酸性介质设备及管道焊缝热处理技术探讨.doc

酸性介质设备及管道焊缝热处理技术探讨汪国林秦涛四川石油天然气建设工程有限责任公司，四川成都 610213摘要：酸性介质天然气设备及管道系统的焊缝存在残余应力，为了消除和降低其残余应力，减缓酸性 介质对焊缝的腐蚀速度，需要对设备及管道系统的焊缝进行局部退火热处理。 在天然气处理厂内对 设备和管道系统焊缝的热处理一般采用电阻加热法。 通过预设工艺参数的智能温控设备和温度传 感仪控制输出的电流对电阻丝进行加热， 利用热传导使工件按照要求的温度时间曲线完成热处 理过程。 经过热处理后焊缝的硬度值和残余应力会大大降低，从而提高设备及管道的力学性能和耐 应力腐蚀性能，延长其使用寿命。关键词：酸性介质；焊缝；残余应力；热处理文献标识码：B文章编号：1006-5539（2011）05-0060-03前言金属力学性能是指金属材料抵抗各种外加载荷 的能力，其中包括弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击 韧度、断裂韧度及疲劳强度等1，它是衡量材料性能极 其重要的指标；金属耐腐蚀性能是指它在常温下抵抗 大气、水蒸气、酸及碱等介质腐蚀的能力。 提高金属的 力学性能及耐腐蚀性能，对于节省材料和延长构件使 用寿命具有现实的经济意义。焊接是金属发生快速融化结晶的过程，在焊缝 及热影响区不可避免地产生了残余应力、 硬度升高、 塑性下降。 残余应力可导致焊缝发生应力腐蚀，高硬 度和低塑性也使焊缝的力学性能与其他部位不平衡， 在复杂应力作用下成为整个工件的薄弱部位。 去应 力 退 火 是 将 焊 缝 及 热 影 响 区 加 热 到 共 析 线 下 100 200 ，恒温一段时间，再缓慢冷却，通过恒温阶段的金属塑性流动作用（也称蠕变）消除残余应力，降低硬度、提高塑性，从而优化焊件的力学性能和耐腐蚀性能2。在含有酸性介质的天然气处理设备和管道系统内，硫化氢作为原料天然气里危害最大的杂质，其酸 性腐蚀较强，特别是管道的焊缝部位，在与焊接残余 应力的联合作用下， 其腐蚀速度更是常规介质的几 倍，其形成机理主要为硫化物应力腐蚀开裂（SSC）和 氢致诱发裂纹（HIC）两种3。 根据以往的管道开裂事 故不难判断，油气管道的应力腐蚀开裂往往起源于焊 接接头区域4。0范围为了减轻含硫介质的应力腐蚀，延长管道使用寿 命，需要对含硫介质管道焊缝进行去应力退火的局部1热处理。按 GB 50236-98现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范5的规定：对有应力腐蚀的焊缝，应进行焊前预热及焊后热处理。天然气处理厂内的硫化氢介质， 一般都混杂在 油、气和水中，涉及的管道系统主要包括：原料气、气收稿日期：2010-05-23装卸速度一般，田水、未稳定凝析油、酸气、酸水、富胺液和热贫液等。以上介质的设备、管道焊缝及与之相焊的支吊架焊缝 均需进行 100 %热处理。实施22.1工艺流程设备和管道系统焊缝热处理一般采用电阻加热 法，即将外覆陶瓷片或陶瓷环的高温合金电阻丝盘绕 在工件表面，通过预设工艺参数的智能温控设备和温 度传感仪控制输出的电流对电阻丝进行加热，利用热 传导使工件按照要求的温度时间曲线完成热处理 过程。热处理过程按照非限速加热、限速加热、恒温、限 速冷却和自然冷却五个阶段进行，见图 1：a）非限速加热阶段：当温度低于 400 时，升温速度不作限制，自由升温；b） 限速加热阶段： 当温度升 至 400 时， 其后应 以不大于（22025/）/h，且不大于 220 /h 的升温速 度进行加热（ 为壁厚，下同）；限，低合金钢取下限）时，开始恒温，恒温时间为每毫米厚度不少于 3 min，且总恒温时间不少于 30 min，恒 温阶段最高与最低温差应低于 65；d）限速冷却阶段：恒温完成后即可进行冷却， 应 以不大于（26025/）/h，且不大于 260 /h 的降温速 度进行冷却；e）自然冷却阶段：当温度降至 400 时，随后冷却 的降温速度不作限制，可自由降温直至常温。根据不同的管道壁厚、材质，其升温、恒温和降温 参数也不同。 以 20 G 和 16 Mn 类为例，热处理工艺参 数见表 1。恒温阶段：当温度升至 600620 （碳钢取上c）表1 热处理工艺参数表2.2主要设施表2 常用管道焊缝局部热处理加热器能源系统用电源供给，可以使用固定配电箱或大型移动发 电机，如采用发电机，其输出功率应为配套加热器功 率的 1.21.5 倍。2.2.1加热系统采用电阻加热法，常见的用于焊缝局部热处理的 加热器有三种，其主要特点和适用范围见表 2，其中以 履带式加热器的应用最为广泛。2.2.2保温系统采用硅酸铝纤维捆扎于焊缝处。2.2.4测量系统接触式测温仪、点焊式测温仪、硬度仪。2.2.3道焊缝热处理中常用的是吴江市新宇设备有限公司的智能温控设备 WCK-C-60 型（6 通道输出，每个通 道可控制 10 kW 的加热器）； 设备焊缝局部热处理采 用的是 WCK-360 型（36 通道输出， 每个 通道可控制10 kW 的加热器）。控制系统采用智能温控设备，操作简单、控制精确。 目前管2.2.5加热器名称特 点适用范围履带式陶瓷 电阻加热器加热效果好， 组装大面积加热区方便管道环缝、也常用 于大型容器焊缝局部热处理绳式电阻加 热器适应性强，但装卸麻烦，且陶 瓷环容易脱落而造成短路管道环缝，不规则 焊缝热处理哈佛加热器装卸方便迅速，经久耐用，但 规格繁多，需经常检查内部 保温层密实度以防止热电偶 与管道的贴合不紧密大批量同规格管 道环缝热处理需热处理的管道 壁厚/mm升温速度 /h- 1恒温阶段降温速度 /h- 1400400保温温度 /保温时间 /min400400210自由升温20060062030220自由冷却1115自由升温20060062050220自由冷却1620自由升温20060062060220自由冷却2126自由升温20060062080220自由冷却2.2.6检测系统采用硬度仪。热处理后应再次进行硬度检查，检查的方法和比例与原方法相同。施工方法注意事项a）热处理实施前应作好设备和管道系统在加热处 理过程中发生变形的措施；b）焊缝热处理应在无损检测合格后进行；c）在热处理过程中应严格按照工艺温度控制曲线，加热均匀，不得有局部过热现象；d）应作好加热升温过程中发生停电的应急预案，以及防风雨雪措施；e）对热处理焊接接头相邻处的不耐热管件采取隔 热或降温措施；f）焊缝一侧为不锈钢的管道焊接接头，不进行热 处理。2.32.52.3.1测温设置热电偶应距焊缝中心 3050 mm，紧贴管道和设备外壁以保证测温准确。 当管道和设备轴线为竖直方向时，热电偶可以在任意位置放置；当轴线为水平方 向时，热电偶应沿管道水平中心线向上 30左右放置。 管道公 称直径大于 或等 于 300 mm 时 应 设 两 个 测 温 点，小于 300 mm 时设一个测温点。加热器设置加热器应紧贴管道外壁以保证加热效果，用铁丝 捆绑牢靠。 加热宽度以焊缝中心线为基准，每侧不应 小于焊缝宽度的 3 倍，且不小于 50 mm。2.3.2保温设置采用硅酸铝纤维扩大覆盖加热区域，再用铁丝捆 绑牢靠。 保温层的厚度不得小于 50 mm，宽度应大于 2 倍加热宽度，且超出加热宽度外边沿的部分单侧应不 得小于 50 mm。2.3.4线路设置接好电源温控设备加热器、热电偶。2.3.3效果在四川龙岗及土库曼斯坦巴格德雷酸性气田天 然气处理厂对设备和管道系统约 60 000 道环形焊缝， 焊缝长度约 24 000 m， 以及相关的支架角焊缝近 5 000 m，采用了热处理消除残余应力技术，经检验符合标准 和规范规定，取得了良好效果，为相关工程积累了宝 贵的施工经验。3控制系统设置按照工艺要求设置参数，确认全部系统正常后即 可进行热处理。2.4 质量检查对已热处理完毕并冷却至常温的焊缝，应作硬度 值测试，每一条加热焊缝至少应检查一处，且每处应 包括三点：焊缝、热影响区和母材。 应通过硬度测量检 查热处理效果， 硬度值应符合设计文件和 GB 50236-98现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范及相关工程标准规定，无规定时碳素钢焊缝和热影响区 的硬度值不宜大于母材的 120 %， 合金钢不宜大于母 材的 125 %5。热处理过程中因断电或其它原因而中止热处理，或硬度值超过规定数值时，应重新进行热处理；重新2.3.5参 考 文 献 ：1 樊 东 黎 . 热处理工程师 手 册 M. 北 京 ： 机械工业出版社 ，2005，792-817.2 徐 帮 学 . 热 加 工 与 热 处 理 M. 天 津 ： 天津电子出版社 ，2003，170-172.3 王 澎. H2S 对天然气处理设备的腐蚀及相应 对 策 J. 天 然 气 与 石 油 ，2010，28（2）：34-364 陈 居 术 ，孙 新 岭. 管道焊缝的应力腐蚀及其控制 J. 油 气 储运 2003 22 11， （ ）：42-45.5 GB 50236-98，现 场 设 备 、工业管道焊接工程施工及验收规 范 S.Damage of Fluid Intrusion and Water Lock Effect on Gas Well ProductionBu Caixia （Yangtze University，Jingzhou，Hubei，434023，China）Bu Caixia，Lin Lina，Wang Yongheng （SINOPEC North China Company Development Department，Zhengzhou，Henan，450006，China）Lin Lina （SINOPEC North China Company Dispatchment Department，Zhengzhou，Henan，450006，China） NGO，2011，29（5）：53-56ABSTRACT：At present，most of natural gas wells in China will separate out condensate water or generate formation water in production process and their output is less than the critical carrying fluid flow，which results in different de- grees of gas well bottom effusion. With continues gas field development，formation pressure drops gradually，fluid in- trusion and water lock effect are particularly prominent in gas well shutdown process. Taking Daniudi Gas Field forexample，analyzed is the changing regularity of wellbore pressures and well bottom gas flow in gas well shutdown process，described are causes resulting in fluid intrusion and water lock effect and damage of fluid intrusion and wa- ter lock effect on the formation and put forward are relative preventive measures，which is of importance to improveeffects of low permeability gas reservoir development.KEYWORDS：Danniudi Gas Field；Gas well；Fluid intrusion；Water lock effectCORROSION AND CORROSION PROTECTIONApplication of Composite Spraying Technique for Double Metal in Serious Corrosion Gas WellsXi Yuntao，Yang Quanan，Li Qiongwei，Li Mingxing （PetroChina Changqing Oilfield Company Oil and Gas Technol-ogy Research Institute，Xian，Shaanxi，710021，China）Xi Yuntao，Yang Quanan，Li Qiongwei，Li Mingxing （State Laboratory for Low-Permeability Oil & Gas Exploration and Development Engineering，Xian，Shaanxi，710021，China） NGO，2011，29（5）：57-59ABSTRACT：Some gas wells with high water content and high mineralization in Changqing Jingbian Gas Field areseriously corroded and service life of oil pipelines in the wells are shortened greatly，which results in production stop of gas wells and frequent well repairs and brings about serious potential safety hazard to gas field production. Corro- sion resisting alloy tubes are often used abroad to solve the above problem，but much more costs are needed and it isdifficult to apply such tubes in Jingbian Gas Field. Introduced is the composite spraying technique for double metal of 13Cr stainless steel in the bottom layer and Al alloy in the surface layer and analyzed is its microstructure and corrosion resistance and assessed is its field application in combination of field coupon corrosion test and corrosion detection means. The assessment results show that the composite spraying technique for double metal has such ad-vantages as low coating porosity，excellent corrosion resistance and low cost，which is a low cost and effective corro-sion control means for gas wells with low yield and serious corrosion.KEYWORDS：Double metal；Composite coatings；Supersonic arc spraying；Corrosion；Gas wellHeat Treatment Technology for Weld Lines of Equipment and Pipelines in Sour Gas Treatment PlantWang Guolin，Qin Tao （Sichuan Oil and Gas Construction Engineering Co.，Ltd. Chengdu，Sichuan，610213，China）NGO，2011，29（5）：60-62ABSTRACT：Residual stress exists in welding lines of acidic media equipment and pipeline systems. In order to e- liminate or reduce the residual stress，it is necessary to conduct local annealing heat treatment in welding lines of such equipment and pipeline systems to decelerate corrosion rate of acidic media on the weld lines. In natural gas treatmentplant，generally used is resistance heating method for heat treatment in welding li