1 水切割的工作原理及優(yōu)點(diǎn)

水切割法，即利用高壓水流進(jìn)行切割的方法[1]。 柱塞泵式水切割機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)為高壓柱塞泵提 供動(dòng)力，將工作介質(zhì)加壓，高壓水流經(jīng)高壓軟管進(jìn) 入磨料罐，與磨料充分混合，并帶動(dòng)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(jìn)行 切割作業(yè)。 調(diào)壓閥通過限流原理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力的無(wú)極調(diào) 節(jié)；安全閥通過溢流作業(yè)實(shí)現(xiàn)超壓保護(hù)；單向閥可 防止水砂回流，進(jìn)一步確保系統(tǒng)的安全性能[2]。 采用柱塞泵式水切割機(jī)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(jī) 切割屬于冷切割、不動(dòng)火，能保證拆除作業(yè)安全。 水切割機(jī)采用水和砂兩種介質(zhì)切割，砂在加工過程 中不會(huì)產(chǎn)生毒氣，可直接排出，較環(huán)保。切割可多 方向進(jìn)行，切口質(zhì)量成型好、平滑，不會(huì)產(chǎn)生粗 糙、有毛刺的邊緣。便攜式水切割機(jī)操作簡(jiǎn)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(jī)的操作

2.1 操作步驟 調(diào)試工作及使用前準(zhǔn)備。打開進(jìn)水閥門，槍嘴 有水流射出，無(wú)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(dòng)電動(dòng)機(jī)后設(shè)備 無(wú)異響或震動(dòng)，系統(tǒng)無(wú)泄漏或滲漏，射流順暢無(wú)堵 塞，壓力可調(diào)、穩(wěn)定且可達(dá)額定壓力。調(diào)試正常后 可進(jìn)行切割作業(yè)。 設(shè)備啟動(dòng)。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(dāng)磨料射流基本 形成時(shí)開始切割。切割時(shí)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(shè)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(lái) 的 位 置）， 設(shè) 備 運(yùn) 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(jìn)水閥門。 2.2 操作安全注意事項(xiàng) （1） 設(shè)備操作人員須經(jīng)過專業(yè)操作培訓(xùn)。 （2） 不得將槍嘴朝向周圍的人員或設(shè)備。 （3） 使用設(shè)備時(shí)須嚴(yán)格按照操作步驟進(jìn)行，且 要佩戴組合護(hù)目鏡、防護(hù)手套等防護(hù)用具[3]。為確 保 安 全 ， 切 割 時(shí) 配 備 2 名 操 作 人 員 ， 1 名 負(fù) 責(zé) 切 割，另外 1 名負(fù)責(zé)觀察主機(jī)運(yùn)行情況。 （4） 使用前認(rèn)真檢查設(shè)備性能，確保系統(tǒng)無(wú)滲 漏，無(wú)異響。 （5） 操作人員需遠(yuǎn)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(yán)禁彎曲過度 （彎曲半徑大于 0.5 m）、相互絞纏。 （7） 水切割機(jī)必須做好接地，接地電阻 ≤4 Ω[4]。 （8） 在使用水刀切割時(shí)，根據(jù)不同材料選擇不 同的壓力進(jìn)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(yīng)避免 劃傷割傷。 （11） 設(shè) 備 使 用 過 程 中 ， 傾 斜 角 度 應(yīng) 小 于 5°，以保證泵運(yùn)轉(zhuǎn)的最佳潤(rùn)滑調(diào)節(jié)。 （12） 設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)異常應(yīng)立即停機(jī)，卸壓 后進(jìn)行檢修，嚴(yán)禁工作時(shí)拆卸檢修設(shè)備，嚴(yán)禁帶電 檢修設(shè)備。

3 應(yīng)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(shí)進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，影響生產(chǎn)，投資 大，經(jīng)濟(jì)性差。應(yīng)用水切割打開管線，再進(jìn)行氣囊、 油泥封堵雙重防護(hù)，只對(duì)涉及更換的管線放空、清 掃，省去了停產(chǎn)、氮?dú)庵脫Q，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。 2016 年，在某深度污水站回 更換強(qiáng)自吸泵前進(jìn)口端管線動(dòng)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(yīng)用 水 切 割 法 對(duì) 深 度 污 水 站 回 收 水 泵 前 進(jìn) 水 管 線 （DN250） 進(jìn)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?xì)怏w 報(bào)警儀檢測(cè)合格后，對(duì)回收水泵前管線進(jìn)行拆除施 工，再更換預(yù)制好的管線和強(qiáng)自吸泵。整個(gè)施工過 程歷時(shí) 8 h全部完成，對(duì)比以往的此類動(dòng)火連頭，從 時(shí)間、人工、材料和設(shè)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(yīng)用水切割 法，將 3 000 m3 注水緩沖液位上升至收油口，對(duì)油 進(jìn)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(gè)罐間閥室去往集水池的已建注水儲(chǔ)罐溢流管 （DN400） 連接處靠近罐間閥室一側(cè)進(jìn)行水切割法 打開，氣囊加油泥封堵完成且氣體檢測(cè)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(jìn)行后續(xù)動(dòng)火連頭作業(yè)。 此次動(dòng)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(yīng)用水切割法。污水沉降罐清淤時(shí) 打開的長(zhǎng)方形罐壁板孔洞作為施工人員進(jìn)入罐內(nèi)施 工通道，在罐內(nèi)搭設(shè)滿堂紅腳手架[6]。根據(jù)沉降罐 各部件位置及質(zhì)量，計(jì)算每個(gè)部件的切割位置，在 切割位置處放線并安裝導(dǎo)軌，采用高壓水流切割機(jī) 進(jìn)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?xì)怏w報(bào)警器隨時(shí)監(jiān)控罐內(nèi)可 燃?xì)怏w，罐內(nèi)通風(fēng)使用防爆軸流風(fēng)機(jī)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(yùn)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(fēng)險(xiǎn)。 3.3 老站臥式容器拆除 臥式容器作為儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備應(yīng)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(yán)重，使用變形的 現(xiàn)象多發(fā)，需要進(jìn)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(fù)鋸切割施工效率 較低，影響改造進(jìn)度。水切割作為一種安全、經(jīng)濟(jì)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(huì)產(chǎn)生極高的熱量給封閉區(qū)域切割施工帶來(lái)極高 的安全風(fēng)險(xiǎn)，切割時(shí)只會(huì)產(chǎn)生極少的熱量，使施工 的安全風(fēng)險(xiǎn)大幅降低。 （2） 與常規(guī)電動(dòng)往復(fù)鋸不動(dòng)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(dá)到降 低人工費(fèi)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(jìn)行成 本對(duì)比，結(jié)果見表 1。

5 結(jié)語(yǔ)

水切割法在金屬切割領(lǐng)域、玻璃切割領(lǐng)域、建筑材料加工領(lǐng)域、石油化工行業(yè)等都有應(yīng)用[10]，近年來(lái)，隨著油田地面建設(shè)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(shí)際應(yīng)用。該施工方法對(duì)比傳統(tǒng)的火焰切割和往復(fù)鋸切割施工，具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)，在油田地面建設(shè)工程中的應(yīng)用前景廣闊。