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          2. 環球最資訊丨CPP900系列管道自動焊裝備研發應用紀實

            8月8日,在管道局國家工程實驗室,科研人員正在加快柔性內焊機的升級工作。這個裝備已于今年6月在西氣東輸三線中段(中衛—吉安)項目棗陽—仙桃段工程完成初步試驗,可實現山地25度上下坡運動、組對、焊接,標志著國產全自動焊機和焊接技術在山地管道施工自動化方面取得了新突破,屬國內首創。

            作為中國能源儲運工程建設領域的主力軍,多年來,管道局大力推進科技創新,狠抓關鍵核心技術裝備研發,加強科研、設計、施工深度融合,不斷升級管道焊接技術。其自主研制的第三代CPP900系列管道自動焊裝備躋身國際先進行列,并廣泛應用于各大重點工程,扭轉了我國管道自動焊核心技術和裝備受制于人的局面,為管道事業發展作出重要貢獻。

            填補國內管道自動焊技術空白


            (相關資料圖)

            管道焊接作為管道建設的關鍵工序,其質量直接決定了整體管道運輸的穩定性和安全性。隨著長輸管道向大口徑、高鋼級、高壓力和大壁厚發展,自動焊因具有焊接效率高、焊接質量好、勞動強度低的優勢,成為施工的必然選擇。

            20世紀90年代以前,我國管道自動焊核心技術和裝備尚處于空白階段,國內使用的管道自動焊裝備全部依靠進口,成本高、維修難度大、技術操作受制于人。打造管道自動焊核心技術和裝備、實現關鍵核心技術自主可控成為管道科研人的目標。

            最初,科研人員只能根據進口裝備“照葫蘆畫瓢”,從零開始摸著石頭過河。經過不懈努力,科研人員分別于2000年和2008年研發出第一代PAW2000、PAW3000。PAW系列是管道自動焊裝備國產化的開始,但因其箱體密封性和穩定性較差、體積大,推廣應用效果不佳。

            這讓科研人員很受打擊。時任管道局研究院施工裝備與非開挖技術中心主任張鋒,決定將產品更名改姓,徹底告別PAW系列?!耙鼍鸵隼洗?,我們研發的是管道局的產品,9是個位數中最大的,第二代產品就叫CPP900!”

            2012年,管道局開始第二代自動焊裝備CPP900的研發。3年時間,CPP900裝備的穩定性和可靠性得到大幅提高。第二代CPP900可以滿足高鋼級、大口徑、大壁厚長輸管線的焊接施工要求,在漠大原油二期、中靖聯絡線、中俄東線天然氣管道等工程中都有出色表現。

            “自主研制的CPP900焊裝備與美國的CRC設備主要性能指標相當,在項目上焊接了5000多道焊口,焊接一次合格率達到95%以上?!睍r任中俄二線項目經理高永東評價道。

            打通設備國產化最后一公里

            隨著機械控制領域對新技術的需求,結合前代自動焊裝備(含外焊機、坡口機、內焊機)在工程應用中發現的問題,2018年,管道局第三代管道自動焊申請立項,進一步提高坡口機加工精度,研發內焊機的無線遙控和內窺系統,開發外焊機全數字化控制系統和跟蹤系統。

            要想進一步提高二維焊縫跟蹤的精度,就必須獲得焊接電源的準確數據。但管道局自動焊裝備使用的都是歐洲知名的福尼斯焊接電源,電源廠家拒絕開放數據接口。隨即,科研人員加快科研腳步,開始選配國產電源。通過大量的篩選比對,科研團隊很快確定了用國產奧太電源作為替代電源,并通過編寫程序、組裝設備、測試參數不斷修正思路,提高焊縫跟蹤精度。

            2020年9月,搭配國產奧太電源的CPP900-W2N管道全位置自動焊機在唐山LNG外輸管線成功應用,數字化控制和焊縫跟蹤系統深度融合,提高了跟蹤技術的準確性、靈敏度,意味著全自動焊的核心技術實現了國產化。

            “跟奧太公司合作后,電源本身的電流電壓信號處理遠比外部采集的電流電壓信號更準確、實時性更強?!笨蒲腥藛T王新升說。團隊在此基礎上提出電源輸出特性模式以及電源數據采集信號和傳輸要求,雙方在深度合作過程中,通過多次提取規律性數據和運算,最終為技術突破設計出了完整的訂制化方案。

            “CPP900-W2N管道全位置自動焊機在保證整機控制穩定性、提升電源特性、開發靈活性的同時,配套國產電源使產品成本降低了30%?!惫艿谰盅芯吭汗艿朗┕ぱb備與非開挖技術中心副主任張毅介紹。

            第三代自動焊裝備在各項目現場都配備了技術服務小組,與項目人員同吃同住,建立起順暢的溝通和反饋渠道,持續開展結構升級、系統換代工作。

            賡續傳承不斷精益前行

            目前,管道局CPP900系列自動焊裝備是國內種類最全、配套最完善的管道焊接設備,可覆蓋多種管徑、工藝,對環境適應性強。漠大原油二線、中靖聯絡線、中俄東線等工程依托低溫自動焊裝備,能夠在零下50攝氏度的極端低溫條件下正常運行。針對庫鄯線黃河水穿越段等地形復雜、條件惡劣小流水作業區域,管道局研制出搭載超短距離拉絲技術、智能控制技術、G1焊縫自動跟蹤技術的CPP900-W1N單焊炬自動焊機,破解施工技術難題。

            “第三代管道自動焊采用全數字化控制系統,核心部件實現了全國產化,并能夠通過外接傳感設備或系統,全方位采集更多數據,為構建智慧管網提供數據基礎?!惫艿谰盅芯吭菏┕ぱb備與非開挖中心主任尹鐵介紹,第三代裝備已在管道工程30多個焊接機組應用,性能穩定、自動化程度高、可操性強、焊縫跟蹤精度高,大大提高了管道施工的自動化程度和工程質量,有力支撐了工程的順利建設。同時,第三代裝備制造費用相比原有設備成本降低了20%,生產周期也大大縮短。以單臺內焊機為例,生產時間比以往縮短7天,已具備量產條件。

            近年來,管道局注重抓好科研成果轉化應用,發揮自動焊裝備研產用優勢,形成了從裝備研發、產品制造到銷售、服務一整套完備的研發推廣體系,實現規模推廣和規模效益。

            截至目前,第三代自動焊裝備已先后與遼河油田建設公司、中化集團十三化建、中國石化中原建工、國機重工等公司簽訂設備銷售或租賃合同,合同額累計超8億元。

            “我們將不斷創新,賡續傳承CPP900自動焊研發團隊‘應用一代,儲備一代,研發一代’的研發理念,以焊接智能化、無人化為目標,精益求精,繼續勇敢嘗試、探索?!币F說。

            應用故事

            肩扛重擔服務一線

            8月8日,在管道局中俄東線南段(南通—甪直)施工現場,研究院服務工程師高巖與現場焊工進一步溝通D1422系列裝備使用情況,以便持續升級裝備結構。

            近年來,管道局推進科研與施工深度融合,裝備、工藝、隊伍等方面的核心能力持續提升,創造了一個個國內首創、國際領先,填補了多項業內空白。

            目前,D1422毫米管道為國內最大口徑管道,在中俄東線工程建設中應用了上千公里。但在2016年前,國內還沒有自主研制的D1422系列施工裝備。當時,管道局承擔中俄東線(黑河—長嶺)試驗段建設任務,扛起了建設國內首次D1422管徑工程的重擔。

            作為集團公司“第三代管道自動焊關鍵技術研究”專項負責人,尹鐵接到科研任務,負責D1422系列成套自動焊裝備的研發,并且必須在1年內完成樣機的試制定型工作。

            尹鐵和11名科研人員組成項目組,嚴格把關設計、加工、裝配、調試等各個環節。經過不懈努力,順利完成了D1422管道坡口機、氣動內對口器、管道內環縫自動焊機的設計定型工作。

            中俄東線(黑河—長嶺)途經我國北方嚴寒地區,冬季氣溫最低可達零下45攝氏度,這對工程建設來說是不小的考驗。嚴格的施工工藝要求和嚴酷的使用環境,對施工設備提出了更高的要求?!霸O備口徑變大,給設計帶來了很大的難度,并且前期設備在使用過程中,我們發現了很多在設計過程中沒有想到的問題?!币F深有感觸。

            在中俄東線(黑河—長嶺)試驗段,一個寒冷的夜晚,尹鐵接到了內焊機發生故障的報告。為了不影響第二天的施工,尹鐵和項目組成員立刻驅車趕到施工現場。

            空曠的施工現場一片漆黑。他們打開汽車大燈,趴在雪地上借著燈光排查故障。東北的夜里寒風凜冽,凍得手都伸不出來,項目組成員堅持細心排查每一處可能發生故障的地方。三四個小時后,他們終于發現了問題,并迅速維修設備。

            “那天,項目組回到賓館已是凌晨?!币F說。針對發現的問題,項目組進行了優化,為后期的設備定型奠定基礎。

            此后,D1422系列裝備的焊接合格率穩定在95%以上。D1422系列管道施工裝備的研制,填補了國內超大口徑施工裝備的技術空白。管道局率先掌握了D1422管徑管道工程的施工技術,提升了管道局乃至集團公司的工程建設能力。

            在尹鐵的帶領下,項目組跟著管道從黑龍江黑河一路南下到上海,通過施工裝備與焊接工藝、施工裝備與工程現場的深度融合,在服務一線的過程中,不斷提高施工效率、節約施工成本,有力保障了國家重點工程的建設。(記者徐義澤)

            應用者說

            管道局華油工建公司副總經理、總工程師高云宇

            我公司在2021年第一次使用CPP900-W1N管道單槍自動焊設備,焊工經過7天的現場培訓就掌握了操作要領,實現了從半自動焊向全自動焊施工的轉變。在我們承擔的新疆黃水河穿越項目過程中,1.53公里管道焊接任務,合格率達到99.7%,贏得了業主單位的一致好評。

            管道局四公司線路三分公司副經理盧振堯

            2017年中俄東線北段施工以來,我們公司就開始使用CPP900系列裝備。經歷了東北的極度嚴寒天氣和江南的高溫、高濕天氣,設備穩定性高,一次焊接合格率可以達到95%,技術服務周到、及時,有力保障了項目穩步推進。

            管道局二公司焊接高級技師韓彥崇

            我從2016年開始使用管道局自動焊產品,見證了產品的迭代升級。尤其是最新的CPP900-W2N雙槍自動焊,在中俄東線南段的使用過程中優勢非常明顯,操作界面簡單、電弧跟蹤精度高,新招聘的焊工經過簡單的培訓即可焊出合格口。

            河北華元機電工程有限公司副經理王曉斌

            我公司2021年購置了CPP900系列自動焊產品,用于舟山海洋管道施工。在海洋管道施工,施工成本高、對設備的可靠性要求高。CPP900系列自動焊產品性能很穩定,焊接合格率可以達到97%。

            中國化學工程第十三建設公司焊接培訓站主任張立軍

            我們焊接培訓站匯聚了全國各大生產廠家的自動焊產品。從2020年開始,我們引進管道局生產的CPP900系列裝備,開展焊工培訓、取證和GA1資質申請工作。CPP900系列自動焊裝備以卓越的性能、操控和維護的簡便性,贏得了焊工的稱贊,為我公司GA1資質的取得奠定了良好的基礎。

            關鍵詞:

            來源:中國石油報
            編輯:GY653

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