低压水切割技术征战石油沙场，无火作业来袭！

水刀坊

从庞大到小巧，只为更安全

——低压水切割技术征战石油沙场，无火作业来袭！

   作者纪新刚

你所不知道的水切割
    人们认识水射流应该说还是从水的冲刷作用开始。大雨能把田地冲出一道水沟，能剥落山岩，甚至能造成泥石流。水刀切割机的应用起源于产矿业，早期利用水射流冲洗矿石中的泥土，蓄水运送并筛选矿石和直接用水射流冲刷煤层。通过提高水射流工作压力使其广泛应用于工业，这已成为人们的共识。水射流技术在向高压方向发展的同时，70年代末期国际水射流领域出现了一个引人注目的新动向，即从单一提高水射流压力的观点开始转向研究如何提高和发挥水射流的潜力，从而磨料水射流技术应运而生，大大提高了作业效率。
    近年来，水射流技术的应用越来越广泛，水射流切割技术也被应用于各行各业，为安全生产工作提供了新的切割工具。
常规的切割方法包括机械切割、火焰切割、电弧切割、激光切割等方式。在石油管道、储罐、易燃易爆设备的检修和拆除作业中，采用常规的的切割方法存在一定安全隐患和技术缺陷。使用火焰、电弧等传统的切割方式，可能在切割过程中引发可燃物质的燃烧或引起爆炸，造成人员伤亡及不可估量的损失。如何实现安全、便捷地切割作业是一个值得探讨、总结的问题，需要寻找一种施工过程不产生明火、火花且能满足切割要求的安全切割技术，利用水切割实现高危环境的施工作业为解决此项难题提供了一个新的思路。如表1，水切割,相对其它常规切割技术而言，切割过程无高温、无明火、无化学衍生物产生，切割后无热反应区和机械应力残留，是一种冷切割技术，能够更好的适应石油行业易燃易爆环境中的施工作业。

表1 水切割与常规切割方式对比

方式    指标	切割原理	切割效率	是否有高温	是否有火花	环保性	危险性
机械切割	摩擦切削	一般	有	有	差	高
火焰切割	明火熔融	一般	有	有	差	高
电弧切割	明火熔融	高	有	有	差	高
激光切割	明火熔融	高	有	有	差	高
水切割	水射流切割	一般	常温	无	好	极低

水切割技术的应用
    尽管水切割技术的各项性能指标都非常符合石油化工等高危行业的施工作业要求，但是至今都没有在石油行业内得到非常广泛的应用，是什么原因呢？
    原来，水切割技术主要分为两种，一种是后混式磨料水切割，另一种是前混式磨料水切割。后混式磨料水切割是先将水加压，再通过极小的喷嘴孔，利用压力差将水流加速，将磨料加入混合腔与高速水流混合，产生强度极高的射流，然后冲蚀工件达到切割效果。由于磨料进入混合腔时间短，吸收水的能量不充分，磨料加速仅能达到水流速的25%，因而切割能力低，所需工作压力高一般达到200MPa以上。前混合磨料水射流是将磨料与水预先混合加压后输送到喷嘴喷出进行切割，所需的工作压力低，切割能力较强。人们常见到的水切割机采用的是后混式磨料水切割技术，体积庞大，重量一般在两吨左右，并且使用超高的工作压力，设备操作控制较为复杂。这种大型的水切割设备通常配套使用数控平台实现平面类生产切割工作，介于设备运输及切割能力的适应性等方面的因素，在石油行业鲜有应用。

图1 前/后混式水切割原理对比图

河北锐迅水射流技术开发有限公司自主研发的小型低压水切割设备采用了前混磨料水切割技术，以水作为工作介质，具有冷切割特性，属于不动火切割。前混式磨料水射流技术的应用，使常见的水刀从2吨重减轻到70-350公斤，两个人即可实现运转，方便在复杂作业环境中执行各种切割方案。小型低压水切割技术的研发成功，改变了水切割设备转运困难的弊端，突破了超高压水切割设备无法应用的特殊场所。此项技术不会像常规切割方式一样带来高温、静电、火花等致爆危险，并且体积小巧便于在施工现场开展工作。设备将水和磨料同时加压，增压后的水和磨料同时从割枪嘴喷出，提高了水切割设备的能量利用率，从而使系统工作压力控制在25MPa-50MPa之间。此种设备仅利用超高压水刀1/10的压力，即可达到与其相近的切割效率，能够完成厚度0-50mm以内的钢板切割。

图2 石油行业专用水切割机

    小型低压水切割设备具有安全、环保、便捷、高效、多能等特点：

    安全——采用冷切割技术，切割过程无静电、无明火、无热变形、不破坏被切割物的组织结构，从根源上消除安全隐患；设备经过权威的质量、静电、温度检测，安全可靠。

    环保——以水为切割介质，作业过程中无粉尘、无烟雾、无化学衍生物产生，残留物可回收，既有利于环境的保护又有利于使用人员的健康。

    便捷——设备体积小、重量轻，操作简便，针对不同作业环境和切割要求，配套专用辅助工装，通过快接软管相连，可水平延伸，可高空作业，可下探工作。

    高效——用水和磨料同时加压的前混方式，使用超高压水刀1/10的压力即可实现相近的切割效果。与超高压水刀相比，易损件少、设备故障率低、效率高。

    多能——主机一体化与模块化多种考量设计，可与多种专用工装无缝对接，可对各种固态材质进行切割加工，可在各种环境、工况下作业，真正实现一机多能。

    此项技术经历了大量的试验与实践应用，通过检测表明在环境温度为26.3℃、相对湿度为86.6%的条件下，切割过程中小型低压水切割设备的切割枪和被切割物的起电电位均小于100V。作业区域内温度最大值为40.3℃，最大温度差值为15.2℃。分析了高速摄像拍摄1000张图像均显示切割过程中未见明火。设备有超压过载保护装置和泄压装置，工作压力可进行调节，通过高压软管进行快速可靠连接，切割速度与能力均达到性能指标，设备安全可靠，满足高危行业的实际切割需求。

    通过数以百计的技术合作、工程服务以及实战演练，小型低压水切割设备已应用于公安、部队、石油、化工、煤矿、救援等多个行业。设备的应用突破了传统水切割设备的弊端，从源头解决了安全、快捷、环保等问题，在各个领域发挥了不可替代的作用。在石油化工领域，适用于陆地及海上燃油燃气管道、储罐、化工厂易燃易爆设备的安全维修、拆除与清洗作业。

jacen

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