水刀切割法在油田地面建设工程中的应用 - 案例展示

水切割法优于火焰切割，不会产生有害气体或液体，不会在工件表面产生热量，是安全环保且高效的冷加工。水切割产品成型质量好，切口平滑，无需二次加工，可切割范围广，节约成本和时间。本文介绍了柱塞泵式水切割机器工作原理及优点，操作步骤及安全注意事项，论述了水切割法在油田地面建设工程中的应用，以污水沉降罐中心筒及附件拆除施工为例进行效益分析，概述了水切割法应用效果及结论。水切割方法顺应当今社会发展的需要，在油田地面建设工程中应用前景广阔。

水切割的工作原理及优点

水切割法，即利用高压水流进行切割的方法。柱塞泵式水切割机主要由驱动系统、过滤器、增压系统、磨料供给系统、控制系统及水循环系统构成。工作介质通过低压软管经过滤器过滤后流入高压柱塞泵，隔爆型三相异步电动机为高压柱塞泵提供动力，将工作介质加压，高压水流经高压软管进入磨料罐，与磨料充分混合，并带动磨料加速，最后通过Φ0.8 mm 的割枪枪嘴形成高压磨料射流进行切割作业。

调压阀通过限流原理实现系统压力的无极调节；安全阀通过溢流作业实现超压保护；单向阀可防止水砂回流，进一步确保系统的安全性能。

采用柱塞泵式水切割机施工效率高，切割速度不小于 150 mm/min，施工安全可靠。水切割机切割属于冷切割、不动火，能保证拆除作业安全。水切割机采用水和砂两种介质切割，砂在加工过程中不会产生毒气，可直接排出，较环保。切割可多方向进行，切口质量成型好、平滑，不会产生粗糙、有毛刺的边缘。便携式水切割机操作简单、成本低，切割每分钟仅耗水 15 L，节省人力，减少大量的施工工日。

2 水切割机的操作

2.1

操作步骤

调试工作及使用前准备。打开进水阀门，枪嘴有水流射出，无堵塞。打开排气阀门，排净空气，直至有水顺利喷出，关闭阀门。确保调压阀、磨料控制阀、泄压阀处于关闭状态。启动电动机后设备无异响或震动，系统无泄漏或渗漏，射流顺畅无堵塞，压力可调、稳定且可达额定压力。调试正常后可进行切割作业。

设备启动。完成调试工作，开启电源开关，右旋调压阀手柄，逐渐调节压力到工作压力（45 MPa），将磨料控制阀左旋 90°后加砂。当磨料射流基本形成时开始切割。切割时根据射流的反射情况判断切割状况：射流反射很高，说明工件未被切透；射流斜向下状态为最佳状态；如若射流竖直向下，则表示切割速度还可提高。

设备关闭。切割作业完成，首先关闭磨料控制阀（将控制阀手柄扳回原来的位置），设备运行 1 min 左右，排净高压软管中的剩余磨料，左旋压力阀手柄，将压力降为零，关闭电源开关，左旋泄压阀手柄，释放系统中的压力，最后关闭进水阀门。

2.2

操作安全注意事项

（1）设备操作人员须经过专业操作培训。

（2）不得将枪嘴朝向周围的人员或设备。

（3）使用设备时须严格按照操作步骤进行，且要佩戴组合护目镜、防护手套等防护用具。为确保安全，切割时配备 2 名操作人员， 1 名负责切割，另外 1 名负责观察主机运行情况。

（4）使用前认真检查设备性能，确保系统无渗漏，无异响。

（5）操作人员需远离高压磨料水射流喷出及反射的方向，以防受到伤害。

（6）高低压软管严禁弯曲过度（弯曲半径大于0.5 m）、相互绞缠。

（7）水切割机必须做好接地，接地电阻 ≤4 Ω。

（8）在使用水刀切割时，根据不同材料选择不同的压力进行操作。

（9）在使用水刀的过程中，要注意查看水刀的增压器和高压管工作密封情况。

（10）水刀切割好后边缘都十分锋利，应避免划伤割伤。

（11）设备使用过程中，倾斜角度应小于5°，以保证泵运转的最佳润滑调节。

（12）设备运行时出现异常应立即停机，卸压后进行检修，严禁工作时拆卸检修设备，严禁带电检修设备。

3 应用

3.1

新旧管道连头作业

以往改造工程管线更换需要大面积停产，管线放空、清扫，必要时进行氮气置换，影响生产，投资大，经济性差。应用水切割打开管线，再进行气囊、油泥封堵双重防护，只对涉及更换的管线放空、清扫，省去了停产、氮气置换，既经济又环保。

2016 年，在某深度污水站回收水泵更换工程中更换强自吸泵前进口端管线动火施工中，水切割前将回收水池内液位降到喇叭口以上 0.8~1.2 m 之间，确保喇叭口位于液面以下且不通过横管回流。应用水切割法对深度污水站回收水泵前进水管线（DN250）进行打开，管线切开后在靠近回收水池一侧放入双气囊封堵，再用油泥密封，采用可燃气体报警仪检测合格后，对回收水泵前管线进行拆除施工，再更换预制好的管线和强自吸泵。整个施工过程历时 8 h全部完成，对比以往的此类动火连头，从时间、人工、材料和设备使用上均有节省。

2017 年，在某深度污水站回收水泵更换工程中，新建注水管线溢流管线更换同样应用水切割法，将 3 000 m3 注水缓冲液位上升至收油口，对油进行回收，回收后继续上升液位至溢流口喇叭下端40 cm 左右，使液位稳定在收油口和溢流口之间。将 2 个罐间阀室去往集水池的已建注水储罐溢流管（DN400）连接处靠近罐间阀室一侧进行水切割法打开，气囊加油泥封堵完成且气体检测合格后，焊接 DN400 法兰，取出封堵物，加入 0.5 mm 镀锌铁皮加石棉垫盲死，再进行后续动火连头作业。此次动火连头 6 h 即全部顺利完成。

3.2

污水沉降罐中心筒及附件拆除

2015 年，安装公司施工的北三污水站沉降工艺及管网改造工程的 2 000 m3 污水沉降罐中心筒及附件拆除施工中应用水切割法。污水沉降罐清淤时打开的长方形罐壁板孔洞作为施工人员进入罐内施工通道，在罐内搭设满堂红脚手架。根据沉降罐各部件位置及质量，计算每个部件的切割位置，在切割位置处放线并安装导轨，采用高压水流切割机进行分部切割作业，加入石榴砂的高速度水射流，以 305 m/s 的速度直接从砂管中射出切割材料，完成切割作业。使用可燃气体报警器随时监控罐内可燃气体，罐内通风使用防爆轴流风机保持空气畅通。拆除罐体附件，通过上下双倒链及吊带垂直运送出罐外。施工周期缩短了 15 天，且极大降低了施工的安全风险。

3.3

老站卧式容器拆除

卧式容器作为储运设备应用于石油化工行业。在油田老区改造中，卧式容器腐蚀严重，使用变形的现象多发，需要进行拆除作业。采用传统的火焰切割存在较大的安全隐患，采用往复锯切割施工效率较低，影响改造进度。水切割作为一种安全、经济又环保的方法同样适用旧容器分体作业。

水切割法在金属切割领域、玻璃切割领域、建筑材料加工领域、石油化工行业等都有应用，近年来，随着油田地面建设施工安全生产水平的不断提高，水切割法在含油、含气、污水等管线更换连头、旧罐改造、容器拆除的施工中得到实际应用。该施工方法对比传统的火焰切割和往复锯切割施工，具有安全、环保、经济、高效的特点，在油田地面建设工程中的应用前景广阔。