找平衡點，使清理鋼頭與接箍間留有一定的余量，從而減少磨損。3.2改進二密封襯套取出裝置撥叉支撐位置不當強度不夠，密封襯套取出后，電機旋轉退回時撥叉與支撐卡簧無法配合作用，卡瓦牙在凸面限位作用下不能完成收縮，密封接頭無法掉落。解決方案：重新調整撥叉支撐與支撐卡簧的位置，加強撥叉支架強度，當取出工具在電機帶動下旋轉時，使卡瓦牙在撥叉凸面限位作用下與支撐卡簧完成配合并收縮，實現密封接頭掉落。3.3改進三操作臺操作手動氣閥存在竄氣漏氣現象，操作過程中容易造成氣量過大或過小，密封接頭取出裝置和絲扣清理裝置工作或互相轉換時氣缸行程不穩定，出現不靈敏的現象解決方案：將操作手動氣閥更換為按鈕操作，控制柜及控制元件更新升級，自動化PLC系統升級，程序優化，實現自動/手動操作。3.4改進四隔熱管接箍絲扣油污過多時，清理鋼頭前端的鋼絲刷多次刷理接箍后，鋼絲刷為固定連接，油泥不能及時清理，再次進行絲扣清理時，鋼絲刷上的油泥污再次附著在接箍內，使清理質量下降。解決方案：清理鋼頭的絲扣通過錐度增加，牙型加寬的設計改進，材質更換為耐磨鋼，增加接箍內螺紋的清理效果。4

現場應用（一）現場試驗。實驗：該裝置組裝完畢后，在油管廠進行了現場實驗，并進行了數據跟蹤統計（見表1）。5

結語實驗和實際使用表明，隔熱管絲扣自動清理裝置清理絲扣效果良好，能提高修復隔熱管的質量、降低生產成本、大幅度提高工作效率（取一個密封接頭由改進前的8min/個降低到2.3min/個）。操作人員勞動強度降低、勞動效率提高，同時減少了安全隱患。Reference[1]楊懷玉，張成濤，祝英劍，等.油井注蒸汽解堵隔熱管接箍的腐蝕調查與原因分析[J].腐蝕科學與防護技術，1996（2）：69-70.[2]王心吟，邵清華，周先軍，等.隔熱管接箍腐蝕綜合分析[J].石油礦場機械，2003（5）：54-57.[3]趙軍友，徐依吉，袁寶民，等.隔熱管清洗技術研究[J].石油礦場機械，2010（2）：65-67.[4]戴新.螺紋過絲裝置[J].機械工人：冷加工，1988（8）：14.[5]吳宗澤.機械設計師手冊[M].2版，北京：機械工業出版社，2010-10-1.[6]吳佳富.供熱管網保溫材料及結構研究與評價[D].南京：南京師范大學，2019.[7]郭茜.復合隔熱內襯油管技術研究與