張新民，郝向利，丁 輝，褚程國，王海峰

（中海石油金洲管道有限公司，浙江 湖州 313000）

HFW高頻焊管由于其生產(chǎn)工藝的原因，材料損耗率在10%以上，與埋弧焊管工藝相比成材率低，生產(chǎn)成本高。在多數(shù)的管線項(xiàng)目中，客戶對(duì)定尺管的交貨數(shù)量有嚴(yán)格的規(guī)定，短尺管允許交貨的比例通常在2%～5%。而海洋石油管線通常不允許非定尺管交貨。但HFW焊管鋼卷對(duì)頭管和停機(jī)焊接缺陷管需要切除，會(huì)產(chǎn)生不少短尺管，浪費(fèi)較大。通過優(yōu)化切割，減少短尺管的產(chǎn)生，對(duì)提高產(chǎn)品成材率，降低生產(chǎn)成本非常有意義。

1 中大直徑HFW焊管生產(chǎn)特點(diǎn)

1.1 中大直徑HFW生產(chǎn)線效能利用的特點(diǎn)

對(duì)于配備中大直徑如Φ219.1～610 mm高頻直縫焊管生產(chǎn)線的鋼管廠，國內(nèi)幾家均采用有活套裝置的連續(xù)生產(chǎn)工藝［1］，生產(chǎn)線前后工藝環(huán)節(jié)多，距離長(zhǎng)，每次生產(chǎn)準(zhǔn)備的工作量大，材料和工時(shí)都會(huì)無法有效利用。只有生產(chǎn)批量大、直徑大、壁厚大、鋼級(jí)高、技術(shù)含量高和合同包含規(guī)格少的“三大兩高一少”項(xiàng)目，才能有較好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)單一規(guī)格訂貨批量較大時(shí)，調(diào)型和首檢材料損耗可以忽略。而對(duì)于單個(gè)規(guī)格低于300 t的訂單，由于換配套工模具、活套引料、調(diào)型及首批檢驗(yàn)等影響，調(diào)型和試驗(yàn)產(chǎn)生的廢品占比增加，非有效生產(chǎn)的工時(shí)占比增加，生產(chǎn)線效能利用率變差，因此應(yīng)盡可能拼單生產(chǎn)。通常，直徑406～610 mm，壁厚10～19 mm，批量在300 t以上的訂單是比較經(jīng)濟(jì)的。而管徑在323.9 mm以下的3個(gè)規(guī)格由于原料需要縱剪后使用，增加了材料消耗和加工費(fèi)，同時(shí)單位時(shí)間生產(chǎn)的鋼管產(chǎn)量降低，生產(chǎn)線效能利用也會(huì)較差。

1.2 HFW焊管成材率的一般狀況

對(duì)于采用高頻直縫電阻焊方式生產(chǎn)的鋼管廠，鋼材原料成本占生產(chǎn)成本的80%以上，而合格管的成材率對(duì)生產(chǎn)成本影響相當(dāng)大。根據(jù)目前的原料價(jià)格水平測(cè)算，成材率提高1%，剔除廢鋼殘值后生產(chǎn)成本每噸可降低40元左右。除生產(chǎn)因素外，訂貨批量和大小規(guī)格的比重及附加要求，均對(duì)成材率影響很大。一般行業(yè)指標(biāo)中，縱剪成材率為98%～99%，焊管成材率為92%～94%，合同管合格品率為 96%～98%，合同管成材率為 88%～90%［2］。

1.3 HFW焊管材料損耗的統(tǒng)計(jì)分析

HFW高頻焊管在生產(chǎn)過程中，縱剪、切頭尾、銑（刨）邊、去內(nèi)外毛刺、切對(duì)頭管、平端面坡口、外觀修磨、短尺管和檢驗(yàn)降級(jí)等，都會(huì)產(chǎn)生原材料損耗，通常達(dá)到10%，有時(shí)會(huì)更高［3－4］。通過對(duì)中海石油金洲管道有限公司（簡(jiǎn)稱中海油金洲管道）多年生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，不考慮調(diào)型、首檢和試驗(yàn)損耗的情況下，各種損耗占比見表1。

表1 HFW高頻焊管工藝典型規(guī)格各種材料損耗百分比統(tǒng)計(jì)

由表1可見，縱剪邊絲、板頭板尾、銑（刨）邊絲、內(nèi)外毛刺和對(duì)接頭管等損耗屬于工藝原因，難以避免或降低比例。成品檢驗(yàn)不合格降級(jí)屬于整體生產(chǎn)質(zhì)量水平原因，需綜合提高。短尺管損耗比例較大，應(yīng)重點(diǎn)控制。特別是大直徑大壁厚鋼管，每卷材料能夠生產(chǎn)的鋼管數(shù)量較少，短尺管損耗占比增加，更有必要采取控制措施。

2 優(yōu)化定尺切割提高HFW焊管生產(chǎn)成材率

優(yōu)化定尺切割就是通過控制措施和技術(shù)，使每卷材料生產(chǎn)的鋼管最大可能地切割成定尺長(zhǎng)度鋼管或能交付的短尺管，減少不能交付的短尺管的比例，提高成材率。對(duì)于中大直徑HFW鋼管生產(chǎn)線，優(yōu)化定尺切割對(duì)降低生產(chǎn)成本意義很大［5］。

2.1 鋼卷采購長(zhǎng)度的優(yōu)化

根據(jù)生產(chǎn)工藝和設(shè)備特性，當(dāng)鋼廠原料寬度公差控制比較理想時(shí)，確定相對(duì)準(zhǔn)確的原材料訂貨寬度，可以減少銑（刨）邊量和擠壓成型產(chǎn)生的毛刺，最大程度地減少縱剪、銑（刨）邊絲和內(nèi)外毛刺產(chǎn)生的損耗。通過研究，確定了常用規(guī)格的原料訂貨目標(biāo)寬度，具體見表2（其中Φ219.1 mm和Φ273.1 mm兩個(gè)規(guī)格為縱剪前雙倍板寬的原料寬度）。

表2 常用規(guī)格原料訂貨目標(biāo)寬度 mm

當(dāng)鋼卷板寬和板厚確定后，其長(zhǎng)度由質(zhì)量決定。每卷材料的質(zhì)量有一定公差，通過協(xié)商一般在±0.5 t左右。管廠訂貨時(shí)，通過訂貨長(zhǎng)度優(yōu)化測(cè)算，對(duì)每種規(guī)格的鋼卷質(zhì)量提出目標(biāo)質(zhì)量要求，使鋼卷達(dá)到測(cè)算的目標(biāo)長(zhǎng)度可有效減少短尺管損耗。理論上每卷質(zhì)量越大，生產(chǎn)的鋼管數(shù)量越多，而對(duì)頭管只有一個(gè)，損耗占比會(huì)減小，所以目標(biāo)鋼卷質(zhì)量應(yīng)盡可能接近鋼廠能提供的最大鋼卷質(zhì)量。

客戶定尺長(zhǎng)度確定后，每根鋼管的質(zhì)量隨之確定，如Φ406.4 mm×12.7 mm規(guī)格，定尺長(zhǎng)度為12.2 m時(shí)，單根鋼管理論質(zhì)量為1.504 t。如鋼廠此規(guī)格的鋼卷最大允許質(zhì)量為25 t時(shí)，每卷若生產(chǎn)15根鋼管，質(zhì)量為22.56 t，加上必要的損耗（通常約為1根管長(zhǎng)），訂貨的目標(biāo)質(zhì)量選擇24.2 t比較合適。如果實(shí)際交付鋼卷質(zhì)量偏差較大，則必然產(chǎn)生1根較長(zhǎng)的短尺管無法交貨，浪費(fèi)量較大。對(duì)于不允許交付短尺管的項(xiàng)目，事先測(cè)算和確定原料訂貨長(zhǎng)度參數(shù)有重要的意義和價(jià)值。中海油金洲管道公司根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定的目標(biāo)鋼卷質(zhì)量值，具體見表3（鋼管定尺長(zhǎng)度為12.2 m）。

表3 幾種典型規(guī)格鋼卷訂貨目標(biāo)質(zhì)量值 t

2.2 非正常停機(jī)的時(shí)機(jī)優(yōu)化

在生產(chǎn)過程中，由于內(nèi)外毛刺清除刀具異常、工藝參數(shù)調(diào)整、焊頭處試驗(yàn)取樣和非關(guān)鍵設(shè)備異常等原因，有時(shí)需要在鋼卷生產(chǎn)中停機(jī)處理，再次開機(jī)后的缺陷位置無法修補(bǔ)，產(chǎn)生的焊接缺陷管需要切除。而這種停機(jī)的時(shí)機(jī)多數(shù)是可以選擇和優(yōu)化的，可使已焊接鋼管長(zhǎng)度剛好能切割成定尺管。

焊管飛鋸切斷崗位與控制生產(chǎn)線開停機(jī)的成型焊接崗位相距較遠(yuǎn)，在生產(chǎn)線人為停機(jī)時(shí)，無法掌握前一個(gè)對(duì)頭管（或缺陷管）位置距目前焊接位置的長(zhǎng)度。因此，在成型焊接崗位附近，設(shè)計(jì)安裝了一套動(dòng)態(tài)測(cè)長(zhǎng)設(shè)備，通過測(cè)長(zhǎng)編碼器和PLC控制，能夠?qū)崟r(shí)提供目前焊接位置距前一個(gè)對(duì)接頭（或缺陷管）位置的鋼管長(zhǎng)度值，結(jié)合定尺參數(shù)要求和設(shè)備之間的實(shí)際距離長(zhǎng)度，達(dá)到理想切割位置區(qū)段時(shí)給出可停機(jī)操作報(bào)警信號(hào)，操作員在需要時(shí)可根據(jù)信號(hào)立即進(jìn)行停機(jī)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化切割的目的。

動(dòng)態(tài)測(cè)長(zhǎng)設(shè)備由測(cè)速輥裝置、編碼器、PLC控制設(shè)備、操作報(bào)警裝置組成，可實(shí)時(shí)正反向測(cè)量鋼管長(zhǎng)度，設(shè)置修改定尺參數(shù)，顯示鋼管位置信息，對(duì)停機(jī)時(shí)機(jī)進(jìn)行聲光報(bào)警。在鋼管焊接位置到達(dá)鋼卷對(duì)頭處，或非正常停機(jī)產(chǎn)生焊接缺陷時(shí)，手動(dòng)或開機(jī)時(shí)自動(dòng)向系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)位置跟蹤信號(hào)（對(duì)頭管或停機(jī)缺陷管），系統(tǒng)收到信號(hào)后，動(dòng)態(tài)測(cè)長(zhǎng)數(shù)值復(fù)位，開始重新測(cè)長(zhǎng)。當(dāng)已焊合格管長(zhǎng)度大于定尺長(zhǎng)度整數(shù)倍的3 m以內(nèi)，發(fā)出停機(jī)提示信號(hào)，否則發(fā)出不適合停機(jī)信號(hào)?？紤]到對(duì)頭管環(huán)焊縫兩側(cè)各3 m為不穩(wěn)定區(qū)域，重新開機(jī)后1 m為不穩(wěn)定區(qū)域，系統(tǒng)計(jì)算已焊合格管長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正，先減去相應(yīng)長(zhǎng)度（3 m或1 m）。在線動(dòng)態(tài)測(cè)長(zhǎng)非正常停機(jī)提醒系統(tǒng)操作界面如圖1所示。

圖1 在線動(dòng)態(tài)測(cè)長(zhǎng)非正常停機(jī)提醒系統(tǒng)操作界面

2.3 設(shè)備定尺長(zhǎng)度的參數(shù)設(shè)置優(yōu)化

目前HFW生產(chǎn)線配備的飛鋸設(shè)備，都是通過計(jì)算機(jī)和PLC自動(dòng)控制，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量生產(chǎn)速度并自動(dòng)按定尺長(zhǎng)度切斷鋼管，定尺長(zhǎng)度參數(shù)能夠設(shè)定并實(shí)時(shí)修改。但一般飛鋸設(shè)備均無法測(cè)量切斷位置距下一個(gè)對(duì)接頭（或缺陷管）位置的距離，不能計(jì)算剩余合格管長(zhǎng)度和能夠切割鋼管的數(shù)量，使得最后一根鋼管短尺長(zhǎng)度較長(zhǎng)而浪費(fèi)較大。多數(shù)項(xiàng)目允許交付2%～5%短尺管，利用設(shè)備定尺長(zhǎng)度參數(shù)優(yōu)化和實(shí)時(shí)修改，可最大可能利用原料長(zhǎng)度。

HFW焊管生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝布局大多類似，一般鋼管焊接位置與鋼管切斷位置相距約140 m，中間包括熱處理設(shè)備、空冷段、水冷段和定徑設(shè)備。在鋼管焊接位置到達(dá)對(duì)頭處時(shí)，或者非對(duì)頭位置停機(jī)產(chǎn)生焊接缺陷時(shí)，人工或開機(jī)時(shí)自動(dòng)向飛鋸設(shè)備發(fā)送一個(gè)位置跟蹤信號(hào)。這樣飛鋸設(shè)備完成每次切割后，就能通過編程自動(dòng)計(jì)算剩余合格管長(zhǎng)度和能夠切割的鋼管數(shù)量，自動(dòng)修改最后兩三根鋼管的定尺參數(shù)，減少不能交付的短尺管數(shù)量。

考慮到對(duì)頭管環(huán)焊縫兩側(cè)各3 m為不穩(wěn)定區(qū)域，重新開機(jī)前0.3 m為不安全切割區(qū)域，系統(tǒng)計(jì)算已焊剩余合格管長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正，先減去相應(yīng)長(zhǎng)度（3 m或0.3 m）。一般情況下，飛鋸設(shè)備切割速度能滿足短尺管切割長(zhǎng)度的要求，接管平臺(tái)和離線切割平臺(tái)能滿足存放“對(duì)接管+定尺管”長(zhǎng)度的要求，不需要考慮設(shè)備對(duì)切割長(zhǎng)度限制的影響。最后一根短尺管和對(duì)頭管可連在一起，在離線平臺(tái)上再切成可交付的短尺管。因此，根據(jù)常見的兩種最小短尺管長(zhǎng)度值，設(shè)計(jì)了兩種優(yōu)化流程方案。

（1）優(yōu)化流程方案一。假設(shè)L為目前切割位置至下一對(duì)頭管（或缺陷管）位置的合格鋼管長(zhǎng)度，L1為定尺長(zhǎng)度12 m，L2為允許交貨的短尺長(zhǎng)度（最小值8 m），L′為繼續(xù)切斷一根定尺管后的剩余長(zhǎng)度，優(yōu)化切割流程選擇編程方案一，具體見表4。

（2）優(yōu)化流程方案二。假設(shè)L為目前切割位置至下一對(duì)頭管（或缺陷管）位置的合格鋼管長(zhǎng)度，L1為12 m，L2為允許交貨的短尺長(zhǎng)度（最小值10 m），優(yōu)化流程選擇編程方案二，具體見表4。

表4 優(yōu)化流程編程方案

飛鋸設(shè)備程序優(yōu)化后增加的操作界面如圖2所示。通過實(shí)際安裝應(yīng)用，操作人員反映實(shí)用方便，能有效增加可交付短尺管的數(shù)量。

圖2 飛鋸設(shè)備程序優(yōu)化后增加的操作界面

3 結(jié) 語

中大直徑HFW焊管生產(chǎn)成材率對(duì)成本的影響較大，應(yīng)從原料訂貨開始全面考慮提高成材率。利用現(xiàn)代檢測(cè)控制技術(shù)，通過設(shè)備改造，優(yōu)化定尺切割程序，可使原料利用率提高。通過鋼卷采購長(zhǎng)度優(yōu)化、非正常停機(jī)時(shí)機(jī)優(yōu)化和設(shè)備定尺長(zhǎng)度參數(shù)設(shè)置優(yōu)化等措施和技術(shù)的應(yīng)用，使鋼管成材率平均提高了1%以上，具有一定的參考價(jià)值。