油套管生产工艺及设备简介

1 国内油套管生产线简介 近年来 我国石油套管加工技术不断提高 油套管的出口量也不断加大 国内许多生产企业都加大了油套管生产的能力 通过对我国油套管加工企业的 调查研究 了解到我国油套管加工业处于两极分化比较严重的状况 小型企业 大多设备简陋 生产线自动化程度低 人员工作量大 产品质量差别很大且废 品率很高 大型企业的生产线主要为进口设备 例如车丝机 水压机 拧扣机 和打包机等 整条生产线的投资和自动化程度很高 例如 2007 年胜利油田井下作业公司工程安装大队引进的首条号称国内 一流的全自动化油套管加工生产线 主要设备基本为进口 整条生产线的自动 化程度较高 实现了原材料的通径 螺纹参数 静水压 模印 喷印等多道工 序全自动控制及流水线作业 2007 年底 吐哈油田机械厂建成的套管生产线中 管体车丝机选用了 2 台 日本大隈株式会社制造的 LOC650 一 R 高精度卧式加工中心 接箍加工生产线 车丝机选用 1 台德国埃马克公司制造的 VSC400DUO 高精度立式加工中心 具 有高科技含量 高精度 全自动 高效率的国际一流水平 胜利油田高原公司拥有油套管生产线 4 条 年产 PLS 2 P110 N80 J55 等钢级的油套管 l5 万 t 螺纹加工采用数控车床 进口成型刀具一次加工完成 并 购置了日本森精机公司的两台高精度数控车床 能加工 7 寸以上的套管 中海油能源发展管道钻采管材分公司于 2011 年建成一条 2 3 8 寸到 7 寸的 油套管生产线 年产 1 万吨 能加工具有自我知识产权的气密扣 快速扣及 API 常规螺纹 车床主要选用了沈阳第一机床厂生产的 SUC8128A 高精密车床 该车床采用仿比利时车床设计 具有三轴联动 卡盘自动扶正等功能 整条生 产线自动化程度较高 并选用了国内技术领先的 UV 喷漆机设备 光管喷漆后 1 秒快干 即提高了产品效率和外观质量 还兼顾了节能环保效果 二 油套管生产工艺介绍 图一 1 油套管加工生产工艺 1 1 油套管生产工艺 油套管工艺流程图参见图 1 1 管坯外观外观检查 套管管坯的原料来源有两种 一种是无缝管坯 一种是 ERW 管坯 以上管 坯均应做如下检验 整个管体是否平滑 干净 有无明显的碰伤 皱折 凹坑等缺陷 如果是 ERW 管 应检查焊缝内外毛刺是否按规定刮除干净 焊道是否平滑 管口是否存在碰伤 迭层内外毛刺以及平头倒棱是否平滑和倒角是否符合 规定 如果是 ERW 管 应检查管口是否存在焊缝裂口 测量钢管的内外径尺寸 壁厚及不均度 切斜度 椭圆度 直线度 判断 精度是否符合规定 管体内外表面是否存在明显的污物 如果钢管存在上述问题 将转移到其它工序进行进一步的修复处理 如果 缺陷无法修复 该钢管将被判定为废品 另行处理 油套管生油套管生 产工艺流程图产工艺流程图 水压试验水压试验 管箍拧接管箍拧接 通径清洗通径清洗 废品废品 加工加工 B 端螺纹端螺纹 喷漆喷漆 测长称重喷标测长称重喷标 除除 锈锈 加工加工 A 端螺纹端螺纹 钢管上料钢管上料 螺纹探伤螺纹探伤 切切 头头 返返 回回 加加 工工 接箍加工接箍加工 接箍检测接箍检测 接箍磷化接箍磷化 管坯切断管坯切断 2 除锈 管体在进入生产线之前 应将表面锈蚀用除锈机打除 以防止车丝加工后 管体无法进行喷漆工序 除锈结果应是管体全部本体无锈蚀覆盖 不得留有锈 斑或污物 如无法除锈 管体不得进入下一工序 应转移到其它工序进行进一步的打 磨处理 如果锈蚀已渗透到本体深处无法修复 该钢管将被判定为废品 另行 处理 3 管坯全管体探伤 主要检查管坯母材的裂纹 非金属杂物 该过程必须严格执行 API 5CT 标 准 该序由涡流探伤仪自动检测 在设备报警后应及时作好标记 并判定有缺 陷的钢管为废品 另行处理 4 管体车丝 装卡找正 管料找正一般以外径为基准 找正时一定要仔细 尽量减小误差 如果 管子存在椭圆 通常找正管体各对角在线的两点误差小于 0 3mm 要求最少找 正四组对角线 按照操作规程的规定装卡好管子料 在装卡时要注意卡点要尽量远离需 要加工的螺纹位置 避免受力变形 对外径有明显椭圆的管料 装卡时要特别 注意 应该采取一定的补救措施 如垫铜皮 避免松开后尺寸反弹 另外要控 制加紧力的大小 避免出现夹紧变形造成废品 加工螺纹 加工管子必须在专用的管螺纹车床上进行 注意随时关注机床的运转情 况 当车床的精度有问题时一定要将机床调整好后再开始加工 机床操作人员在接到图纸和任务书之后 要仔细检查管体内外直径 壁 厚 长度以及磅级和钢级标记 应符合 API 标准和图纸要求 仔细阅读图纸和技术要求 准备合适的刀具和工具 按照随图纸所带的工艺卡的要求 加工端面 锥度和螺纹 加工螺纹时根据要求选择合适的刀具和切削参数 保证螺纹的精度和表 面粗糙度 探索合适的刀具使用寿命 不要片面地为了节省刀具而影响螺纹质 量 加工过程中要掌握好进刀次数和进刀量 一切都要以保证螺纹的尺寸和 质量为前提 5 管箍拧紧 在管子与接箍对接前 内外螺纹的整个表面都要涂上干净的螺纹脂 用 于涂抹螺纹脂的刷子或用具也要干净 不能有异物 同时 螺纹脂不能稀释 对完工并检验合格后的套管与接箍进行装配时 要注意对正 先慢慢转 动 以保证螺纹正常啮合 上紧至规定扭矩 填写记录表 在套管端部带上干净的螺纹保护器 以免管子在管架上滚动时螺纹受损 伤 6 管端通径 所有通径实验应采用要求圆形通径棒进行 通径棒前端倒角应光滑 以保证通径棒能容易通过管子 无论采用人工或机械通径方法 通径棒都应能自由通过管子 在有争议 时 应采用人工通径方法 通径检验时 管内应没有任何异物 并应适当支撑 以防止管子下垂弯 曲 7 静水压实验 用高压水枪对管内壁进行清洗 必须对螺纹表面涂润滑油 使其在静水压实验 装卸堵头 时 损伤最小 正确装夹工件 查看设备是否各部位运转正常 检查防护装置是否安全 可靠 注水 打压 打压时间为 7 秒 按工件编号认真填写 螺纹套管静水压试验报告 8 吹干 在作完管端通径后 迅速用压缩空气将管内和螺纹处残留水吹干 螺纹处 残留水迹亦可手工擦试 9 测长 称重 钢管在经链式输送机 步进梁送到测长 称重设备工作位置 依次进行测 长 称重 当管子配有接箍时 管子的长度应测量到接箍的外侧端面 如果不带接 箍测量 应予适当修正 使其包括接箍的长度 管子可以平端 加厚 不加厚 带螺纹或带螺纹和接箍等形式称重 应在管子靠近螺纹处标记螺纹加工厂名称或商标 规范标记及螺纹尺寸 和类型 应在管体上标记静水压实验压力 10 喷漆 喷码 合格产品进行管体喷漆 废品通过分料器转入废品传送辊道 油漆种类选 择水溶性透明漆 通过数据连接 喷码机在线喷码 把测长 称重的数据连同 钢管尺寸 钢级 标准号 厂标等喷印在钢管表面上 喷印字符最多不超过 150 个数据字符 11 涂螺纹脂 上螺纹保护器 内外螺纹表面涂螺纹脂 应拧上螺纹保护器 外螺纹保护器应覆盖螺纹全长 内螺纹保护器应覆 盖与内螺纹长度相等的管子螺纹 12 涂色环 管子和接箍应有外涂层 以防止运输过程中生锈 涂色环 13 成品检验 管体外观检查 a 对每根管整个表面上的缺陷应进行肉眼检查 b 车间检验员对组装好的的套管进行检验 接箍端面最大位置不 应超过三角形标记的顶点 c 套管两端的螺纹均应涂螺纹脂 并带上螺纹保护器 套管和接箍的标记应齐全并符合标准和图纸的规定 14 贮存 贮存场地要求 a 保管员应对入库的套管建立详细的账目 做到账物相符 b 场地应是混凝土地面 应平整清洁 无积水 无杂草 c 贮存场地附近 应无酸 碱 盐等腐蚀性物体 d 贮存管架顶面离地 50cm 管架应有三条以上架墩 架墩应在 同一水平面上 墩角坚实 e 成品套管搬运时要平稳操作 避免碰撞 码垛要求 a 套管应按不同腐蚀情况分类码垛 并带好护丝 b 码垛的每层套管间至少应有三处均匀的隔离垫木或垫杠 垫木 垫杠 与套 管成直角 并位于架墩的正上方 a 垫木规格 60mm 100mm b 垫杠规格 60mm 100mm c 每层套管都应向外螺纹方向错开一个接箍的长度 d 码垛层数不得超过 5 层 e 每层套管的两边必须卡紧挡牢 3 生产线设计选型 1 传统的生产线设计 光管一全长通径一钢管打标一除锈一车丝 1 一 车丝 2 一丝扣检查一拧接 箍一水压试验一人工通径 一 测长称重一上内外保护套一喷漆一晾床一喷色环 一 喷印标记一晾床一打包一成品 该工艺流程的特点在于 钢管通过外表除锈后 紧接着的 2 个工位是进行 两端的螺纹加工 所以油管要求带螺纹加压 这样就对水压机有了特殊的要求 另外 生产的油管管长差距小 可以将两端螺纹检查及两端上保护套分别放在 1 个工位上进行 晾床布置为 2 部分 可以保证油管充分晾干 另外 车丝机 是成对布置在生产线前面 2 现有生产线设计 A 方案 光管一管端探伤 1 一管端探伤 2 一 车丝 1 一丝扣检查一对齐一预拧接箍 一拧接箍一 水压试验一全长通径一车丝 2 一丝扣检查一上外保护套一对齐一 上内保护套一对齐一测长一称重一打 钢标一喷印标记一喷色环一喷透明漆一晾 床一打包 一 成品 该工艺流程主要针对管径相对较大的套管生产 流程中增加了光管管端探 伤工位 在质量保障体系中这是非常必要的 且测长 称重 打标等喷印标记 在一个专用设备上完成 B 方案 光管一全长通径一钢管打标一除锈一车丝 1 一丝扣检查一 A 端探伤 拧接 箍一水压试验一人工通径一车丝 2 一丝扣检查一 B 端探伤 一上内外保护套 一 喷 UV 透明漆 一喷色环一测长称重一喷印标记一打包 一 成品 管道工程钻采分公司就采用了 B 方案 该流程主要特点一将光管探伤改为 了丝扣探伤 探伤效果更彻底 特点二是测长 称重 打标等喷印标记在一个 专用设备上完成 节省了人力及空间 特点三是去掉了晾床 因为采用了 UV 喷漆技术 即紫外光固化技术 钢管在 1 秒内干燥 提高了工作效率和外观质 量 经过对国内多家油套管生产线进行调研考察 每家的工艺流程都有不同程 度的差异 生产线工艺流程的确定主要是根据所生产产品的规格 等级以及生 产线配套设备的情况进行确定的 因此 设计建设的生产线的工艺流程都不相 同 以上列举的工艺流程方案是比较典型的设计方案 4 设备的选型及主要参数 1 除锈机 除锈机一般分为钢丝刷型及抛丸除锈型 选用除锈机为抛丸除锈机 相比 钢丝刷型设备 抛丸除锈机的优点是除锈彻底 能完全还原钢管本色 除锈效 果能达到 Sa3 级 缺点是成本较高 钢管在前进时通过与水平夹角约为 300 的 滚轮成螺旋线转动前进 通过抛丸除锈机进行全管长除锈 该除锈机采用 Q360 高抛射速度的悬臂离心式抛丸器 能显著的提高清理效率 获得满意 的清理质量 该抛丸除锈机由抛丸清理室 密封装置 抛丸器总成 丸料循环净化系统 输 送辊道 除尘系统和电气控制部分组成 1 1 主要参数 被清理工件 钢管 工件 最大 外径 长 60 180 8000 12500 mm 实体辊道 功率 3 0 55KW 减速机型号 MTPA57 Y0 55 4P 83 46 M3 90 数量 3 辊道间距 400mm 速度 7 8m min max 10m min 辊道夹角 300 抛丸器 抛丸器型号 Q360 叶轮直径 360mm 总抛丸量 2 150KG min 总功率 2 18 5kw 提升机 提升量 45t h 皮带速度 1 22m s 减速机型号 XWD5 5 5 1 23 功率 5 5KW 分离器 分离量 45t h 分离区风速 4 5m s 纵向螺旋输送器 输送量 45t h 减速机型号 XWD3 4 1 23 功率 3KW 除尘器 型号 FBD64 机械振打布袋式 通风量 9000m3 h 风机电机型号 4 72 N0 5A 设备总功率 60KW 2 管螺纹数控车床 管螺纹车床的选型对整条生产线来说是一个非 常重要的设计环节 其配置 参数将直接影响到整条生产线的产量和油套管螺纹的设计扣型以及是否可以加 工圆形螺纹 偏梯形螺纹和特殊螺纹等 管螺纹车床配套的控制系统也是重要 的参考依据 会直接影响到油套管螺纹的加工质量 目前我国生产专用管螺纹 车床的厂家很多 其价格差别也很大 在选型时厂家要根据自己的实际生产情 况来确定 普通的数控车用广数 华中等系统 中 高挡全功能数控车或车削 中心用 FANUC SIEMENS 系统 也有个别厂家在中 高挡数控车用其他进口 数控系统 另 外 用户在选用管螺纹车床时应考虑选用与主机规格 参数 结 构相适应及功能齐全的辅机 以配合本机床完成加工任务 确保形成完整的全 自动循环工作系统 管道钻采分公司选用沈阳机床厂最新研究的 SUC 8128A 车床 该车床床 身导轨采用镶钢淬硬精密磨削导轨 床身导轨向后倾斜 45 度 使操作及刀具 调整更为方便安全 该机床采用双刀架结构 由一个纵向伺服电机 两个独立 的横向伺服电机驱动 即前刀架为单刀架 后刀架为六工位伺服转位 液压锁 紧刀架 转位平稳无冲击 前后刀架能同时加工 粗 精车外锥面 粗精车螺 纹 具有高效机床的产能 该车床采用 FANUC 0I 系统 2 1 技术参数 主轴通孔直径 195mm 床身上最大回转直径 750mm 滑鞍最大回转直径 260mm 最大车削直径 180mm 床身与水平面倾斜度450 后刀架刀位数 6 前刀架刀位数 1 定心内撑装置行程 650mm 定心内撑油缸行程 20mm 工件的加工范围 60 3 177 8mm 工件的长度范围 6 12 5mm 主轴转速 90 750rpm X1 轴快移速度8m min X2 轴快移速度 8m min Z 轴快移速度10m min 主电机功率133KW X1 电机扭矩30N M X2 电机扭矩30N M Z 电机扭矩38N M X1 轴最大行程200mm X2 轴最大行程122mm Z 轴最大行程600mm 主机中心高1400mm 料架中心高1200mm 卡爪座端面与刀架端面的最小距离215mm 液压站电机3 75kw 切削液电机4kw 提升泵电机0 45kw 机床净重18000kg 主机外形尺寸3900 2300 2550mm 3 探伤机 管端探伤为端部外表面探伤 他是一般均采用磁粉探伤机 他是对钢管表 面 近表面进行裂纹检测而设计的专用磁粉探伤设备 适用于湿法连续法磁粉 探伤工艺 其输出的磁化强度在工件规定检测区域内 不管是单向磁化或复合 磁化 均能显示出和 15 50A 型试片灵敏度相当等级的缺陷 3 1 技术参数 使用电源380V 50HZ 瞬时最大为 300A 接法二相式 不平衡 最大瞬时功率120KVA 最大周向电流9000A 最大纵向电流3000A 退磁方式纵向电流衰减式 暫载率 20 灵敏度等效于 15 50A1 型试片清晰显 示时灵敏度 退磁后剩磁不大于 3 高斯 气压0 4 0 6MPa 设备体积2200 800 1400mm 4 拧扣机 套管拧扣机一般均为液压拧扣机 主要用于油田井下抽油泵 抽油杆 油 管 钻杆 套管等井下工具及其它螺纹联结件的装配 修复和拆装等 选用的 YNJX 型套管拧扣机采用双曲面滚子爬坡夹紧方式 双曲面采用两块整体坡板 错位安装 四块鄂板闭口成 90 度均布 由摩擦片带动四块鄂板完成夹紧动作 每块鄂板装有弧面钳牙或 2 4 片钳牙 形成弧面抱紧或 8 16 点夹紧 结构特点 是夹紧范围大 整体强度高 夹紧可靠 不打滑 不伤管体 牙痕小符合 API 标准 特别是上 卸扣动作无须人工改变鄂板位置 因此自动化程度高 非常 适合螺纹拆装频繁作业 4 1 主要参数 适用范围60 200mm 额定扭矩10 20KN M 额定转速 2 10R MIN 夹紧点数 8 控制方式 PLC 额定压力 20MPa 额定流量 110L min 中心高 1000m 总功率 22KW 5 水压机 油套管在 API 里要求做静水压试验 并为此选择了静水压力试验机 他 是一种集气动 机械 电气和计算机一体化的产品 他采用工业计算机 PLC 监测与控制 具有升压速度快 保压稳定 自动化程度高 功能齐全等一系列 优点 实现了对钢管管体进行水压试验 整套系统设计紧凑 能耗低 运行安 全可靠 5 1 主要参数 适用于外径 60 3 178mm 适用长度 6 0 13 0 米 最大试验压力 60 9Mpa 密封方式 采用径向大间隙密封 加压方式高压泵加压 保压方式补偿保压 保压时间0 300 秒 供电电源3 相 380V 10 总功率 200KVA 工厂噪音 85db 6 UV 喷漆机 UV 漆是 Ultraviolet Curing Paint 的英文缩写 即紫外 光固化油漆 也称光引发涂料 光固化涂料 与 PU PE NC 等 油漆以成膜物质命名方式不同 UV 漆是以油漆的固化方式命名 的 它是通过机器设备自动涂装在工件上 在紫外光的照射下 促使引发剂分解 产生自由基 引发树酯反应 瞬间固化成膜 紫外光固化涂料在钢管上的应用是国内钢管行业的新亮点 其 具有以下优势 固化速度快 交联固化在瞬间完成 效率是传统烘干型 涂料的 10 15 倍以上 钢管下线即可打包 节省能源 一条紫外光固化生产线的灯管能耗一般在几 十千瓦以内 能耗约为传统烘烤干燥的热固化涂料的 1 5 环境污染小 紫外光固化涂料的 VOC 挥发性有机化 合物 含量为零 是公认的绿色环保产品 气味小 闪点高 100 对工人健康危害低 大大 降低安全风险 涂层性能优异 涂料固化后的交联密度大大高于热烘型 涂料 故涂层在硬度 耐磨 耐酸碱 耐盐雾 耐汽油等溶剂 各方面的性能指标均很高 能基本消除由于涂装防锈问题导致 的投诉与赔偿 涂装设备故障率低 由于 UV 涂料没有紫外线辐射不会 固化 因而不会堵塞和腐蚀设备 涂覆工具和管路清洗方便 设