©2010-2026 宁波自信网络信息技术有限公司 版权所有
客服电话：0574-28810668 投诉电话：18658249818
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490
关注我们 ：
1、 中油管道检测技术有限责任公司 新型矿浆管道清管器的研发 新型矿浆管道清管器的研发 小组名称：管道清管QC小组 单位名称：中油管道检测技术有限责任公司 编制日期：2018年1月2日 目 录 一、课题背景 2 二、小组概况 3 三、选择课题 4 四、目标设定 7 五、目标可行性分析 7 5.1技术查新 7 5.2理论分析 8 5.3科研实力 9 六、提出方案并确定最佳方案 12 6.1提出方案与方案细化 12 6.2确定最佳方案 12
2、 七、制定对策 16 八、对策实施 17 8.1实施一 17 8.2实施二 18 8.3实施三 24 九、效果检查 25 9.1目标完成情况 25 9.2效益分析 26 十、标准化 28 十一、总结和下一步打算 28 11.1总结 28 11.1.1专业技术 28 11.1.2自身综合素质 29 11.1.3管理技术 30 11.2下一步安排 30 一、课题背景 矿浆管道清管作业： 包钢动力总厂一条138公里的矿浆管道，经过7年的生产运行，管道内结垢严重，造成压力增高、运力下降，高压运行存在管道材质疲劳，发生爆管的危险。 中油检测作为国内知名管道检测公司，具
3、有近三十年的国内外管道清管检测经验。故包钢动力总厂与中油检测合作，由中油检测为该管道进行清管作业。 中油检测现有的清管器适用于介质为天然气、成品油、原油管道清管，面对包钢动力总厂矿浆管道实际工况，清管器必须具有更强的通过性能、耐磨耗性能和清污性能。为此我们必须研制适合用于矿浆管道的清管器。 名词解释： 机械清管器：聚氨酯皮碗和骨架连接而成的，由压缩空气、水或管道输送介质推动的、用于清理管道内的积垢、凝蜡、杂质等的专用设备。 图1-1机械清管器照片 图1-2皮碗照片 皮碗：由聚氨酯材料浇注、压制、硫化成型，用于机械清管器的皮碗。 二、小组概况
4、QC小组概况一览 表2-1 小组名称 管道清管QC小组 注册编号 CPPI-2017-01 小组成立时间 2017.6.29 活动时间 2017.7.1-2018.1.2 课题类型 创新型 课题名称 新型矿浆管道清管器的研发 当年活动次数 16 QC培训时长 56h 序号 成员姓名 年龄 文化程度 职称 组内分工 1 仲维斌 49 大学本科 高级工程师（组长） 项目策划，制定活动计划 2 刘争 36 研究生 工程师 监督指导，项目现场活动策划 3 任洪泽 48 大学本科 工程师 监督指导，制定活动计
5、划，控制项目质量 4 赵鹏 36 大学本科 工程师 与项目现场沟通协调，采集数据 5 张文 29 大学本科 工程师 采集、整理信息 6 李冬 34 大学本科 助理工程师 对策实施，制作成品 7 张畅 24 大学本科 助理工程师 化工理论归纳，试验方案设计，资料整理编制 8 王晶 45 大学本科 助理工程师 数据整理 9 王馨饶 23 大学本科 助理工程师 数据整理，绘制图表 10 梁也 28 大学本科 助理工程师 对策实施 制表人：任洪泽 时间：2018.1.2 三、选择课题 2017年6月，中油
6、检测着手为包钢长距离越野铁精矿矿浆管道进行通球清管技术服务。该管道运行参数如下： 管道运行参数表 表3-1 序号 项目 内容 1 设计压力（PI） 13.9MPa 2 最大允许运行压力（MAOP） 14.5MPa 3 最大运行压力（MOP） 14.5MPa 4 当前工作压力范围 12~14MPa（输矿） 5 当前排量范围 480m3/h 6 管道长度 138km 制表：任洪泽 时间：2017.7.2 由于该管道长期输送磁铁矿矿浆，主要成分为磁铁矿、水、砂石，管道曾经在10公里、80公里、90公里三处换
7、管维修，通过对现场换管后的管道内部的测量，管道垢质呈鱼鳞状，厚度约3~4毫米，垢质坚硬，底部有明显流痕。 图3-1管道内整体情况 图3-2管道内污物结垢 项目组通过经验数据计算，预测使用中油检测现有的常规清管器时，清管器皮碗在运行过程中与管道内粗糙结垢摩擦，皮碗磨耗明显增加，可能导致泄流，致使清管器停留在管道中，不能完成清污任务。公司进行了模拟牵拉试验，试验结果如下： 牵拉试验数据表 表3-2 序号 牵拉速度 皮碗磨损情况 最大拉力 1 1m/s 明显磨损，磨损厚度大于10mm 1.55t 2 2m/s 严重磨损，磨损厚度大于14mm
8、 1.57t 3 3m/s 严重磨损，磨损厚度大于15mm，有撕裂现象 1.57t 4 4m/s 严重磨损，磨损厚度大于17mm，撕裂现象明显 1.57t 制表：任洪泽 日期：2017.7.10 所以对于该管道清管作业，现有清管器不能满足要求！ 为满足项目要求，QC小组开展研究，研究课题：新型矿浆管道清管器的研发。 小组成员进行技术查新，寻找研究思路。通过查阅论文文献和期刊杂志，发现《英国国际清管协会》杂志报道了国外清管企业通过改良清管器皮碗的材质、造型和清管器骨架形式，完成工况复杂的长输天然气管道清管检测作业的案例，可以将这些方法类推到矿浆管道清
9、管器的清管作业上。 图3-3 参考PPSA杂志 小组成员通过讨论制定活动计划。 图3-4 活动计划甘特图 制图：任洪泽 日期：2017.7.12 四、目标设定 目标值： (1) 用于包钢动力总厂矿浆管道的清管器运行长度在140千米以上； (2) 运行后清管器皮碗四方位平均磨损厚度小于10毫米/140千米。 五、目标可行性分析 5.1技术查新 小组成员通过查阅新近的《聚氨酯工业》杂志等材料，发现在国际聚氨酯行业中有通过调整原材料配比实现聚氨酯产品改性的先例，例如亨斯曼等化工品牌公司通过调整多元醇和小分子二醇的比例拓宽了聚酯产品种类。 图5-1查新参考杂志
10、 同时，小组成员查阅多篇聚氨酯弹性体改性和清管器设计的优秀论文。 图5-2查新参考论文文献 5.2理论分析 小组成员通过查阅文献资料，结合生产实际，确定了： (1) Q/SY 1262-2010《机械清管器技术条件》中规定了现有机械清管器的普适运行距离，如下表所示： 现有机械清管器普适运行距离表 表5-1 工况 适宜运行距离 原油、成品油管道 宜为500km 水、天然气管道 宜为200km 空气压缩机通球扫线 宜为100km 制表：张畅 日期：2017.7.13 由此可知，矿浆管道清管器运行长度在140千米以上的目标具
11、有可行性。 (2) 通过查阅文献和生产经验，分析皮碗耐磨性的影响因素： 聚酯多元醇种类是一定的，不能任意改变；模具温度和硫化时间由机器设定，经常改变会使生产工艺复杂化，同时与机器精准度有关；聚酯多元醇比例、1,4-丁二醇比例和脱模时间可控性强，可以通过调整三者实现聚氨酯产品改性。 同时，文献明确：提高扩链系数，磨耗下降，耐磨性能增加。 此处引用：刘凉冰，《影响聚氨酯弹性体耐磨性的因素》，化学推进剂与高分子材料，2016年第14卷第2期。 根据MDI弹性体聚合反应机理： 扩链系数=[NH2+OH]/[NCO] 其中，NH2和OH由聚酯多元醇和1,4-丁二醇提供，NCO由MDI预聚
12、体提供，聚酯多元醇构成柔性链段即软段，而MDI预聚体和小分子扩链剂1,4-丁二醇构成刚性链段即硬段。因此，设MDI预聚体的比例不变，则在一定范围内，增加聚酯多元醇的比例或减少1,4-丁二醇的比例，耐磨性提高。 故运行后清管器皮碗四方位平均磨损厚度小于10毫米/140千米的目标具有可行性。 5.3科研实力 小组科研实力雄厚： (1) 中油检测为中国最早获得英国国际清管协会（PPSA）会员资格的单位，清管技术实力受到国际认可，小组能够查阅协会内部期刊杂志及相关各类文献，可为课题研究提供充足的基础资料； 图5-3英国国际清管协会证书 (2) 小组成员具有丰富的清管器设计经验和现场技术
13、服务经验，曾参与中油检测清管器的图纸设计和产品制造、Q/SY 1262-2010《机械清管器技术条件》的编制等相关研发活动； (3) 中油检测清管器车间具有进口聚氨酯浇注机、烘箱以及聚氨酯试片制片机，清管器装配工具齐全； (4) 公司的国家工程试验室具备测试皮碗定伸强度、拉伸强度、伸长率、撕裂强度和阿克隆磨耗的专业仪器； 图5-4部分实验仪器 图5-5皮碗打翻试验台 (5) 此外还有牵拉试验场能够为清管器试验提供场地。 图5-6中油检测牵拉试验场 综上所述，本次活动设定的目标具有可行性。 六、提出方案并确定最佳方案 6.1提出方案与方案细化 由前文所述查新获得的启发，小组人
14、员采用头脑风暴法，集思广益，在清管器骨架材质、形式和皮碗的形状、材质等方面进行探讨，充分考虑影响新型矿浆管道清管器机械性能和使用效果的关键因素，确定了“高耐磨皮碗装配刚性骨架机械清管器”的方案，如下图所示。 图6-1方案细化树图 制图：张畅 日期：2017.7.21 6.2确定最佳方案 (1) 对于骨架材质：刚性骨架作为清管器的支撑轴，其焊接性能直接影响到清管器的运行安全，对比低碳钢和钛合金两种骨架材质的焊接性能，同时考虑骨架的加工周期和采购渠道，如表6-1， 清管器刚性骨架材质对比表 表6-1 刚性骨架材质 型号 材质 分别抽取5台骨架 其
15、中不开焊数量 焊接性能 加工周期/工作日 采购渠道 结论 低碳钢 DN350 Q235 5 良好 5~6 广泛 采用 钛合金 DN350 TA2 3 易开焊 ＞7 较少 不采用 制表：刘争 日期：2017.7.24 故采用低碳钢材质作为刚性骨架材质。 (2) 对于骨架形式：以低碳钢材质为例，小组成员对比DN350清管器加强筋刚性骨架和无加强筋刚性骨架的重量， 刚性骨架设计参数表 表6-2 清管器骨架类型 筒体壁厚/mm 整体长度/mm 重量/kg 结论 加强筋刚性骨架 5.5 461
16、 11.6 不采用 无加强筋刚性骨架 6.5 474 9.5 采用 制表：仲维斌 日期：2017.7.27 注：清管器整体重量越小，对减少清管器皮碗磨耗有利， 从而促进运行过程顺利、清扫作业有效，故重量为骨架形式比选指标，应选择重量轻者 故采用无加强筋刚性骨架。 (2) 对于清管器皮碗的形状：根据实际需求，对DN350清管器皮碗进行皮碗打翻试验，以确保密封性能；对碟型清管器、直碟混合型清管器、钢刷清管器和测径清管器而言，适用清管器类型大于3种。小组成员对比了碟型皮碗、直型皮碗和深锥皮碗的设计参数，确定碟型皮碗为终选定的清管器皮碗形状优化方案。
17、 清管器皮碗类型对比表 表6-3 皮碗形状 清管器皮碗名称 皮碗外径/mm 打翻压强/MPa 密封性 本矿浆管道使用清管器类型 结论 碟型清管器 直碟混合型清管器 钢刷清管器 测径清管器 碟形 碟型皮碗 355 0.82 强 √ √ √ √ 采用 平板 支撑皮碗 355 0.41 弱 × √ × √ 不采用 锥形 深锥皮碗 355 1.50 强 × √ × × 不采用 制表：李冬 日期：2017.7.26 (3) 对于清管器皮碗的材质：小组成员经过调研，发现生产清管
18、器皮碗的原材料通常有两种：TDI聚氨酯原材料、MDI聚氨酯材料。针对皮碗“高耐磨”要求，重点比较TDI和MDI两种材料的磨耗性能和撕裂强度，同时依据挥发性越弱则越环保的原理考察二者的环保性能： TDI与MDI性能对比表 表6-4 原料类别 磨耗性能 撕裂强度 挥发性 1.33kPa下的沸点 采购 渠道 结论 TDI Akron磨耗在0.008~0.02 35~65kN/m 118℃，较易挥发 广泛 不采用 MDI Akron磨耗在0.001~0.005 45~90kN/m 156℃，较不易挥发 广泛 采用 制表：张畅
19、 日期：2017.7.23 因此选择MDI聚氨酯作为新型矿将管道清管器皮碗的材料。 骨架 皮碗 材质 形式 形状 材质 低碳钢 无加强筋刚性骨架 碟形 MDI 综上所述，“高耐磨皮碗装配刚性骨架机械清管器”的最终方案为： 图6-2方案比对树图 制图：张畅 日期：2017.7.27 七、制定对策 通过组织讨论论证，小组对优化方案的可行性、安全性、重点难点等进行评估，制定5W1H对策表： 对策表 表7-1 序号 方案 对策 目标 措施 地点 完成时间 负责人 1 骨 架 订制清管器骨架 低碳钢无加强筋刚
20、性骨架整体长度474mm，重量不大于10kg 1咨询多家清管器骨架制造厂； 2按图纸订制清管器骨架 清管器骨架制造厂 2017.9.29 刘争 2 皮 碗 加工高耐磨皮碗并检验皮碗成品质量 碟型皮碗，外径355mm，外观无缺损、无可见气泡；当清管器皮碗经牵拉试验运行20千米后，平均厚度磨耗量不大于1毫米；清管器皮碗Akron磨耗不大于0.002，撕裂强度在45~80kN/m 1设计正交试验，确定化学配比和硫化时间对于磨耗性能的最佳组合； 2制定工艺流程； 3加工皮碗并制作试片； 4按《机械清管器技术条件》规定的方法进行检验 清管器车间 牵拉试验场 研发车间
21、2017.10.9 张畅 李冬 梁也 3 清 管 器 组装调试清管器 清管器为四碟清管器，高度580mm，直径355mm，整体质量符合《机械清管器技术条件》要求 1组装清管器； 2按照《机械清管器技术条件》规定的方法进行检验 3对清管器进行牵拉试验 清管器车间 牵拉试验场 2017.10.28 张文 制表：张文 日期：2017.7.30 八、 对策实施 8.1实施一 小组成员咨询了4家骨架制造厂，订制了低碳钢无加强筋清管器骨架。 图8-1骨架加工图 图8-2骨架成品 8.2实施二 MDI聚氨酯的性能取决
22、于化学结构，化学结构受化学配比和硫化时间控制，所以需通过试验确定二者数值，以确定最佳方案。 小组成员通过查阅《聚氨酯弹性体手册》及相关论文文献发现：设定MDI预聚体的比例为100不变，则聚酯多元醇比例在55~140、1,4-丁二醇BDO比例在13.8~9.5的范围内制成的MDI弹性体为适宜做清管器皮碗的聚氨酯制品，在此范围内提高聚酯多元醇比例或降低1,4-丁二醇BDO比例，有利于提高聚氨酯弹性体的耐磨性且其他机械性能符合标准要求。 图8-3参考文献 同时参考现有的邵85A皮碗配比一般为：MDI预聚体：聚酯多元醇：1,4-丁二醇BDO=100：80:12.5，故聚酯多元醇比例在80~120
23、1,4-丁二醇BDO比例在12.5~10.5的范围内适宜本次课题目标。 此外，小组成员还根据生产经验预测脱模时间在20~30min的范围内，既可以保证反应程度从而保证物化性能，也可以保障生产效率，节约时间、节约生产资源。 将聚酯多元醇比例、1,4-丁二醇比例和脱模时间这三个影响聚氨酯皮碗化学结构的关键因素相结合，保证实际生产过程的可操作性和简便性，三种因素各选取三个等差数水平进行正交试验。 1）试验目的：聚酯多元醇比例、1,4-丁二醇比例、脱模时间这三者的最佳组合。 2）评价指标：当清管器皮碗经牵拉试验运行20千米后，厚度磨耗量不大于1毫米。 3）确定因素：聚酯多元醇比例、1,4-
24、丁二醇比例、脱模时间3个因素。 4）确定水平：聚酯多元醇比例有3个水平，1,4-丁二醇比例有3个水平，脱模时间有3个水平，具体情况如表所示。 因素水平表 表8-1 水平 因素 A聚酯多元醇比例 B1,4-丁二醇BDO比例 C脱模时间/min 1 80 12.5 20 2 100 11.5 25 3 120 10.5 30 制表：张畅 日期：2017.8.3 5） 选用合适的正交表：选用L9（34）表。 6） 正交试验 按照上述组合方案在其他条件均等的情况下制作同样规格的DN350碟型皮碗,量得皮碗原始厚度为
25、22毫米， 图8-4试验用清管器照片 在同样条件下进行模拟牵拉试验，结果如下： 试验结果表 表8-2 分组号 试验号 1 A 2 B 3 C 试验结果 平均厚度磨耗量/mm∙10-1 1 1 1（80） 1（12.5） 1（20） 12 2 2 1 2（11.5） 2（25） 10 3 3 1 3（10.5） 3（30） 4 4 4 2（100） 1 3 8 5 5 2 2 1 7 6 6 2 3 2 5 7 7 3（120） 1 2 9 8 8 3 2
26、3 5 9 9 3 3 1 3 I 26 29 22 II 20 22 24 III 17 12 17 K1 8.67 9.67 7.33 K2 6.67 7.33 8 K3 5.67 4 5.67 R 3 5.67 1.67 制表：张畅 日期：2017.8.28 7） 结果分析 看一看： 将试验结果
27、绘制成折线图，可以看出第3组至第9组试验结果符合评价指标。且第3组试验（A1B3C3）和第9组试验（A3B3C1）的结果较好。
图8-5正交试验结果图
制图：张畅 时间：2017.8.28
算一算：
确定较优位级，对于厚度磨耗量有A：K3 28、
A
2
B
3
C
试验结果
厚度磨耗量/mm
1
1（80）
3（10.5）
3（30）
0.4
2
1
3
1（20）
0.6
3
3
3
1
0.3
4
3（120）
3
3
0.2
制表：王晶 日期：2017.9.7
由此可知，A3B3C3的组合方案即
A聚酯多元醇比例
B1,4-丁二醇BDO比例
C脱模时间/min
120
10.5
30
为最终选定的化学结构方案。
同时，测定该化学结构方案下制得皮碗的硬度为邵氏74A左右，与现在普遍使用的邵氏85A硬度的皮碗相比，弹性形变能力强，通过性 29、能更优秀。
根据确定的化学结构方案，小组成员制定皮碗制作工艺流程，加工皮碗。
图8-6皮碗制作工艺流程图
制图：李冬 时间：2017.9.11
由于清管器皮碗在现场使用前不能有损耗，所以在制作皮碗的同时制作试片，保证原料、配比、温度、时间等条件一致，按Q/SY 1262-2010《机械清管器技术条件》规定的方法对试片的机械性能进行测试，从而反映清管器皮碗的机械性能。
出具报告：梁也 时间：2017.10.9
将报告中的测试值与标准规定的范围对比，清管器皮碗的各项机械性能均在标准要求的范围之内。
8.3实施三
出具报告：张文 30、 时间：2017.10.18
在组装检验清管器后，抽取其中一台清管器，进行牵拉试验
牵拉试验数据表 表8-4
牵拉速度
皮碗平均磨损厚度/mm
运行长度/km
最大拉力/t
1m/s
0.3
20
1.55
制表：任洪泽 日期：2017.10.28
牵拉试验结果良好，新型矿浆管道清管器可出厂投入使用。
九、效果检查
9.1目标完成情况
2017年11月，项目现场发送首台新型矿浆管道清管器，共运行23.53小时、138千米。全程运行正常，无憋压卡堵情况。作业结束，清管器收出后整体完整，皮碗整体磨损均匀。
图 31、9-1 清管器到达收球筒 图9-2 运行后的清管器
已知皮碗的原始厚度为22毫米，测量皮碗的剩余厚度。
皮碗剩余厚度统计表 表9-1
测量方位
皮碗剩余厚度/mm
第一个皮碗
第二个皮碗
第三个皮碗
第四个皮碗
3:00
13
18
18
14
6:00
14
18
20
18
9:00
15
18
20
19
12:00
15
17
19
16
制表：赵鹏 日期：2017.11.25
由磨损量=皮碗原始厚度-皮碗剩余厚度计算得，平均磨损厚度为5毫米，最大磨损厚度9毫 32、米，最小磨损厚度2毫米。
注：柱状图表示每次清除固体污物重量，折线图表示管道压强随清管次数的变化
图9-3清污重量、管道压强与清管器运行次数复合图
制图：赵鹏 日期：2017.12.15
本阶段运行总时间/h
267.6
本阶段运行清管器数量/台
13
矿浆主泵转速
管道压强/MPa
输送流量/(m3/h)
运行前
52%
14
470
运行后
58%
12.5
500
制表：张畅 日期：2017.12.16
运行前后管道主要参数对比表 表9-2
故目标实现，新型矿浆管道清管 33、器研制成功。
9.2效益分析
社会效益
由于新型矿浆管道清管器在本次检测技术服务项目的成功应用，加强了中油检测与业主方的稳定合作关系，同时同类型项目业主方亦慕名而来，要求使用中油检测的新型矿浆管道清管器，开拓了清管及检测技术服务市场。
图9-4对项目成果的宣传与表扬
新型矿浆管道清管器的成功使用，降低了清管器和检测器卡堵的风险，保证了检测一次性成功率，保障了检测技术服务的质量与安全。特别是磨损很小的皮碗可以重复使用，节省了皮碗的使用数量，具有经济与环保双方面的重要意义。
十、标准化
组织编制了相应的作业指导书，完善公司机械清管器的作业规范。
图10-1标准化成果
十一 34、总结和下一步打算
11.1总结
通过本次活动，小组成员在专业技术、自身综合素质和管理技术等方面均得到了不同程度的提高。
11.1.1专业技术
1) 小组成员化工知识理论联系工业生产实际的能力明显提升；
2) 丰富了清管器产品种类；
3) 完善了皮碗生产工艺流程；
4) 清管器的质量检验程序更加严格；
5) 创新意识得以激发，为清管器相关的研发工作拓宽思路。
11.1.2自身综合素质
综合自我评价结果如下：
综合自我评价表 表11-1
项 目
自我评价
活动前
活动后
参与意识
75
80
改进问题
80
88
解决问题
90
35、93
发现问题
85
90
质量意识
90
98
QC知识掌握
82
88
团队精神
90
95
制表：仲维斌 日期：2017.12.20
图11-1自我评价雷达图
制图：王馨饶 日期：2017.12.20
11.1.3管理技术
1) 学习了正交试验的使用方法；
2) 能够灵活运用关联图、树图和流程图等多种图表统计方法；
3) 对QC小组活动程序理解更加深入。
11.2下一步安排
我们QC小组将继续结合我公司的业务特点，针对业主不断增长的需求，和市场日益多元化的需求，为企业的发展壮大做出更大的贡献。
目前国内清管器行业普遍使用钢制骨架和聚氨酯皮碗组合装配的皮碗式清管器。对于弯头曲率半径小于1.5D的管道，采用柔轴式清管器能够满足通过性能要求。柔轴式清管器具有通过能力强、质量小等优点。本小组拟将“柔轴式聚氨酯清管器的研发”作为下一个QC小组活动课题。
29
©2010-2026 宁波自信网络信息技术有限公司 版权所有
客服电话：0574-28810668 投诉电话：18658249818
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490
关注我们 ：
