316Lmod管道焊接施工方案.doc

安徽六国化工股份有限公司年产28万吨合成氨项目316Lmod材料焊接专项施工方案目 录1.工程概况11.1.概况11.2.工程的特征及特点12.编制依据13.施工工艺程序14.施工准备25.材料焊接特性26.316Lmod管道材料的焊接、安装工艺37.管道安装技术要求98.施工主要机具材料109.安全注意事项11 第 页 共 11 页1、工程概况1.1 概况 本建设项目为年产量28万吨合成氨项目，其中尿素装置高压管道材质涉及316Lmod尿素级不锈钢管材、管件，管道延长米约395米，316Lmod材质阀门95个，各类管件136个，支管座、管台等63个，焊接量约2100达因。1.2 工程的特征及特点316Lmod尿素级不锈钢材料在本工程中主要集中用在液氨、高温高压甲铵液、汽提塔出料液、尿液等介质管线上，施工量主要集中在尿素主框架-轴间及4台高压泵上的外围配管区域。其中甲铵液在高温高压状态下对不锈钢材料的焊缝腐蚀、晶间腐蚀性最强，如果母材及焊缝上铁素体含量超标、碳含量超标等，极易引起材料、焊缝的选择性腐蚀与晶间腐蚀，造成重大质量隐患。因此，316Lmod尿素级不锈钢材料的焊接质量要求高，质量控制点多，施工技术难度大，是整个尿素装置中焊接施工的重点。2、编制依据2.1工业金属管道工程施工规范 GB50235-2010；2.2现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 GB50236-98；2.3 316Lmod尿素级不锈钢管道焊接技术与质量控制 石油工程建设文献 文件编号：1001-2206（2010）05-0056-03；2.4316Lmod尿素级不锈钢焊接工艺评定 焊评编号：20031125；2.5石油化工铬镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程 SH/T3523-2009；2.6施工现场临时用电安全技术规范 JGJ462005。3、施工工艺程序4、施工准备4.1施工现场设备基本安装就位报验合格，各楼层爬梯制作、钢平台铺设到位，满足施工现场需求。4.2应准备吊装、倒运特材材料的吊装带，焊接机具、专用的切割、打磨等工具准备到位，施工措施材料准备齐全。4.3 材料堆放场地、管道预制场地或厂房准备到位。4.4 主要材料、管件、阀门等大部分到位，焊接材料已到位，材料合格证、质量证明文件齐全。4.5 材料经过光谱分析复验结果与出厂材质报告一致，经鉴定合格，可以使用，安装用的高强合金钢螺栓经材质分析合格。4.6上岗焊工的焊工证件齐全，合格项目能够覆盖316Lmod的焊接，且在有效期内，有从事316Lmod不锈钢焊接作业的经验。4.7焊接检验设备、无损探伤检测机具到场，且作业人员资质有效，铁素体含量测定仪器到位。4.8 焊接材料的管理、发放、领用人员安排到位，制度健全。5、材料焊接特性尿素生产中的液氨、尿液溶液、甲铵溶液等均为腐蚀性介质，其中腐蚀性最强的介质为高温高压下的甲铵溶液，对不锈钢具有很强的晶间腐蚀能力。需要从以下几方面对材料、焊接技术进行控制：A.控制316Lmod不锈钢焊接时的碳含量。室温下碳元素在奥氏体中的溶解度约为0.02%0.03%，当奥氏体碳含量超过它在室温的溶解度后，碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬结合，析出碳化铬Cr23C6,造成奥氏体边界贫铬，在腐蚀介质作用下，即可能产生晶间腐蚀，从而降底了抗腐蚀性。当含碳量低于0.03%的超低碳不锈钢由于碳含量极低，使不锈钢在敏化状态时(奥氏体不锈钢敏化温度范围为450850)在晶间析出的碳化铬Cr23C6明显减少，而具有良好的抗晶间腐蚀能力。必须严格控制碳的来源。焊接时，由于高温作用，焊件及焊材表面的油污碳化均可能产生大量的碳而渗入到焊缝中，故焊前必须进行严格的除油污工作，常用丙酮去油污。焊接过程中，必须用专用的刚玉砂轮片打磨焊缝清理。B降低316Lmod不锈钢焊缝在敏化温度区的停留时间。焊接中焊缝两侧一定距离处的材料会正好处于敏化温度范围，接触腐蚀介质后，会在这个平行于焊缝的狭长区域中发生晶间腐蚀，称为焊缝腐蚀。不锈钢产生晶间腐蚀的加热温度为450850,这个温度区间就称为产生晶间腐蚀的“敏化温度区”， 其中尤以650为最危险。当加热温度小于450或大于850时，不会产生晶间腐蚀。故焊接接头在危险温度区停留的时间越短，接头的耐晶间腐蚀能力越强，所以不锈钢焊接时，快速冷却是提高接头耐腐蚀能力的有效措施。由于奥氏体不锈钢冷却过程中没有马氏体的转变过程，所以快速冷却不会使接头淬硬。C防止焊接热裂纹。热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，奥氏体产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得多。热裂纹产生的主要原因是奥氏体不锈钢导热系数小膨胀系数大，延长了焊缝金属在高温区的停留时间，增加了焊缝在高温时经受的拉伸应变。可采用提高焊接熔池冷却速度的方法，短弧焊、低线能量（低电流）、窄道焊接技术等来加快熔池冷却速度。D.控制铁素体含量。由于甲铵液、尿液的腐蚀特性主要是整体腐蚀和选择性侵蚀，而铁素体组织的存在有利于选择性侵蚀的发展，所以纯奥氏体组织抗甲铵液、尿液的腐蚀性能最好，故必须严格控制316Lmod中铁素体的含量不超标。右图1中，奥氏体连续冷却C-曲线1为较小焊接线能量所获得的曲线，而奥氏体连续冷却C-曲线2为过大焊接线能量所获得的曲线。从图1可以看出，当焊接线能量加大时，焊缝冷却时间加长，奥氏体连续冷却C-曲线右移，在奥氏体连续冷却C-曲线未与奥氏体等温转变C-曲线相交之前，焊缝熔敷金属最终为全部的奥氏体组织。继 图1.奥氏体、铁素体形成曲线图续增大焊接线能量，奥氏体连续冷却C-曲线继续右移，当奥氏体连续冷却C-曲线碰到奥氏体等温转变C-曲线（725775）时，焊缝熔敷金属最终组织中就有铁素体产生。因此应严禁将尿素级不锈钢焊件、焊材与碳钢材料接触；使用专用的不锈钢刚玉砂轮片；由于不锈钢材料的电阻较大而使得焊接时的发热量大，故焊接时应采用较小的焊接线能量，并控制层间温度不超过60，减少焊接过程高温停留时间，避免奥氏体连续冷却C-曲线与奥氏体等温转变C-曲线相交，保证焊缝熔敷金属最终为全部的均匀的奥氏体组织。6、316Lmod 管道材料的焊接、安装工艺6.1 原材料及焊材的保管要求6.1.1 经过检验合格的原材料及焊材的保管要求设专库进行统一管理，不允许与其他材料及焊材接触。6.1.2 焊条烘干宜采用专用烘干箱。禁止与碳钢焊条、其它不锈钢焊条放在一起烘干。控制烘干温度，正常的烘干温度为325，保温1小时。烘干好的焊条不使用时须在恒温箱内保存,恒温温度100-120。6.1.3 焊条、焊丝由专人看管、发放及回收。施工队由专人领用焊条、焊丝，登记到位。6.2 316Lmod尿素级不锈钢高压管道预制6.2.1 316Lmod尿素级不锈钢高压管道预制要求在专用车间进行，车间不允许进行其他钢种施工作业。预制平台用木质或不锈钢板制作，也可用碳钢钢板制作，但必须在平台上平铺上不含氯离子的石棉板或橡胶皮。其外预制平台要求干净、无灰尘。不论是存放在预制车间还是临时堆放在施工现场的预制管段，都应在其底部平铺上不含氯离子的石棉板或橡胶皮；且预制管段应及时清扫封闭。预制场不得直接用碳钢材料作为堆放、支撑、找平、对口工具，场地应设置有防风、防雨措施。6.2.2同种管径且同种壁厚的管道统一排料，管道下料时除现场实测实量外，还应充分考虑管道坡度以及组对间隙的要求。6.2.3 316Lmod尿素级不锈钢的切割及开孔 (1) 316Lmod尿素级不锈钢高压管道的切割采用机械方法切割，不宜用等离子切割、气割等热加工方式，如特殊情况采用等离子切割，则管内必须加垫板保护，预防氧化物与管内壁熔粘，切割后用专用砂轮片清除切口表面氧化物、合金元素烧损部分、熔渣、飞溅物，露出原金属本色，清理修磨坡口时，应平稳的打磨，以防止其表面变为蓝色； 严禁采用碳弧气刨。高压设备（高压洗涤器、合成塔）接口盲板拆除时，只能用专用不锈钢刚玉砂轮片打磨铲除。(2) 316Lmod尿素级不锈钢高压管道的开孔，使用专用钻头在钻床上或手持电钻专用钻头进行开孔。热电偶组件等开孔，设计要求将螺纹接头与管子焊好之后，再将螺纹接头底部的管子钻通、扩孔、除刺。也可采用另一种做法：先将螺纹接头钻通、扩孔、除刺，随后插入与热电偶套管等径直管段定位，然后将螺纹接头与管子焊好之后，拔出直管段，插入套管，安装热电偶。6.3 316Lmod尿素级不锈钢焊接工艺6.3.1 焊接要领采用手工钨极氩弧焊机和直流弧焊机。施焊前，应先向管内充99.99%纯度氩气，然后焊把送氩气，再引弧。焊后先收弧，后停气。停弧后保持送气5秒左右。引弧最好采用高频，每焊至点固处磨掉原点固点，再继续焊接，以便减少可能产生的接头缺陷，氩弧焊焊接完第二层后，由电弧焊填充盖面。无论是氩弧焊还是电弧焊，其收弧时一定要注意填满弧坑。6.3.2 焊接方法及焊接材料壁厚8mm，采用全氩弧焊焊接；壁厚8mm，采用氩弧焊与手工电弧焊相结合焊接，氩弧焊打底焊接两层，其余各层采用手工电弧焊，焊接时焊条不摆动或少摆动，采用多层多道焊焊接。焊接材料的选择钢 号焊 丝焊 条不锈钢316L modR25.22.2LMn(1.6、2.0、2.4)E25.22.2LMnB (3.2、4.0)6.4焊接技术要求6.4.1坡口型式及加工要求A、316Lmod尿素级超低碳不锈钢管道的切割必须采用机械方法，不宜用等离子弧、气割加工，本工程使用车床（车刀必须为不锈钢材质）或不锈钢刚玉砂轮片加工坡口，使用不锈钢砂轮片打磨。B、在加工坡口时，考虑到316Lmod尿素级超低碳不锈钢导热系数小、线膨胀系数大等特性，为了减少焊接变形，坡口倾角和底部R相应减小。坡口表面应平整光滑，不得有裂纹、毛刺、分层等缺陷。C、316Lmod尿素级超低碳不锈钢管道坡口型式如图2。图2 坡口加工形式图D、加工时考虑到316Lmod尿素级超低碳不锈钢的特性，为了防止渗碳，设置了专用预制区，与碳钢、合金钢管等充分隔离。搬运时采用尼龙或纤维吊带，采用钢丝绳时应用不含氯离子隔离垫片与母材隔开。不锈钢加工工具为专用，禁止与碳钢、合金钢管加工工具混用。E、加工坡口时，边加工边浇水（水中氯离子含量最大为25ppm）；坡口打磨时，平缓地打磨母材使之不至于变成蓝色。F、坡口加工后进行包裹，避免碰撞污染渗碳。焊接前用丙酮（或酒精）清洁坡口及其相邻区域(离边缘约30100mm范围内)，去除油脂，并用石棉板或胶带包扎坡口两侧，以防止焊接时渗碳和飞溅熔粘母材发生选择性腐蚀。6.4.2焊工人员要求A、从事316LMOD焊接作业的焊工，必须持有GTAW-6G、SMAW-6G(K)项目资质证件，经专项焊接培训，并取得相应焊接资质，否则不得从事此材质焊接工作，所有焊接作业焊工持证上岗。B、焊工在施焊前应了解母材的材质、所采用的焊接工艺，包括坡口型式、焊接方法、焊材牌号、焊接电流、电压、层间温度、焊接线能量等。6.4.3焊接环境控制A、对316Lmod尿素级超低碳不锈钢焊接进行严格的环境控制，制作防风防雨篷，并对焊接环境进行及时监测。B、焊接时风速：手工电弧焊控制在3m/s以下，氩弧焊控制在0.5m/s以下。C、焊接现场必须保持清洁，其他无关机具禁止进入焊接现场。6.4.4 焊接组对和定位焊接A、组对前，对坡口尺寸进行核查，坡口进行渗透着色检查有无缺陷渗透时间最少15分钟。由于316Lmod尿素级超低碳不锈钢焊接时液态金属流动性、浸润性较差，熔深较小，为防止未焊透等缺陷，组对时应内壁齐平，内壁错边量不大于0.5mm。为防止内凹，精确组对间隙，加工制作316Lmod不锈钢材质300202.0和150152.5两种规格的组对定距块。B、316Lmod尿素级超低碳不锈钢定位焊采用氩弧焊焊接，正式焊接时将定位焊点彻底打磨掉。为保证底层焊道成型良好、减少应力集中，焊缝应平滑过渡到母材，并将焊缝两端打磨成斜坡状。正式焊接时，起焊点在两定位焊缝之间。组对时尽可能不使用直接焊接在母材上的卡具，以免损伤母材。C、焊接在母材上的卡具必须用316Lmod尿素级超低碳不锈钢材料，不允许使用碳钢、合金钢管，严防渗碳。卡具的拆除需使用不锈钢专用砂轮打磨，不得采用敲打、掰扭等方法。拆除后修磨平整，如有凹陷必须补焊，并作渗透检查。组对过程中严禁强力组对，以免造成应力集中。6.4.5 焊接过程控制A、管内充氩其流量要根据管径大小来确定，焊接大直径管子时，为了增强氩气保护效果，坡口上可用胶布粘上，焊接时随时去掉有碍部分。焊接快结束时，应减少氩气量，以免管内氩气压力过高而影响接头质量。B、氩弧焊枪与工件夹角7580，焊丝与工件夹角1015为宜。C、316Lmod尿素级超低碳不锈钢焊接应尽可能减小线能量输入，减轻焊接接头的敏化程度，从而提高耐蚀性。因此要求采用多层多道窄焊道焊接工艺，采用小线能量、短电弧、不摆动或小摆动的焊接方法。焊缝填充高度超过10mm时，进行多道焊，不允许任意摆动堆宽焊道来提高熔池温度。GTAW焊出现钨极触及焊丝或熔池时，立即停止焊接，进行清理后继续焊接，防止夹钨。D、多层焊时，氩弧焊每层焊完后，应用不锈钢丝刷进行表面氧化物清理，电焊每层焊完后，应用不锈钢刚玉砂轮片角向磨光机彻底打磨和不锈钢丝刷清理干净，防止夹渣。并经质量检查合格后方可进行下一层的焊接。多层焊的层间接头应错开。严格控制层间温度，层间温度不得超过60。层间温度采用红外线测温仪测量。E、DN100的管子焊接时，因加热集中，散热缓慢，易造成晶粒长大严重，热裂纹倾向加大，焊缝在敏化温度区停留时间长易发生晶间腐蚀。可采用在焊缝两侧用湿布擦拭焊缝两侧、浇水等强迫冷却的措施，但注意不可直接在焊缝上进行。F、焊接过程中注意清洁保护。焊接前，用丙酮对焊丝、钨极进行清洗擦拭，去除油脂和其它杂质，防止渗碳。焊接过程中一次未用完的焊丝端部氧化烧损部位禁止熔入焊缝，必须先剪切或打磨去除，方可用于焊接。钨极打磨后要用丙酮重新清洗。G、焊接期间不允许在工作区内进行喷漆工作，防止油脂进入，造成渗碳。预制和焊接过程中，施工人员的手套、衣服等用品要保持清洁，以免过程中发生污染，影响焊接质量。H、焊接过程中必须在坡口内进行引弧，管壁上严禁出现电弧擦伤。收弧时应填满弧坑，每道焊缝必须注明焊工代号，以便检验和做施工记录。I、管道焊接检验合格后及时对焊接接头进行酸洗钝化处理。J、环境温度5、相对湿度80%，不得受风雨雪的侵袭。6.4.6 焊接工艺参数（1）手工钨极氩弧焊工艺参数钨极直径mm焊丝直径mm焊接电流A电弧电压V焊接速度mm/min氩气流量管内L/min焊把L/min3.02.075100 （90）815（12）651220815注：焊机采用直流正接形式,括号内为最佳值。（2）手工电弧焊工艺参数焊条直径mm焊接电流A电弧电压V3.280120（95）2026（24）注：焊机采用直流反接形式，括号内为最佳值。6.4.7氩弧焊的氩气保护A、氩气选用纯度为99.99%，选用合格的氩气供应厂家，使用时现场进行检验，在操作方法正确的前提下，清除锈迹碳钢表面后引弧，起弧后在原位置停留5-10秒，然后熄弧。观察熔化后金属状态，表面呈亮白色为最佳，表面发黄就说明氩气纯度较差，不能使用。B、氩弧焊的氩气保护至关重要。氩弧始焊时应提前送气，停焊时滞后5s停气。C、焊接保护气流量一般为815L/min。为防止氩弧焊时背面焊道表面氧化而降低焊缝质量，焊道背面必须采取充氩保护措施。充氩保护可采用整体或部分充氩两种方法，见后附图3、图4。管内充氩时，应在封头处留有吹除孔(510mm)。充氩开始时流量可适当加大，确保管内空气完全排除。焊接时氩气流量应适当降低，保持平稳，以免造成焊缝背面因氩气吹托在成形时出现凹陷。背面保护气流量一般为1220L/min。充氩时，尽可能采用部分充氩，以免造成浪费。D、氩气保护效果可根据焊缝颜色变化进行判断。焊接过程中，焊工可根据颜色调整保护气，使焊缝达到最好的保护效果。焊缝颜色和保护效果对照表焊缝颜色银白、金黄蓝色红灰色灰色黑色保护效果最好良好较好不良最差E、焊接设备供气系统应保持清洁，尤其是氩气输送带内必须保持清洁，使用前将氩气带内杂物吹出，避免将杂物带入焊缝熔池内。6.5 焊接检验A、焊口坡口打磨后后PT渗透检查是否有缺陷，氩弧打底焊两层，丙酮清理干净后进行直观检查、铁素体含量检查，如无缺陷，进行填充、盖面的焊接，填充、盖面手工电弧焊时应用专用刚玉砂轮片、不锈钢钢丝刷分层清理焊渣、杂物；如因故停焊后再次复焊时，焊缝应重新打磨、丙酮清洗、铁素体含量检查。最终焊接后进行直观检查、液体渗透检查，丙酮清洗焊缝后铁素体含量检查和射线检查。直观检查要求焊缝圆滑过渡到母材，不允许有裂纹、气孔、夹渣、咬边、凹陷、未熔合等缺陷。焊缝余高要求：母材12.5mm时，余高11.5mm；母材为12.525时余高12.0mm；母材25时余高13.0mmmm。B、每名焊工焊接各种规格的前2道焊口，焊道的每层焊缝应进行铁素体含量检测。C、液体渗透检查采用水洗型着色渗透法，并用湿式显示剂。工件的表面温度在1550之间，渗透时间最少为15分钟。D、铁素体的含量使用探头式铁素体测量仪检测，最大铁素体含量应0.6%。检验前，用丙酮清洗校验试件、检验探头及焊缝，使其无锈浮物、油脂等杂质，确保检验精度。检验过程中，要常清洗探头，确保不受污染，保证检测值的准确性。当检测点铁素体含量超标时，可用专用砂轮片进行打磨处理，用丙酮清洗打磨处，再进行测试，仍不合格，应核对母材、焊材铁素体检测报告、焊材使用正确性及组对施焊过程进行分析，制定纠正措施，进行修复，保证铁素体含量在要求范围内。E、 射线探伤比例为100%，具体见设计管道表，一次合格率保持在98%以上。6.6焊缝返修 经无损检测不合格的焊缝必须消除缺陷，修复处理。缺陷消除采用不锈钢专用砂轮打磨的方法，坡口修整成适合补焊的形状。严禁使用碳弧气刨清除缺陷，以防止渗碳。补焊前应采用渗透检测确认缺陷是否清除。返修焊缝的焊接难度较高，返修部位氩弧焊比较容易保证质量，且线能量小。同一部位的返修次数不应超过二次，若超两次返修，应分析原因，制定措施，并经技术负责人批准后进行。6.7对焊缝铁素体含量地控制可采用如下措施。6.7.1焊接技术措施（1）选用适当的焊接方法，使它输入焊接熔池的热量最小，让焊接接头尽可能的缩短在敏化温度区段的停留时间，减低敏化温度（450850）对焊缝的影响；（2）合理地制定焊接工艺参数在保证焊缝质量的前提下，用最小焊接电流，最快的焊接速度；（3）合理的焊接操作a、采用窄焊缝，多道多层焊，每一道焊缝或每一层焊缝焊后，要等焊接处冷却到低于60温度时，再进行次一道或次一层焊缝焊接；b、在施焊过程中不允许焊接材料在熔池中摆动来增高熔池的温度和冷却时间；c、在材质分界线处，316L尿素级不锈钢的焊缝，在有条件的情况下一定要最后施焊，以减少焊缝的受热次数；d、为了加快焊缝冷却速度，每焊完一层焊缝后可以浇水（水中氯离子浓度25ppm）加快冷却不会产生裂纹；也可以边焊边用湿布擦拭，焊一段擦拭一段，但必须注意焊接熔池及其附近区域不允许有水。7、管线安装技术要求7.1管线预制A、同种管径且同种壁厚的管道统一排料，管道下料时除现场实测实量外，还应充分考虑管道坡度以及组对间隙的要求。为保证施工管理，同一条单线必须由同一施工组进行施工，焊口统一编号，统一检测。B、管线预制要考虑运输和安装方便，应合理选定自由管段和封闭管段，封闭管段留有50mm左右的调整余量。C、 预制完毕的管段，应将内部清理干净，及时封闭管口，防止管道内进入杂物，管口封闭采用塑料胶带；管内用破布进行内部拖拉清理杂物。D、预制完毕的管段具有足够的钢性，堆放中不得产生永久变形。E、预制完毕的管段要标明管段号、顺序号等，以便安装顺利，不锈钢管道不得使用钢印做标记。F、在管线预制过程中，焊口探伤工作必须同步，不合格的严格按要求及时返修。 G、管道预制要求在专用库房进行，库房内不允许进行其他钢种施工作业。预制平台用碳钢钢板制作，在平台上平铺不含氯离子的石棉板或橡胶皮。7.2管道安装技术措施7.2.1管道安装前，用白布在管内拖拽，将管道内清扫干净；7.2.2不能与碳钢或镀锌管相接触； 7.2.3临时搭接件和临时支撑的材质应为尿素级不锈钢；去除临时搭接件和临时支撑时，只能使用专用不锈钢砂轮片打磨铲除；7.2.4固定夹具采用尿素级不锈钢制作； 7.2.5高压排污总管各支管上的阀门必须进行100%的单体试压，且试压时应有业主、监理在场。7.2.6高压气相管道连接的两台高压设备的操作压力几乎相等，为减少流体流动阻力，气相管道安装时，要按图施工保证水平管水平，不能有坡度，以保证流体正常流通；同时要确保气