怎样在水压和燃气带压的危险环境下管道切割坡口安全作业？

燃气管道带气切割或供水管道在有水压的情况下实现安全管道切割作业是管道切改优化工程和管道抢修抢险作业中的重点和难点问题。那么在管道工程施工中常见的管道切割和坡口的工具按切割的温度来分，它可以分为：机械冷切割坡口和火花切割人工坡口。下面就这两类切割手段来进行简要介绍：

1.火花类切割和坡口工具

火花类切割和人工坡口工具是管道施工中常见的施工和抢修工具，主要是以气割、角磨机以及激光、线切割以及水切割等为代表的设备在进行管道切割。其共同的特点是在进行管道切割时有火花溅出，虽然水切割时并不会产生火花，但其在生产中产生的静电也是不容忽视的安全问题因此被归为火花类切割工具。

1.1气割

气割的工作原理主要是利用气体火焰将被切割的金属预热到燃点，使其在纯氧气流中剧烈燃烧，形成熔渣并放出大量的热。在高压氧的吹力作用下，将氧化熔渣吹掉，所放出的热量又进一步预热下一层金属，使其达到熔点。金属的气割过程，就是预热、燃烧、吹渣的连续过程，其实质是金属在纯氧中燃烧的过程，而不是熔化过程。

这种切割是具有较高的温度且会改变金属金相的切割作业，气割后的管材边缘较硬且还需要再进行人工坡口。

1.2激光切割

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而使管道表面形成一定形状的切缝。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中。

激光切割要求较高的工作条件和工作环境，切割前穿孔是管道施工中难以实现，因为这会带来更加危险的工作环境。并且其电源要求及氧气的存放在工程施工中受到了极大的限制。

1.3线切割

电火花线切割机（Wire Electrical Discharge Machining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎联科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。

这种切割方法与激光切割类设备一样要求较高的生产环境，而工程施工的恶劣条件显然无法满足。

1.4水切割

水切割又称水刀，即高压水射流切割技术，是一种利用高压水流切割的机器。在高压的水流中添加砂料（石榴石，砂纸上常用的一种材料）作为切割金属部件的主要磨料。高压射出的混有砂料的水柱在密闭的环境中具有较好的切割性能。

水切割根本无法消除静电，且在露天环境中进行管道抢修及切割作业时，其水柱中的细小颗粒（二氧化硅）会造成较为严重的环境污染问题以及会引起操作人员的身心健康问题（引起尘肺）。其在切割大口径管道时所需要的磨料是惊人的，还要保障其更大的用水量，因此在野外作业的管道工程中使用具有相当大的限制性。并且其在切割作业中产生的静电问题是在危险的易燃易爆的环境中应极力避免的。

1.5角磨机

角磨机的工作原理是利用电机带动手砂轮进行高速旋转，利用速度差及砂轮表面的磨料来进行管道切割的。在管道工程中这种设备具有小巧灵活的特性而被广泛采用。

在切割大口径管道和坡口时(DN1000以上)时，所耗费的人工工时较大，并不会成为管道切割作业设备的主流，其主要是作为辅助设备来使用的。

2.机械冷切割设备

机械冷切割是一种切割方法，采用切割过程不产生高温的技术手段或方法，使被切割物保持原有材料特性，切割过程温度没有剧烈的升温变化，通常温升不超过40摄氏度。主要的工作原理是使用摩擦切割法、切削法、化学法等进行管道切割的设备或工具。如，铰接式切管机、液压挤刀（片式或链条式，主要切割铸铁管道）、防爆自动液压切管机（爬管机）等工具。

2.1铰接式切管机

XJ-QS系列铰接式切管机（手摇刀）与管子割刀都是一种简易的小型切管机，用来切割钢管（不可切割合金钢、螺旋钢管）、不锈钢、铸铁、球墨、铜合金、铝合金等管材的专用工具。使用前要根据管道的通径不同来进行选择不同的切管机型号。

在小口径管道（DN300以下）燃气及天然气管道进行冷切割作业较为常见。主要是利用刀刃不断刃入管道表面并做小于90度的旋转，从而达到一层层地进行管道剥离作业。

这种切管机是属于机械冷切割切管机，其主要应用于提前做好人身防护且出水（气）量较小的工作场合中使用。

这是因为它在使用中需要人工不断地旋转，而断口出现则是突然性的一次断开，如遇到大水量或气量较大的管道，对人身操作是有极大的安全隐患的。并且管道切断后需要人工再进行坡口的作业，具有一定的安全隐患和较多的人工来进行管道切割作业。

这种设备早在上世纪50年代就已经出现的技术，目前DN150以上管道切割的作业被防爆自动切管机所代替。

2.2防爆自动切管机

XJQG-1/3型防爆自动切管机是新一代具有管道自动切割同时坡口制备的自动化切管机。在管道切割前，将链条紧密贴合于管道之上后，切管机可自动进行管道切割和坡口作业（如不需要坡口，只需卸下坡口刀即可），切割作业过程中不再需要人工的干预，直至重口切断。

2.2.1在出水量较大，且口径较大的管道（DN1000以上）切割作业时，由于其管道切割破壁是从刀片切坡管道后就开始，因此，管道内的水或燃油、石油是较小量从破壁处流出，可有效安全地掌握管道切割作业的出水量。即使有人在管道切割现场周边，也能做到从容应对。

2.2.2在石油天然气管道切割作业中，其较低的机械冷切割温度（水冷条件下80摄氏度，液氮条件下0摄氏度切割温度）进行管道切割和坡口作业。具有较高的安全性和切割精度。

2.2.3切割范围及厚度

切割范围为DN150-DN4000（4米)，厚度32mm以下的金属管道。

切割金属管道的材质：铸铁管、球墨管、钢管、管线钢（X120以下或L830M）、不锈钢等合金管材。

2.2.4驱动使用液压动力，如在野外施工则优先选用汽油机液压泵站，如在气站或加油站内作业则选用防爆电机液压泵站。

2.2.5自动化程度较高，节省大量人工及消除危险环境（易燃易爆）的不安全因素人身伤害，极大提高管道工程的劳动生产率。

参考文献：

1.余晨, 曾昭玉. SiO2粉尘介导的DNA损伤及其影响因素的研究[J]. 中华劳动卫生职业病杂志, 2002, 20(2):128-130.

2.陈聪, 高明, 顾云泽,等. 光纤激光切割铝合金薄板工艺特性研究[J]. 中国激光, 2014(6):7.