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管线切断与相贯线开孔装置研制与应用

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成果主要完成人

吉效科、张利华、白文雄、毛 勇、冉云飞、见飞龙、郭 栋、屈 凡

项目概况

在油气田设备生产制造过程中面临着大量的管线切断下料、坡口加工以及正交、斜交、偏心相贯线开孔作业。目前管线切断下料、倒坡口由操作者手持割炬完成,存在加工精度差,切割面平整度差,打磨工作量大,加工效率低的问题。 本项目通过人工与自动方式结合,实现了7轴运动,可一次性完成管线切断、相贯线开孔和坡口加工等工作,在国内所查文献中未见相同报道。 本项目创新点如下:一是模块组合结构。采用模块化结构设计,可根据需要实现快速的拆解、组合,以满足不同应用场景需求。二是数字协同控制。开发了便携式微型工业控制器,集成便携式相贯线切割工具控制、滚轮架调速电机控制、割炬支撑步进电机控制,实现了数字协同控制。三是多自由度调节。设计分度盘、割炬支架,集成滚轮架、便携式相贯线切割工具等自由度,具备7自由度调节。实现管线切断、正交、斜交及偏心相贯线开孔到破口一体化。四是精准运动设计。通过步进电机、精密丝杠、滑块导轨、精密分度盘、激光定位等手段,实现运动精准控制。五是高质量切割。采用等离子切割电源,利用机用割炬提高切割能量密度,实现高效、高质量切割。 该装置可一次性完成可一次性完成管线的切断下料、相贯线开孔和坡口加工等工作,具有加工效率高、自动化程度高、成型质量好等特点,可实现3mm-35mm范围内不同管径、不同厚度的单处或多处正交、斜交、偏心相贯线开孔倒坡口及切断倒坡口功能。同时可实现大直径容器筒体和椭圆封头、球冠封头等封头的相贯线开孔。装置的适用范围广,能够在石油机械设备管线加工、油气田地面产能建设等油气田内部使用,同时可在行业外类似管线加工行业进行规模应用。 该装置已在机械制造总厂石油装备管线切断及相贯线开孔加工中进行应用,提高了管线加工效率3倍以上,加工质量显著提升,焊缝无损检合格率提高8.6%,试压合格率达到100%。截止2021年2月底,累计完成1900套装置的管线加工工作,降低设备投资费用44.5万元,直接节约各类成本费用128.3万元,间接节约各类成本费用19.3万元。 该装置的应用提高了管线的加工精度和加工质量,有效提高了工艺管线的组对精度和后期焊接质量,推动了油气田地面设备工艺管线的标准化设计、模块化生产,装置主要应用产品目前已实现了传统单台小批量加工的生产组织方式向“单级模块预制,多级模块装配”的模块化生产组织方式的转变,模块化制造模式的实施,推动油气田地面设备生产效率提升约40%,年产能提高1.5倍。