1 水切割的工作原理及优点

水切割法，即利用高压水流进行切割的方法[1]。 柱塞泵式水切割机主要由驱动系统、过滤器、增压 系 统 、 磨 料 供 给 系 统 、 控 制 系 统 及 水 循 环 系 统 构成。 工作介质通过低压软管经过滤器过滤后流入高 压柱塞泵，隔爆型三相异步电动机为高压柱塞泵提 供动力，将工作介质加压，高压水流经高压软管进 入磨料罐，与磨料充分混合，并带动磨料加速，最后通过Φ0.8 mm 的割枪枪嘴形成高压磨料射流进行 切割作业。 调压阀通过限流原理实现系统压力的无极调 节；安全阀通过溢流作业实现超压保护；单向阀可 防止水砂回流，进一步确保系统的安全性能[2]。 采用柱塞泵式水切割机施工效率高， 切割速 度不小于 150 mm/min，施工安全可靠。水切割机 切割属于冷切割、不动火，能保证拆除作业安全。 水切割机采用水和砂两种介质切割，砂在加工过程 中不会产生毒气，可直接排出，较环保。切割可多 方向进行，切口质量成型好、平滑，不会产生粗 糙、有毛刺的边缘。便携式水切割机操作简单、成 本低，切割每分钟仅耗水 15 L，节省人力，减少大 量的施工工日。

 2 水切割机的操作

2.1 操作步骤 调试工作及使用前准备。打开进水阀门，枪嘴 有水流射出，无堵塞。打开排气阀门，排净空气， 直至有水顺利喷出，关闭阀门。确保调压阀、磨料 控制阀、泄压阀处于关闭状态。启动电动机后设备 无异响或震动，系统无泄漏或渗漏，射流顺畅无堵 塞，压力可调、稳定且可达额定压力。调试正常后 可进行切割作业。 设备启动。完成调试工作，开启电源开关，右 旋调压阀手柄，逐渐调节压力到工作压力 （45 MPa）， 将磨料控制阀左旋 90°后加砂。当磨料射流基本 形成时开始切割。切割时根据射流的反射情况判断 切割状况：射流反射很高，说明工件未被切透；射 流斜向下状态为最佳状态；如若射流竖直向下，则 表示切割速度还可提高。 设备关闭。切割作业完成，首先关闭磨料控制 阀 （将 控 制 阀 手 柄 扳 回 原 来 的 位 置）， 设 备 运 行 1 min 左右，排净高压软管中的剩余磨料，左旋 压力阀手柄，将压力降为零，关闭电源开关，左旋 泄压阀手柄，释放系统中的压力，最后关闭进水阀门。 2.2 操作安全注意事项 （1） 设备操作人员须经过专业操作培训。 （2） 不得将枪嘴朝向周围的人员或设备。 （3） 使用设备时须严格按照操作步骤进行，且 要佩戴组合护目镜、防护手套等防护用具[3]。为确 保 安 全 ， 切 割 时 配 备 2 名 操 作 人 员 ， 1 名 负 责 切 割，另外 1 名负责观察主机运行情况。 （4） 使用前认真检查设备性能，确保系统无渗 漏，无异响。 （5） 操作人员需远离高压磨料水射流喷出及反 射的方向，以防受到伤害。 （6） 高低压软管严禁弯曲过度 （弯曲半径大于 0.5 m）、相互绞缠。 （7） 水切割机必须做好接地，接地电阻 ≤4 Ω[4]。 （8） 在使用水刀切割时，根据不同材料选择不 同的压力进行操作。 （9） 在使用水刀的过程中，要注意查看水刀的 增压器和高压管工作密封情况。 （10） 水刀切割好后边缘都十分锋利，应避免 划伤割伤。 （11） 设 备 使 用 过 程 中 ， 倾 斜 角 度 应 小 于 5°，以保证泵运转的最佳润滑调节。 （12） 设备运行时出现异常应立即停机，卸压 后进行检修，严禁工作时拆卸检修设备，严禁带电 检修设备。

3 应用

 3.1 新旧管道连头作业 以往改造工程管线更换需要大面积停产，管线放 空、清扫，必要时进行氮气置换，影响生产，投资 大，经济性差。应用水切割打开管线，再进行气囊、 油泥封堵双重防护，只对涉及更换的管线放空、清 扫，省去了停产、氮气置换，既经济又环保。 2016 年，在某深度污水站回 更换强自吸泵前进口端管线动火[5] 施工中，水切割前 将回收水池内液位降到喇叭口以上 0.8~1.2 m 之间， 确保喇叭口位于液面以下且不通过横管回流。应用 水 切 割 法 对 深 度 污 水 站 回 收 水 泵 前 进 水 管 线 （DN250） 进行打开，管线切开后在靠近回收水池一 侧放入双气囊封堵，再用油泥密封，采用可燃气体 报警仪检测合格后，对回收水泵前管线进行拆除施 工，再更换预制好的管线和强自吸泵。整个施工过 程历时 8 h全部完成，对比以往的此类动火连头，从 时间、人工、材料和设备使用上均有节省。 2017 年，在某深度污水站回收水泵更换工程 中，新建注水管线溢流管线更换同样应用水切割 法，将 3 000 m3 注水缓冲液位上升至收油口，对油 进行回收，回收后继续上升液位至溢流口喇叭下端 40 cm 左右，使液位稳定在收油口和溢流口之间。 将 2 个罐间阀室去往集水池的已建注水储罐溢流管 （DN400） 连接处靠近罐间阀室一侧进行水切割法 打开，气囊加油泥封堵完成且气体检测合格后 ，焊 接 DN400 法 兰 ， 取 出 封 堵 物 ， 加 入 0.5 mm 镀 锌铁皮加石棉垫盲死，再进行后续动火连头作业。 此次动火连头 6 h 即全部顺利完成。 3.2 污水沉降罐中心筒及附件拆除 2015 年，安装公司施工的北三污水站沉降工 艺及管网改造工程的 2 000 m3 污水沉降罐中心筒及 附件拆除施工中应用水切割法。污水沉降罐清淤时 打开的长方形罐壁板孔洞作为施工人员进入罐内施 工通道，在罐内搭设满堂红脚手架[6]。根据沉降罐 各部件位置及质量，计算每个部件的切割位置，在 切割位置处放线并安装导轨，采用高压水流切割机 进行分部切割作业，加入石榴砂的高速度水射流， 以 305 m/s 的速度直接从砂管中射出切割材料，完 成切割作业。使用可燃气体报警器随时监控罐内可 燃气体，罐内通风使用防爆轴流风机保持空气畅 通[7]。拆除罐体附件，通过上下双倒链及吊带垂直 运送出罐外。施工周期缩短了 15 天，且极大降低 了施工的安全风险。 3.3 老站卧式容器拆除 卧式容器作为储运设备应用于石油化工行业[8]。 在油田老区改造中，卧式容器腐蚀严重，使用变形的 现象多发，需要进行拆除作业。采用传统的火焰切 割[9] 存在较大的安全隐患，采用往复锯切割施工效率 较低，影响改造进度。水切割作为一种安全、经济又 环保的方法同样适用旧容器分体作业。

 4 施工效益分析

（1） 与常规火焰切割施工方法相比，水切割法 不会产生极高的热量给封闭区域切割施工带来极高 的安全风险，切割时只会产生极少的热量，使施工 的安全风险大幅降低。 （2） 与常规电动往复锯不动火施工方法相比， 施工操作人员工作效率大幅提高，施工工期缩短约 为 15 天，使得工日使用量极大降低，从而达到降 低人工费的目的。 （3） 以污水沉降罐中心筒及附件的拆除施工为 例，将水切割法与其他两种传统的施工方法进行成 本对比，结果见表 1。

5 结语

水切割法在金属切割领域、玻璃切割领域、建筑材料加工领域、石油化工行业等都有应用[10]，近年来，随着油田地面建设施工安全生产水平的不断提高，水切割法在含油、含气、污水等管线更换连头、旧罐改造、容器拆除的施工中得到实际应用。该施工方法对比传统的火焰切割和往复锯切割施工，具有安全、环保、经济、高效的特点，在油田地面建设工程中的应用前景广阔。