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1 水切割的工作原理及優(yōu)點

水切割法，即利用高壓水流進行切割的方法[1]。 柱塞泵式水切割機主要由驅(qū)動系統(tǒng)、過濾器、增壓 系 統(tǒng) 、 磨 料 供 給 系 統(tǒng) 、 控 制 系 統(tǒng) 及 水 循 環(huán) 系 統(tǒng) 構(gòu)成。 工作介質(zhì)通過低壓軟管經(jīng)過濾器過濾后流入高 壓柱塞泵，隔爆型三相異步電動機為高壓柱塞泵提 供動力，將工作介質(zhì)加壓，高壓水流經(jīng)高壓軟管進 入磨料罐，與磨料充分混合，并帶動磨料加速，最后通過Φ0.8 mm 的割槍槍嘴形成高壓磨料射流進行 切割作業(yè)。 調(diào)壓閥通過限流原理實現(xiàn)系統(tǒng)壓力的無極調(diào) 節(jié)；安全閥通過溢流作業(yè)實現(xiàn)超壓保護；單向閥可 防止水砂回流，進一步確保系統(tǒng)的安全性能[2]。 采用柱塞泵式水切割機施工效率高， 切割速 度不小于 150 mm/min，施工安全可靠。水切割機 切割屬于冷切割、不動火，能保證拆除作業(yè)安全。 水切割機采用水和砂兩種介質(zhì)切割，砂在加工過程 中不會產(chǎn)生毒氣，可直接排出，較環(huán)保。切割可多 方向進行，切口質(zhì)量成型好、平滑，不會產(chǎn)生粗 糙、有毛刺的邊緣。便攜式水切割機操作簡單、成 本低，切割每分鐘僅耗水 15 L，節(jié)省人力，減少大 量的施工工日。

 2 水切割機的操作

2.1 操作步驟 調(diào)試工作及使用前準備。打開進水閥門，槍嘴 有水流射出，無堵塞。打開排氣閥門，排凈空氣， 直至有水順利噴出，關(guān)閉閥門。確保調(diào)壓閥、磨料 控制閥、泄壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)。啟動電動機后設備 無異響或震動，系統(tǒng)無泄漏或滲漏，射流順暢無堵 塞，壓力可調(diào)、穩(wěn)定且可達額定壓力。調(diào)試正常后 可進行切割作業(yè)。 設備啟動。完成調(diào)試工作，開啟電源開關(guān)，右 旋調(diào)壓閥手柄，逐漸調(diào)節(jié)壓力到工作壓力 （45 MPa）， 將磨料控制閥左旋 90°后加砂。當磨料射流基本 形成時開始切割。切割時根據(jù)射流的反射情況判斷 切割狀況：射流反射很高，說明工件未被切透；射 流斜向下狀態(tài)為最佳狀態(tài)；如若射流豎直向下，則 表示切割速度還可提高。 設備關(guān)閉。切割作業(yè)完成，首先關(guān)閉磨料控制 閥 （將 控 制 閥 手 柄 扳 回 原 來 的 位 置）， 設 備 運 行 1 min 左右，排凈高壓軟管中的剩余磨料，左旋 壓力閥手柄，將壓力降為零，關(guān)閉電源開關(guān)，左旋 泄壓閥手柄，釋放系統(tǒng)中的壓力，最后關(guān)閉進水閥門。 2.2 操作安全注意事項 （1） 設備操作人員須經(jīng)過專業(yè)操作培訓。 （2） 不得將槍嘴朝向周圍的人員或設備。 （3） 使用設備時須嚴格按照操作步驟進行，且 要佩戴組合護目鏡、防護手套等防護用具[3]。為確 保 安 全 ， 切 割 時 配 備 2 名 操 作 人 員 ， 1 名 負 責 切 割，另外 1 名負責觀察主機運行情況。 （4） 使用前認真檢查設備性能，確保系統(tǒng)無滲 漏，無異響。 （5） 操作人員需遠離高壓磨料水射流噴出及反 射的方向，以防受到傷害。 （6） 高低壓軟管嚴禁彎曲過度 （彎曲半徑大于 0.5 m）、相互絞纏。 （7） 水切割機必須做好接地，接地電阻 ≤4 Ω[4]。 （8） 在使用水刀切割時，根據(jù)不同材料選擇不 同的壓力進行操作。 （9） 在使用水刀的過程中，要注意查看水刀的 增壓器和高壓管工作密封情況。 （10） 水刀切割好后邊緣都十分鋒利，應避免 劃傷割傷。 （11） 設 備 使 用 過 程 中 ， 傾 斜 角 度 應 小 于 5°，以保證泵運轉(zhuǎn)的最佳潤滑調(diào)節(jié)。 （12） 設備運行時出現(xiàn)異常應立即停機，卸壓 后進行檢修，嚴禁工作時拆卸檢修設備，嚴禁帶電 檢修設備。

3 應用

 3.1 新舊管道連頭作業(yè) 以往改造工程管線更換需要大面積停產(chǎn)，管線放 空、清掃，必要時進行氮氣置換，影響生產(chǎn)，投資 大，經(jīng)濟性差。應用水切割打開管線，再進行氣囊、 油泥封堵雙重防護，只對涉及更換的管線放空、清 掃，省去了停產(chǎn)、氮氣置換，既經(jīng)濟又環(huán)保。 2016 年，在某深度污水站回 更換強自吸泵前進口端管線動火[5] 施工中，水切割前 將回收水池內(nèi)液位降到喇叭口以上 0.8~1.2 m 之間， 確保喇叭口位于液面以下且不通過橫管回流。應用 水 切 割 法 對 深 度 污 水 站 回 收 水 泵 前 進 水 管 線 （DN250） 進行打開，管線切開后在靠近回收水池一 側(cè)放入雙氣囊封堵，再用油泥密封，采用可燃氣體 報警儀檢測合格后，對回收水泵前管線進行拆除施 工，再更換預制好的管線和強自吸泵。整個施工過 程歷時 8 h全部完成，對比以往的此類動火連頭，從 時間、人工、材料和設備使用上均有節(jié)省。 2017 年，在某深度污水站回收水泵更換工程 中，新建注水管線溢流管線更換同樣應用水切割 法，將 3 000 m3 注水緩沖液位上升至收油口，對油 進行回收，回收后繼續(xù)上升液位至溢流口喇叭下端 40 cm 左右，使液位穩(wěn)定在收油口和溢流口之間。 將 2 個罐間閥室去往集水池的已建注水儲罐溢流管 （DN400） 連接處靠近罐間閥室一側(cè)進行水切割法 打開，氣囊加油泥封堵完成且氣體檢測合格后 ，焊 接 DN400 法 蘭 ， 取 出 封 堵 物 ， 加 入 0.5 mm 鍍 鋅鐵皮加石棉墊盲死，再進行后續(xù)動火連頭作業(yè)。 此次動火連頭 6 h 即全部順利完成。 3.2 污水沉降罐中心筒及附件拆除 2015 年，安裝公司施工的北三污水站沉降工 藝及管網(wǎng)改造工程的 2 000 m3 污水沉降罐中心筒及 附件拆除施工中應用水切割法。污水沉降罐清淤時 打開的長方形罐壁板孔洞作為施工人員進入罐內(nèi)施 工通道，在罐內(nèi)搭設滿堂紅腳手架[6]。根據(jù)沉降罐 各部件位置及質(zhì)量，計算每個部件的切割位置，在 切割位置處放線并安裝導軌，采用高壓水流切割機 進行分部切割作業(yè)，加入石榴砂的高速度水射流， 以 305 m/s 的速度直接從砂管中射出切割材料，完 成切割作業(yè)。使用可燃氣體報警器隨時監(jiān)控罐內(nèi)可 燃氣體，罐內(nèi)通風使用防爆軸流風機保持空氣暢 通[7]。拆除罐體附件，通過上下雙倒鏈及吊帶垂直 運送出罐外。施工周期縮短了 15 天，且極大降低 了施工的安全風險。 3.3 老站臥式容器拆除 臥式容器作為儲運設備應用于石油化工行業(yè)[8]。 在油田老區(qū)改造中，臥式容器腐蝕嚴重，使用變形的 現(xiàn)象多發(fā)，需要進行拆除作業(yè)。采用傳統(tǒng)的火焰切 割[9] 存在較大的安全隱患，采用往復鋸切割施工效率 較低，影響改造進度。水切割作為一種安全、經(jīng)濟又 環(huán)保的方法同樣適用舊容器分體作業(yè)。

 4 施工效益分析

（1） 與常規(guī)火焰切割施工方法相比，水切割法 不會產(chǎn)生極高的熱量給封閉區(qū)域切割施工帶來極高 的安全風險，切割時只會產(chǎn)生極少的熱量，使施工 的安全風險大幅降低。 （2） 與常規(guī)電動往復鋸不動火施工方法相比， 施工操作人員工作效率大幅提高，施工工期縮短約 為 15 天，使得工日使用量極大降低，從而達到降 低人工費的目的。 （3） 以污水沉降罐中心筒及附件的拆除施工為 例，將水切割法與其他兩種傳統(tǒng)的施工方法進行成 本對比，結(jié)果見表 1。

5 結(jié)語

水切割法在金屬切割領域、玻璃切割領域、建筑材料加工領域、石油化工行業(yè)等都有應用[10]，近年來，隨著油田地面建設施工安全生產(chǎn)水平的不斷提高，水切割法在含油、含氣、污水等管線更換連頭、舊罐改造、容器拆除的施工中得到實際應用。該施工方法對比傳統(tǒng)的火焰切割和往復鋸切割施工，具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟、高效的特點，在油田地面建設工程中的應用前景廣闊。