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摘 要：孤岛采油厂准备大队油管厂担负着整个孤岛油区隔热管清洗、修复任务。为提高隔热管的修复质量和效率，有效延长注气生产周期，保证作业施工及时率和成功率，研制了隔热管丝扣自动清理装置。隔热管丝扣自动清理装置设计安装在隔热管传输线上，它主要由密封接头取出装置、丝扣清理装置、托板滑道机构、固定及限位机构四大部分组成。装置工作过程包括密封及头取出、密封接头释放、丝扣清理三个持续循环的过程。通过实际应用及收集的相关数据表明：隔热管丝扣自动清理装置可以大大提高工作效率，取出一个密封接头由以前的8min/个降低到2.3min/个，劳动强度减低，安全隐患减少。
关键词：隔热管 丝扣 清理装置 研制
中图分类号：TU761 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）02（a）-0058-03
Development and application of heat insulation pipe thread automatic cleaning device
ZHANG Haiming
（Preparation Team of Gudao oil Production Plant， Sinopec Shengli Oilfield Co. Ltd.， Dongying， Shandong Province，257200 China）
Abstract： The Oil Pipe Plant of the preparation team of Gudao Oil Production Plant is responsible for cleaning and repairing the insulation pipe of the whole island oil area. In order to improve the repair quality and efficiency of thermal insulation pipe， effectively extend the production cycle of gas injection， and ensure the timely rate and success rate of construction， an automatic thread cleaning device for heat insulation pipe is developed. The heat insulation pipe thread automatic cleaning device is designed and installed on the heat insulation pipe transmission line. It is mainly composed of four parts： sealing joint taking out device， screw thread cleaning device， supporting plate sliding way mechanism， fixing and limiting mechanism. The working process of the device includes three continuous cycles： sealing and head taking out， sealing joint releasing and screw thread cleaning. Through the practical application and the relevant data collected， it shows that the automatic thread cleaning device of heat insulation pipe can greatly improve the work efficiency， take out a sealing joint from the previous 8 minutes / piece to 2.3 minutes / piece， reduce the labor intensity and reduce the potential safety hazard.
Key Words： Heat insulation pipe; Screw thread; Cleaning device; Development
1 問题提出
隔热管修复过程中，利用密封接头密封的隔热管，注汽使用后在高温高压作用下，石墨密封填料将密封接头与隔热管接箍内壁牢固的粘结在一起，需使用专用工具进行取出，现有专用工具受场地及人员限制，使用效率较低，丝扣清理效率较慢，影响了隔热管的修复效率。目前，每清理一根隔热管的内外丝扣，至少需要2人操作，使用钢丝刷、起子、榔头配合清理丝扣，占用人力物力较多;清理密封接头时需要一人用专用取密封接头的工具取出，隔热管具有一定的弯曲度，在管架上进行作业时，隔热管有时会进行转动，需要人力或抓管机转动，影响了隔热管的修复效率[1-2]。
2 隔热管丝扣自动清理装置研制
2.1 总体结构设计
隔热管丝扣自动清理装置设计安装在隔热管传输线上，主要由密封接头取出装置、丝扣清理装置、托板滑道机构、固定及限位机构四大部分组成。装置工作过程包括密封接头取出、密封接头释放、丝扣清理三个持续循环的过程[3]。 2.2 密封接头取出装置设计
密封接头取出装置主要由电机、变速箱、轴承、锚定机构、拨叉支撑总成、气缸等各部位组成，其中锚定机构为密封接头取出装置的重要部位。
（1）锚定机构由锥度芯轴、卡瓦牙、弹簧等部分组成。
（2）机构制作及工作原理。
两片卡瓦牙对称分布与锥度芯轴采用燕尾槽配合，可沿锥面滑动变化外径尺寸，在弹簧的顶推作用下，卡瓦牙始终向锥度芯轴大端受力，最大外径为∮64mm，大于密封接头内孔直径∮62mm，当需要将锚定机构插入密封接头锚定时，推动卡瓦牙顶在接头内孔端面，在反作用力下克服弹簧力向锥度芯轴小端移动，卡瓦牙外径变小，当外径小于∮62mm时即可进入密封接头内孔，停止推动，卡瓦牙又在弹簧力作用下向芯轴大端移动胀开，卡瓦牙直径变大，紧卡住密封接头内壁，当向外拉拔锥度芯轴时，在锥度斜面作用下使卡瓦牙进一步卡紧密封接头内壁，从而使密封接头被锚定机构连带拔出。隔热管由传输线传输至限位处，密封接头取出工具由气缸顶至接箍内，密封接头套入工具内，在电机的转动下，密封接头取出装置的弹簧在顶推作用下，使卡瓦牙的最大大径大于密封接头的内径，随后由气缸带动收回，密封接头随工具取出;待密封接头取出后，取出工具在电机带动下旋转，卡瓦牙在凸面限位作用下与拨叉弹簧相互配合完成收缩，密封接头掉落。
2.3 丝扣清理装置设计
丝扣清理装置主要由清理钢头、吹扫机构、限位器、电机、变速箱、轴承、气缸等部位组成。清理钢头螺纹牙型与隔热管接箍螺纹相符便于旋转时清理丝扣及密封圈，钢头前端钢丝刷设计在清理钢头旋转时将清理后的杂质污物刷理干净[4]。
在气缸的一侧加装吹扫机构，吹扫机构由旋转密封转子、旋转密封定子、拨叉、连接装置等组成，各连接处由密封圈密封。当钢头进入接箍开始工作时，通过电机的旋转吹扫机构开始工作，利用钢头上的眼洞进行吹扫，把接箍内清理后的脏物杂质吹扫干净。气缸另侧加装平衡装置，使清理装置工作时保持平衡。丝扣清理装置工作原理：密封接头释放后，由气缸带动清理工具通过滑道行进至固定工位，在电机带动下丝扣旋转行进，清理密封圈，同时固定钢刷在旋转作用下同时清理丝扣杂质污物，清理完毕后旋转退出。
2.4 托板滑道机构设计
密封接头取出装置与丝扣清理装置通过固定托板安装在固定管架上，固定托板采用2cm一体式钢板，切割尺寸为70cm×80cm，安装方式稳固可靠。采用前后交错式双向滑道，内侧凹槽设计，采用滚珠轴承进行滑动，尺寸分别为160mm×600mm，190mm×600mm，450mm×220mm，使取出装置与清理装置工作完成相互装换时动作灵敏、运行平稳。
2.5 固定及限位机构设计
隔热管传输至清理装置时，位置不易固定，因此根据隔热管接箍外径安装限位装置，尺寸为180mm×130mm×20mm，限位装置前端设计限位卡槽，接箍外径为129mm，限位卡槽内径小于接箍外径，尺寸为120mm，输送时隔热管接箍卡与卡槽内，使隔热管位置固定，便于清理。隔热管弯曲度不同且较大，造成取出工位不居中。在取出和清洁机构进入时发生频繁且无规律别、卡现象，易造成管件丝扣及设备磨损严重。因此安装隔热管压紧扶正装置，通过安装大行程气缸，设计压紧装置，改变隔热管的固定方式，使其更加稳固，并将卡瓦牙块的纹路由单一的斜纹设计为交错纹路，增加与管壁的摩擦力和咬合力度[5]。
3 现场试验与优化改进
隔热管丝扣清理装置经过安装，现场使用后，发现有需要改进的部位，以更适用于现场使用。
3.1 改进一
隔热管存在不同程度的弯曲，气缸夹紧装置将隔热管固定后，丝扣清理工具与接箍存在着偏移量，装置为固定连接，无法调整位置距离，若清理刷头利用电机转动进入接箍清理，会对接箍内螺纹造成磨损，不利于修复质量。
解决方案：重新设计安装固定管架，在固定钢板下安裝微校正扶正托板，固定螺栓可随时调整弹簧的压紧量，以便调整位置，当清理钢头进入接箍时，利用弹簧的跳动量寻找平衡点，使清理钢头与接箍间留有一定的余量，从而减少磨损。
3.2 改进二
密封衬套取出装置拨叉支撑位置不当强度不够，密封衬套取出后，电机旋转退回时拨叉与支撑卡簧无法配合作用，卡瓦牙在凸面限位作用下不能完成收缩，密封接头无法掉落。
解决方案：重新调整拨叉支撑与支撑卡簧的位置，加强拨叉支架强度，当取出工具在电机带动下旋转时，使卡瓦牙在拨叉凸面限位作用下与支撑卡簧完成配合并收缩，实现密封接头掉落。
3.3 改进三
操作台操作手动气阀存在窜气漏气现象，操作过程中容易造成气量过大或过小，密封接头取出装置和丝扣清理装置工作或互相转换时气缸行程不稳定，出现不灵敏的现象
解决方案：将操作手动气阀更换为按钮操作，控制柜及控制元件更新升级，自动化PLC系统升级，程序优化，实现自动/手动操作。
3.4 改进四
隔热管接箍丝扣油污过多时，清理钢头前端的钢丝刷多次刷理接箍后，钢丝刷为固定连接，油泥不能及时清理，再次进行丝扣清理时，钢丝刷上的油泥污再次附着在接箍内，使清理质量下降。
解决方案：清理钢头的丝扣通过锥度增加，牙型加宽的设计改进，材质更换为耐磨钢，增加接箍内螺纹的清理效果。
4 现场应用
（一）现场试验。
实验：该装置组装完毕后，在油管厂进行了现场实验，并进行了数据跟踪统计（见表1）。
5 结语
实验和实际使用表明，隔热管丝扣自动清理装置清理丝扣效果良好，能提高修复隔热管的质量、降低生产成本、大幅度提高工作效率（取一个密封接头由改进前的8min/个降低到2.3min/个）。操作人员劳动强度降低、劳动效率提高，同时减少了安全隐患。
参考文献
[1] 杨怀玉，张成涛，祝英剑，等.油井注蒸汽解堵隔热管接箍的腐蚀调查与原因分析[J].腐蚀科学与防护技术，1996（2）：69-70.
[2] 王心吟，邵清华，周先军，等.隔热管接箍腐蚀综合分析[J].石油矿场机械，2003（5）：54-57.
[3] 赵军友，徐依吉，袁宝民，等.隔热管清洗技术研究[J].石油矿场机械，2010（2）：65-67.
[4] 戴新.螺纹过丝装置[J].机械工人：冷加工，1988（8）：14.
[5] 吴宗泽.机械设计师手册[M].2版，北京：机械工业出版社，2010-10-1.
[6] 吴佳富.供热管网保温材料及结构研究与评价[D].南京：南京师范大学，2019.
[7] 郭茜.复合隔热内衬油管技术研究与应用[D].成都：西南石油大学，2017.
[8] 赵旭亮，刘永莉.外连接预应力隔热管改进及受力分析[J].石油矿场机械，2020，49（5）：70-74.
[9] 王小勇.热采井口保温箱和管线隔热管托设计与应用[J].内蒙古石油化工，2020，46（5）：20-23.
[10] 袁彩，刘林康.蒸汽管道用高温隔热管托选型[J].国网技术学院学报，2020，23（1）：54-56，59.
[11] 赵旭光，王占胜.低成本隔热油管井筒保温冷采技术改进研究与应用[J].化工设计通讯，2017，43（8）：76.
关键词：隔热管 丝扣 清理装置 研制
中图分类号：TU761 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）02（a）-0058-03
Development and application of heat insulation pipe thread automatic cleaning device
ZHANG Haiming
（Preparation Team of Gudao oil Production Plant， Sinopec Shengli Oilfield Co. Ltd.， Dongying， Shandong Province，257200 China）
Abstract： The Oil Pipe Plant of the preparation team of Gudao Oil Production Plant is responsible for cleaning and repairing the insulation pipe of the whole island oil area. In order to improve the repair quality and efficiency of thermal insulation pipe， effectively extend the production cycle of gas injection， and ensure the timely rate and success rate of construction， an automatic thread cleaning device for heat insulation pipe is developed. The heat insulation pipe thread automatic cleaning device is designed and installed on the heat insulation pipe transmission line. It is mainly composed of four parts： sealing joint taking out device， screw thread cleaning device， supporting plate sliding way mechanism， fixing and limiting mechanism. The working process of the device includes three continuous cycles： sealing and head taking out， sealing joint releasing and screw thread cleaning. Through the practical application and the relevant data collected， it shows that the automatic thread cleaning device of heat insulation pipe can greatly improve the work efficiency， take out a sealing joint from the previous 8 minutes / piece to 2.3 minutes / piece， reduce the labor intensity and reduce the potential safety hazard.
Key Words： Heat insulation pipe; Screw thread; Cleaning device; Development
1 問题提出
隔热管修复过程中，利用密封接头密封的隔热管，注汽使用后在高温高压作用下，石墨密封填料将密封接头与隔热管接箍内壁牢固的粘结在一起，需使用专用工具进行取出，现有专用工具受场地及人员限制，使用效率较低，丝扣清理效率较慢，影响了隔热管的修复效率。目前，每清理一根隔热管的内外丝扣，至少需要2人操作，使用钢丝刷、起子、榔头配合清理丝扣，占用人力物力较多;清理密封接头时需要一人用专用取密封接头的工具取出，隔热管具有一定的弯曲度，在管架上进行作业时，隔热管有时会进行转动，需要人力或抓管机转动，影响了隔热管的修复效率[1-2]。
2 隔热管丝扣自动清理装置研制
2.1 总体结构设计
隔热管丝扣自动清理装置设计安装在隔热管传输线上，主要由密封接头取出装置、丝扣清理装置、托板滑道机构、固定及限位机构四大部分组成。装置工作过程包括密封接头取出、密封接头释放、丝扣清理三个持续循环的过程[3]。 2.2 密封接头取出装置设计
密封接头取出装置主要由电机、变速箱、轴承、锚定机构、拨叉支撑总成、气缸等各部位组成，其中锚定机构为密封接头取出装置的重要部位。
（1）锚定机构由锥度芯轴、卡瓦牙、弹簧等部分组成。
（2）机构制作及工作原理。
两片卡瓦牙对称分布与锥度芯轴采用燕尾槽配合，可沿锥面滑动变化外径尺寸，在弹簧的顶推作用下，卡瓦牙始终向锥度芯轴大端受力，最大外径为∮64mm，大于密封接头内孔直径∮62mm，当需要将锚定机构插入密封接头锚定时，推动卡瓦牙顶在接头内孔端面，在反作用力下克服弹簧力向锥度芯轴小端移动，卡瓦牙外径变小，当外径小于∮62mm时即可进入密封接头内孔，停止推动，卡瓦牙又在弹簧力作用下向芯轴大端移动胀开，卡瓦牙直径变大，紧卡住密封接头内壁，当向外拉拔锥度芯轴时，在锥度斜面作用下使卡瓦牙进一步卡紧密封接头内壁，从而使密封接头被锚定机构连带拔出。隔热管由传输线传输至限位处，密封接头取出工具由气缸顶至接箍内，密封接头套入工具内，在电机的转动下，密封接头取出装置的弹簧在顶推作用下，使卡瓦牙的最大大径大于密封接头的内径，随后由气缸带动收回，密封接头随工具取出;待密封接头取出后，取出工具在电机带动下旋转，卡瓦牙在凸面限位作用下与拨叉弹簧相互配合完成收缩，密封接头掉落。
2.3 丝扣清理装置设计
丝扣清理装置主要由清理钢头、吹扫机构、限位器、电机、变速箱、轴承、气缸等部位组成。清理钢头螺纹牙型与隔热管接箍螺纹相符便于旋转时清理丝扣及密封圈，钢头前端钢丝刷设计在清理钢头旋转时将清理后的杂质污物刷理干净[4]。
在气缸的一侧加装吹扫机构，吹扫机构由旋转密封转子、旋转密封定子、拨叉、连接装置等组成，各连接处由密封圈密封。当钢头进入接箍开始工作时，通过电机的旋转吹扫机构开始工作，利用钢头上的眼洞进行吹扫，把接箍内清理后的脏物杂质吹扫干净。气缸另侧加装平衡装置，使清理装置工作时保持平衡。丝扣清理装置工作原理：密封接头释放后，由气缸带动清理工具通过滑道行进至固定工位，在电机带动下丝扣旋转行进，清理密封圈，同时固定钢刷在旋转作用下同时清理丝扣杂质污物，清理完毕后旋转退出。
2.4 托板滑道机构设计
密封接头取出装置与丝扣清理装置通过固定托板安装在固定管架上，固定托板采用2cm一体式钢板，切割尺寸为70cm×80cm，安装方式稳固可靠。采用前后交错式双向滑道，内侧凹槽设计，采用滚珠轴承进行滑动，尺寸分别为160mm×600mm，190mm×600mm，450mm×220mm，使取出装置与清理装置工作完成相互装换时动作灵敏、运行平稳。
2.5 固定及限位机构设计
隔热管传输至清理装置时，位置不易固定，因此根据隔热管接箍外径安装限位装置，尺寸为180mm×130mm×20mm，限位装置前端设计限位卡槽，接箍外径为129mm，限位卡槽内径小于接箍外径，尺寸为120mm，输送时隔热管接箍卡与卡槽内，使隔热管位置固定，便于清理。隔热管弯曲度不同且较大，造成取出工位不居中。在取出和清洁机构进入时发生频繁且无规律别、卡现象，易造成管件丝扣及设备磨损严重。因此安装隔热管压紧扶正装置，通过安装大行程气缸，设计压紧装置，改变隔热管的固定方式，使其更加稳固，并将卡瓦牙块的纹路由单一的斜纹设计为交错纹路，增加与管壁的摩擦力和咬合力度[5]。
3 现场试验与优化改进
隔热管丝扣清理装置经过安装，现场使用后，发现有需要改进的部位，以更适用于现场使用。
3.1 改进一
隔热管存在不同程度的弯曲，气缸夹紧装置将隔热管固定后，丝扣清理工具与接箍存在着偏移量，装置为固定连接，无法调整位置距离，若清理刷头利用电机转动进入接箍清理，会对接箍内螺纹造成磨损，不利于修复质量。
解决方案：重新设计安装固定管架，在固定钢板下安裝微校正扶正托板，固定螺栓可随时调整弹簧的压紧量，以便调整位置，当清理钢头进入接箍时，利用弹簧的跳动量寻找平衡点，使清理钢头与接箍间留有一定的余量，从而减少磨损。
3.2 改进二
密封衬套取出装置拨叉支撑位置不当强度不够，密封衬套取出后，电机旋转退回时拨叉与支撑卡簧无法配合作用，卡瓦牙在凸面限位作用下不能完成收缩，密封接头无法掉落。
解决方案：重新调整拨叉支撑与支撑卡簧的位置，加强拨叉支架强度，当取出工具在电机带动下旋转时，使卡瓦牙在拨叉凸面限位作用下与支撑卡簧完成配合并收缩，实现密封接头掉落。
3.3 改进三
操作台操作手动气阀存在窜气漏气现象，操作过程中容易造成气量过大或过小，密封接头取出装置和丝扣清理装置工作或互相转换时气缸行程不稳定，出现不灵敏的现象
解决方案：将操作手动气阀更换为按钮操作，控制柜及控制元件更新升级，自动化PLC系统升级，程序优化，实现自动/手动操作。
3.4 改进四
隔热管接箍丝扣油污过多时，清理钢头前端的钢丝刷多次刷理接箍后，钢丝刷为固定连接，油泥不能及时清理，再次进行丝扣清理时，钢丝刷上的油泥污再次附着在接箍内，使清理质量下降。
解决方案：清理钢头的丝扣通过锥度增加，牙型加宽的设计改进，材质更换为耐磨钢，增加接箍内螺纹的清理效果。
4 现场应用
（一）现场试验。
实验：该装置组装完毕后，在油管厂进行了现场实验，并进行了数据跟踪统计（见表1）。
5 结语
实验和实际使用表明，隔热管丝扣自动清理装置清理丝扣效果良好，能提高修复隔热管的质量、降低生产成本、大幅度提高工作效率（取一个密封接头由改进前的8min/个降低到2.3min/个）。操作人员劳动强度降低、劳动效率提高，同时减少了安全隐患。
参考文献
[1] 杨怀玉，张成涛，祝英剑，等.油井注蒸汽解堵隔热管接箍的腐蚀调查与原因分析[J].腐蚀科学与防护技术，1996（2）：69-70.
[2] 王心吟，邵清华，周先军，等.隔热管接箍腐蚀综合分析[J].石油矿场机械，2003（5）：54-57.
[3] 赵军友，徐依吉，袁宝民，等.隔热管清洗技术研究[J].石油矿场机械，2010（2）：65-67.
[4] 戴新.螺纹过丝装置[J].机械工人：冷加工，1988（8）：14.
[5] 吴宗泽.机械设计师手册[M].2版，北京：机械工业出版社，2010-10-1.
[6] 吴佳富.供热管网保温材料及结构研究与评价[D].南京：南京师范大学，2019.
[7] 郭茜.复合隔热内衬油管技术研究与应用[D].成都：西南石油大学，2017.
[8] 赵旭亮，刘永莉.外连接预应力隔热管改进及受力分析[J].石油矿场机械，2020，49（5）：70-74.
[9] 王小勇.热采井口保温箱和管线隔热管托设计与应用[J].内蒙古石油化工，2020，46（5）：20-23.
[10] 袁彩，刘林康.蒸汽管道用高温隔热管托选型[J].国网技术学院学报，2020，23（1）：54-56，59.
[11] 赵旭光，王占胜.低成本隔热油管井筒保温冷采技术改进研究与应用[J].化工设计通讯，2017，43（8）：76.