燃气场站工程监理经验分享.doc

燃气场站工程监理工作实践分享内容提要第一部分：燃气场站工艺简介一、CNG加气站的类型二、CNG加气站工艺流程三、CNG加气站的系统组成和基本配置四、LNG气化站五、LPG灌装站：第二部分：燃气场站工程质量控制要点一、管道安装工程材料的质量控制二、焊接工程的质量控制三、设备安装的质量控制四、储气井施工质量控制五、设备试压及其它控制要点六、电气安装七、 PLC自动控制装置第一部分：燃气场站工艺简介燃气场站工程种类很多，有门站、储配站、加气站、气化站、调压计量站等等。在此，主要根据自己监理CNG加气站和LNG气化站安装工程的实践经验，重点介绍其生产工艺流程和监理对施工过程质量控制的要点，与大家共同探讨和提高。一、CNG加气站的类型车用CNG站的建站方式可分两类：标准站（也称常规站）及子母站。两种方式在技术上均是成熟的，但其建站条件与使用条件各有不同，各有其优缺点。标准站是利用现有城市管网建站，从管网取气，通过压缩机及加气系统实现给汽车加气。子母站是利用母站（具有标准站的功能）集中加压，通过加气系统向CNG拖车（车载储气瓶）加气，运输供应给子站，再通过子站加气系统实现给汽车加气。天然气加气母站，一般是利用城市高压或次高压管道建母站，可设在门站或高中压调压站内。加气母站的主要功能是将门站来的0.81.6MPa的天然气，经稳压、干燥、压缩，使压缩后天然气的最高压力达25MPa，通过加气机装入天然气运输撬车外运至各用气用户。加气母站由站房、加气岛、工艺装置区组成。加气母站主要设备包括：调压计量撬、橇装干燥器、橇装压缩机、加气机、控制系统、变配电设施等。母站建设宜靠近天然气高压管道或储配站，因此选址受到限制。子母站通常建于管网覆盖率低且门站压力高于1.0兆帕的区域，如北京，海口等市。由于母站通常建于城市边缘，其天然气在母站已全部集中处理完备。子站压缩机功率小，噪音容易达到国家一、二类地区标准，因而子站对周边的环境影响小。但由于拖车重达30吨，长达16-17米，在交通密集区行驶不便，容易造成局部交通阻塞，在某些区域需按时段通行，需要较高的运行及管理投入。二、CNG加气站工艺流程门站来天然气调压计量脱水干燥压缩机加气柱天然气撬车1、加气母站工艺流程图：2、加气子站工艺流程：CNG槽车拉运到子站后，通过软管与卸气柱相连，通过子站橇装压缩机、控制系统、储存系统、售气机构成的子站加气系统实现给汽车加气。汽车加气的最高压力限定在20MPa，站内储气瓶的压力限定在25MPa，利用优先顺序控制系统，提高加气效率。三、CNG加气站的系统组成和基本配置CNG加气站一般由6个子系统组成:(1)调压计量系统;(2)天然气净化干燥系统;(3)天然气压缩系统;(4)压缩天然气的储存系统;(5)控制系统;(6)压缩天然气的售气系统。这6个子系统，对于不同地区、不同环境条件的用户来说，其设备配置可能大不一样，有少，有多，有简单，也有比较复杂的，但作为一个完整的加气站却是缺一不可的。1、调压计量系统调压计量系统主要作用是，使从输气管道来的天然气的压力保持稳定，并满足压缩机对入口压力的要求。同时对输入加气站的气量进行计量。其主要设备为过滤器、调压器、流量计、压力表、旁通阀，以及主阀门等。2、净化干燥系统净化干燥系统，主要包括除尘、脱硫、脱油、脱水干燥等工序，可分为前置处理和后置处理两类形式。严格讲，压缩系统中每级压缩前后的冷凝除油过程也可归于净化系统。所谓前置处理，即在压缩前对天然气的干燥和净化，目的是保护压缩机的正常运行;而所谓后置处理，即在压缩后对压缩天然气的净化和干燥，其目的是保证所售气质的纯净，不但确保在发动机中燃烧良好，不会对发动机产生任何危害，同时也可避免可能出现的对售气系统的损害。这两种净化干燥处理方式，既可同时应用，也可只采用其中一种。从目前国内外实际应用来看，基本上都采用一种，而且近年来前置处理的方式逐步成为一种趋势，这样可保护加气站的核心设备压缩机不会受到腐蚀和损坏。脱水干燥的方式还可按脱水装置在CNG加气站工艺流程中的位置，分为低压、中压和高压脱水三种。这三种脱水方式都能达到车用CNG的脱水要求。近年来国内外都趋向于采用低压脱水方式。3、压缩系统 这是CNG加气站的核心部分，主要包括:进气缓冲和废气回收罐；压缩机组；压缩机润滑系统；压缩机和压缩天然气的冷却系统；除油净化系统；控制系统等6大部分。其中控制部分比较复杂，我们将把它作为一个单独的子系统，予以讲述。(1)进气缓冲和废气回收罐 进气缓冲罐，严格讲应包括压缩机每一级进气缓冲，其目的是减小压缩机工作时的气流压力脉动以及由此引起的机组的振动。 废气回收罐，主要是将每一级压缩后的天然气经冷却分离后，随冷凝油一起排出的一部分废气;压缩机停机后，滞留在系统中的天然气;各种气动阀门的回流气体等先回收起来，并通过一个调压减压阀，返回到压缩机人口。当罐中压力超过其上的安全阀压力时，将自动集中排放。同时，凝结分离出来的重烃油也可定期从回收罐底部排出。 实际上有的厂商在保证使压力脉动足够小的前提下，取消了缓冲罐，或以进气分离罐代替缓冲罐的作用，还有的将进气缓冲罐和废气回收罐合二为一，具有双重作用。(2)压缩机组 压缩机组包括压缩机和驱动机。压缩机是压缩系统，也是整个加气站的心脏。不同厂商生产的压缩机结构形式都不一样。用于天然气的压缩机比较大，基本上都是活塞往复式压缩机。其结构形式有卧式对称平衡式，有立式，有角度式(V型、双V型、W型、倒T型等)。国内生产的压缩机主要有V型和L型两种类型。 压缩机组的驱动机有两类，一是电机，用的最多，最方便；二是天然气发动机，主要用于偏远缺电地区，或气田附近，可降低加气站的运营成本。(3)压缩机润滑系统 压缩机润滑系统，包括曲轴、气缸、活塞杆、连杆轴套，以及十字头等处的润滑。该系统由预润滑泵、循环泵、分配器、油压表、油温表、传感器、油冷却器、油管、过滤器、油箱(曲轴箱)、废油收集器等部件组成。 其中气缸润滑方式可分为有油润滑，无油润滑和少油润滑三种。(4)压缩机和压缩天然气冷却系统 压缩机和压缩天然气冷却系统可以分为水冷、风冷两大类。水冷又分为开式循环和闭式循环两种。风冷也可分为两种，一种是气缸带有散热翅片的，多用于结构紧凑的角度式，另一种是气缸不带散热翅片的，用于结构分散的对称平衡式。4、压缩天然气的储存系统 压缩天然气的储存方式目前有4种形式，一是每个气瓶容积在500L以上的大气瓶组，每站3个-6个，在国外应用得最多；二是每个气瓶容积在40L-80L的小气瓶组，每站在40个一200个，国内外，尤其国内基本上是这种形式；三是单个高压容器，容积在2m3以上，国内现仅有一个生产厂应用；四是气井存储，每井可存气500m3，这是我国石油行业的创造，国内已有4000多口井，从委托监理的工程看已广泛采用。5、控制系统 完整的加气站控制系统对于加气站的正常运行非常重要。一个自动化程度高，功能完善的控制系统可以极大地提高加气站的工作效率，保证加气站安全、可靠地运行。 加气站的基本控制系统可分为6个部分: (1)电源控制; (2)压缩机组运行控制; (3)储气控制(含优先顺序控制); (4)净化干燥控制; (5)系统安全控制; (6)售气控制(含顺序加气控制和自动收款系统)。 这几方面的控制一般都通过微机和气动阀件来完成。较先进的加气站，还可以通过调制解调器(MODEM)和电话线，对各地多台加气站，实现远距离实时集中控制管理，包括实时监测、故障诊断和排除。先进的加气站设计必须依赖于先进的控制，所以控制系统占了加气站投资的相当比例。（加油站通过电话线安装多煤体集线箱，用电脑运距离集中控制管理加油机、累计每台加油机加油量，收入营业状况，假如油调价无需站内人员操作，晚上12；00省石油公司统一调价操作，；同时对储油灌内的油存量，通过光控标尺，反映储灌液位，显示油存量，电脑很快就能反映销售、盈利情况）6、售气系统 售气系统包括高压管路、阀门、加气枪、计量、计价以及控制部分。最简单的售气系统，除了高压管路外，仅有一个非常简易的加气枪和一个手动阀门。先进的售气系统，不仅由微机控制，还具有优先顺序加气控制、环境温度补偿、过压保护，软管断裂保护等功能。有的还增加了自动收款系统和计算机经营管理系统等。四、LNG气化站LNG指液化天然气。天然气液化是一个低温过程，在温度不超过临界温度（-82）时，对气体加压0.1Mpa以上,天然气液化由气态变成液态，其体积缩小600多倍，便于运输和储存。1、常用LNG工艺流程：（1）、站内所需LNG用槽车运来（槽车内LNG的压力一般在0. 3Mpa左右，温度在-145）在卸车台上通过卸车增压器给LNG槽车增压（一般压力增至0. 5Mpa）送入空温式气化器（液态天然气经过与空气换热，发生相变，成为气体）调压（一般在0. 2Mpa）、计量、加臭输送管道用气点（2）、站内所需LNG用槽车运来（槽车内LNG的压力一般在0. 3Mpa左右，温度在-145）在卸车台上通过卸车增压器给LNG槽车增压（一般压力增至0. 5Mpa）低温LNG储罐储存（非工作状态下，储存温度-145、压力0.3Mpa），工作时，通过储罐增压气化器，将储罐内的LNG增压到0.5Mpa自流入空温式气化器（通过气化器上铝质翅片与空气的换热作用，使LNG大量吸热而气化）调压（一般在0. 2Mpa）、计量、加臭输送管道用气点夏季空温式气化器出口天然气温度可达5以上，可直接进入调压装置，冬季需使用水浴式加热器使空温式气化器出口的天然气温度达到5以上，再进入调压装置。由于LNG槽车和储罐属于低温设备，不可能绝对绝热，低温液体受热后会气化，导致容器内部压力增大，如果不及时放出，有爆炸的危险，而放出的气体又会造成浪费，因此，为保障安全和经济，在LNG槽车和储罐的气相部分引出管线BOG加热器（气化的气体温度仍然很低，需要用EAG空温式加热器）加以回收BOG调压、计量部分或在LNG槽车和储罐发生紧急情况下立即排气，安全放散泄压。LNG气化站基本工艺流程图：LNG槽车LNG储罐空温气化器水浴气化器BOG气化器调压、计量、加臭进入管网系统2、主要设备及原理介绍（1）储罐多为双层，内胆用奥氏体不锈钢制造，外壳碳钢，内胆与外壳之间填充珠光砂抽真空绝热。常用容积有100m3、150m3。50 m3（2）低温降压调压调节阀的工作原理当贮槽内介质低于设定值时，阀门处于关闭状态，当介质压力高于设定值时，由于介质压力对膜片作用力大于弹簧力，膜片向上运动，带动阀顶升高，阀门开启，介质流向出口降低贮槽压力，直到贮槽内介质压力低于设定值，阀门关闭。（3）低温升压阀的工作原理当贮槽需升压时，旋动调节螺杆压缩弹簧、顶开闭封元件液体介质从贮槽底部流出，通过升压阀减压后液体介质在增压器汽化，汽化介质进入贮槽顶部，如此循环达到升压所需压力。（4）LNG站紧急切断系统及各紧急切断条件LNG站紧急切断系统由超压切断系统、超液位高度切断系统和空温汽化器出口温度切断系统组成。其中超压条件是管道或罐内压力高于切断阀的设计压力；超液位条件是罐容积的85%；空温式汽化器出口温度条件是-18。3、LNG站的危险有害因素 液化天然气储罐内胆与外壳之间填充珠光砂并抽真空绝热，其最大危险在于储罐绝热性能下降，因为液化天然气是低温深冷储存，一旦绝热性能下降，储罐压力剧增，会造成储罐破裂事故。 储罐第一道阀门、法兰、垫片泄漏或管道根部断裂，此时液化气会大量喷出挥发，无法控制泄漏和扩散，极易引发火灾爆炸事故。 管路阀门的泄漏，冷液、气的泄漏主要是发生在阀门、法兰和容器与管路的连接处，虽然LNG系统的阀门、法兰、管线是根据低温设计的，但在运行过程中金属会产生严重的收缩，致使管路阀门、法兰产生泄漏导致事故。 液化天然气管线静电接地不良，液化天然气流动中因管道内壁粗糙、阀门、弯头多产生静电积聚、静电放电也是导致火灾、爆炸的一个重要原因。 防雷电接地设施出现问题，打雷引发储罐火灾爆炸事故。 液化天然气是多组分混合物，温度和组成的变化，继而引起分层和涡旋（翻滚），表面蒸发率剧增（旋涡时的蒸发率比正常状态要大20倍，引起储罐内压力剧增造成泄漏事故。五、LPG灌装站：1、液化丙烷用槽车送至卸车区，由卸车软管连接至丙烷储罐，卸车时，压缩机自卸罐抽吸气态丙烷并压入槽车的气相室，使槽车和储卸之间形成0.2MPa的压差、利用压差将丙烷卸入储罐，丙烷储灌工作压力为0.3MPa.2、钢瓶放在灌装称上，连接好管线、通过烃泵，向瓶内灌装丙烷，到设定的重量时，灌装称会自动切断气源，关闭钢瓶角阀，拆下连接管线，检验是否漏气后需要再次进行重量检定，合格后即完成了钢瓶的灌装作业。3、储备站储备容量100M3，平均日灌装量小于200瓶，供应工业充装。其中储罐区内设置两台50M3地下丙烷储罐，烃泵两台（一开一备），灌装区分卸车区，压缩机房、瓶库与灌瓶间。压缩机间设置压缩机2台（一开一备），灌瓶间设置灌装称4台；管道系统依据现场设备等具体情况设计配管。第二部分：燃气场站工程质量控制要点场站工程分土建、管道安装、设备安装、电气、自控仪表5个方面，下面就在质量控制方面的具体做法，抛砖引玉作一个汇报，希望能得到各位同仁的指教。一、安装工程材料的质量控制（设备、材料的检验范围）场站工程（CNG、LNG）管道安装以不锈钢材料为主，LPG以碳钢为主，在材料验收、管道焊接、安装过程中经常会存在一些问题，检验失控就会留下隐患。1、低温、高压对不锈钢管材、管件化学成份有较高的要求，（有必要了解一下所用材料的特性）如LNG站使用的304不锈钢，如果含镍量不够，在-162的情况下就有可能脆化开裂。如某工程经过压力试验和气密性试验合格后，置换时用在闷板上的不锈钢螺栓在未到-162便发生断裂，充分证明镍有抗低温的作用。（在审核南通新能购买的不锈钢管材质保书时发现，不锈钢的化学成份镍的含量达不到规范要求的值，经与业主联系后同意退货）。2、质保书炉批号应与实物相符。施工单位内部管理差，有时提供的质保书炉批号与实物不符，大部份一次性购买，工程开工运过来（如四川添益、川油工程公司质保资料张冠李戴）。检查发现此类问题后，应及时下发 “监理工程师通知单”。（网上下载）3、对库存物资要注意核对检查。有时会出现生产的管件执行标准过期，外观检查会发现“外观差”，规格不一，壁厚不匀，没有标识等。发现后应及时退货，重新采购。4、管材、管件弯头、三通等减薄量超标。解决的办法使用测厚仪测量有说服力，如没有测厚仪可用电子称称重量，按照规范的理论重量加附加糸数，实际上也比较准确。其次应注意不锈钢管件上的低应力钢印是否符合不锈钢的标识要求；管件要提供加工锻件的质量证明文件等。（进口材料及代用问题）5、土建工程的钢筋、水泥、商品混凝土都要送检，仅有质保书不够，如徐州星宇加气站，业主招标文件没有检测项目，施工单位钢筋、水泥、商品混凝土均不送检已进入施工，监理发现及时与业主沟通：根据国务院工程质量管理条例：第29条：施工单位按照工程设计要求，施工技术标准和合同约定，对建筑材料、建筑配件，设备和商品混凝土进行检测，检验应有书面记录和专人签字；未经检验和检验不合格的，不得使用。由于标书未明确规定，江苏帝武公司不同意去检测，经监理与建设单位协调，建设单位承诺承担检测费用，共同督促施工单位按时送检。检测工作进入正常，事后总经理吴兵说：监理发现问题能及时给我们提出，责任心强，避免了质量隐患，下面工程还是请天达来给我们进行监理，这样我们能放心。6、管件执行规范标准GB/T12459-2005，弯头分长半径与短半经,真空管制造单位未按设计文件加工，暴露在外的使用长半径弯头，真空管内部采用短半径弯头，监理发现后及时向建设单位报告，在业主代表的支持下，已敷设的真空管全部更换清退出场，储罐与泵撬连接管同时整改合格；真空管验收的经验与教训： 隐蔽工程材料验收，暴露在外容易认定；隐蔽看不到不易认定，如LNG加气站加工的真空管，可要求制造单位提供真空管加工图纸和真空管的内部结构图纸；根据钢制对焊无缝管件GB/T12459-2005管件的选用标准，以真空管的外部尺寸来确认管件的半径大小；900弯头端面中心至另一端面的距离，达到管径的1.5倍均为长半径管件。否则1.0倍就是等径弯头.7、LPG丙皖灌装站应使用带颈法兰案例简述：设计法兰使用说明：与贮罐出口连接的第一对法兰选用带颈对焊法兰，其余法兰选用带颈平焊法兰；法兰选用执行标准HG20592-2009，材料20#钢，公称压力选用PN4.0MPa；材料表前版：平焊法兰DN15 DN100 PN4.0 (RF) 185片 ( HG20592-2009）材料表后版：带颈平焊钢法兰DN15DN100 PN4.0 （SO）185片 （ HG20592-2009）施工方根据材料表前版：使用板式平焊法兰，监理发现后要求按设计说明和更改的材料表安装带颈平焊法兰，江苏华洲设备安装公司现场带班贡说前面张家港10多个加气站我们都使用这种法兰，到时请设计变更即可。为此请建设单位钱总与江苏华洲设备安装公司负责人周建忠沟通，周建忠辩称：符合设计前版材料表要求；突面法兰（RF）都是带颈，设计认可的，后面图纸变动不清楚。业主钱总：施工队装不知道，变更不了请施工单位全部整改；设计图纸有变更，设计应出变更通知单，送图纸过来放在桌子上就走了。设计没有交代有一定责任。RF是法兰的密封面，代表突面，而不是法兰类型；带颈平焊法兰型号是SO。经验或教训：根据 HG20592-2009标准第2节5.1款要求，板式平焊法兰的适用范围从PN25提高到PN40，建议不使用在易燃易爆和高度、极度危害介质等要求严格的场合.其密封面形式包括突面和全平面。其二，带颈平焊法兰和承插焊法兰与对颈对焊法兰相比，带颈平焊法兰的颈部高度低，生产用滚轧和模锻的工艺，比对颈法兰简单;法兰上增加了短颈，对提高法兰刚度，改善法兰承载能力大有益处。在引进的石油化工装置中普遍使用带颈平焊法兰和承插焊结构形式。其三，带颈平焊法兰采用填角焊缝结构，现场安装方面，对施工单位可以省略焊缝探伤工序，所以应用带颈平焊法兰比较合适。使用带颈平焊法兰优势明显。设计应按照GB/T20801-2006压力管道规范.工业管道相关要求决定是否需要变更处理。处理结果：管道连接，与贮罐连接的第一对法兰采用带颈对焊法兰，符合设计要求；其余板式平焊法兰代替带颈平焊法兰不符合规范要求，建设单位同意施工单位办理设计变更，江苏华洲工业设备安装公司周建忠与陕西省燃气设计院张院长电话协商同意变更，业主证明周建忠电话在他办公室打给设计院的，工程结束快完工不同意变更；设计院给的4套图纸，材料表均为板式平焊法兰，但给报检的图纸材料表是带颈平焊法兰，施工单位未收到正确的设计图纸，设计并未通知业主去设计院领图纸，监理认为设计明显失误应承担主要责任，设计不出变更文件只有整改，否则不能进入竣工验收，设计当场表态承担一半的法兰材料费，施工单位承担人工费，设计要求业主同时承担一半材料费以确保工程质量，业主当场未表态，事后同意后施工单位10天后进入整改。 设计不愿办理变更文件，说负责通过验收，监理不能接受没有变更文件进行验收，业主证明监理进场及时提出，并亲自与张院长电话沟通，设计院只好承认有误，同意监理意见，请施工单位整改。经协调设计院同意赔1.5万元；业主支持1。5万元；施工单位贴副材、人工安装费；有关法兰密封面标识凹 凸- MFM榫槽面 TG环连接面 RJ全平面 FF突面 RF法兰类型代号板式平焊法兰PL；带颈平焊法兰SO；带颈对焊法兰WN；承插焊法兰SW；整体法兰IF；螺纹法兰TH；对焊环松套法兰PJ/SE；平焊环松套PJ/RJ；法兰盖BL8、简单介绍不锈钢的相关知识：8.1.1不锈钢的分类：不锈钢的定义有各种各样，它所包含的钢种范围也不固定，根据标准定义，不锈钢主要是以铬为主加元素的钢种形成钝化状态，且具有不锈特性的钢。因此，根据塔曼耐酸法则，不锈钢的含铬量要达到12%以上。GB/T20878-2007不锈钢牌号和化学成分定义：不锈钢为化学成分中含铬量至少为10.5%，碳含量最大不超过1.2的钢。耐酸法则指出：在金属中，将一种较其耐酸性更优良的金属，按大约1/8原子比或其倍数固熔进去，则该金属耐蚀性就显著提高。在Fe-Cr合金中，铬为1/8克分子时，在重量组成中相当于11.74%。根据不锈钢的成份，又大致可分为高铬型不锈钢和高铬镍型不锈钢。高铬型不锈钢是含铬量大于12%的钢。按照不锈钢的含铬量和含碳量，根据因淬火形成为马氏体组织或者是未经淬火形成有铁素体组织，而分别分类为马氏体类不锈钢和铁素体类不锈钢。对此，高铬镍型不锈钢具有奥氏体组织。也可以分为五类：奥氏体不锈钢（目前有143种）、奥氏体-铁素体（双相）型不锈钢、铁素体类不锈钢、马氏体型不锈钢、沉淀型不锈钢。目前在场站工程中使用的管材、管件大部份均为奥氏体不锈钢。8.1.2不锈钢的金相组织马氏体类不锈钢以12Cr钢和13Cr钢的称号，是大家一般都很了解的钢种。通常在淬火回火状态组织下使用，经800900缓冷退火后容易加工。铁素体类不锈钢是含16%以上的铬和微量碳的不锈钢，它不靠淬火硬化。耐蚀性和耐热性仅次于奥氏体类不锈钢，但在常温下存在着重缺口冲击韧性较低的缺点。若在高铬不锈钢中加适量的镍时，就会形成纯奥氏体组织。18Cr-8Ni不锈钢是最具有代表性的奥氏体类不锈钢，从常温到熔点基本无相变，无淬硬性，但冷加工时则硬化。利用这种特性，借助于冷加工就可以制成提高屈强比的高抗拉强度的不锈钢。它一般用于飞机结构用材料、弹簧及电机扎线等。 在含镍量较低的部份奥氏体类不锈钢中，常温时所形成的奥氏体组织是不稳定的，在过冷或在常温以下进行塑性加工时，就会部份地或全部地形成马氏体组织。在奥氏体类不锈钢加工硬化现象中，随着晶格的变形，也大大地促使这种马氏体组织的相变（注：塑性加工是利用材料塑性，在外力作用下使材料发生塑性变形，制备具有一定外形尺寸及组织性能产品的一种加工方法。相变的曲线中，低于屈服点的叫做弹性部份，超过屈服点的叫做塑性部份，也叫做应变强化部位）。通过实验证明：含铬量和含镍量越高，奥氏体组织越稳定，而镍使奥氏体稳定化的效果为铬的两倍左右。含镍量越高，就越难引起加工相变现象。温度越低，碳的溶解度就越小。通常奥氏体不锈钢加热到1100左右，使碳化物固溶到奥氏体中之后，快速冷却到室温使用。但是，若在550800情况下加热这种不锈钢，过饱和的碳就以铬的碳化物的形式在晶界上析出，这就是造成引起晶间腐蚀的原因。在焊缝热影响区中，必然存在着处于该温度范围的部份，也就有可能会引起所谓焊缝腐衰。所以这是奥氏体类不锈钢焊接工艺上极为重要的问题。（斯特劳斯试验法，按ASTMA240-44T规定）用硫酸+硫酸铜腐蚀试验，探讨了加热温度和加热时间对18Cr-11Ni不锈钢在晶界上析出铬的碳化物的影响结果。在750左右最容易引起析出铬的碳化物。不过，较其无论是在温度较高或温度较低下加热，只要加热时间充分长，就会引起析出铬的碳化物。同时，其析出量随着加热时间的增长而增多，用三种含碳量不同18Cr-11Ni的不锈钢，含碳量越低越不易引起铬的碳化物的析出。在600时，碳在奥氏体中的溶解度为0.02%，在较其温度更低时，碳的扩散速度很慢，需要很长时间才能析出碳化物。因此，含碳量在0.02%以下时，就应该获得完全免疫力。但是，为了获得实际使用中的免疫力，则含碳量低于0.03时，就充分够了。按照这种原理就产生了SUS28、SUS33、SUS31、SUS65等超低碳奥氏体不锈钢。当添加钛和铌时，由于钛和铌和碳的亲和力比铬和碳的亲和力强，所以就能够防止在晶界上析出铬的碳化物。其结果是因形成钛和铌之类的碳化物，使碳处于稳定化状态。故其需要添加的量也随含碳量而有所变化。8.1.3不锈钢的物理性能：奥氏体不锈钢电阻是低碳钢的6-7倍、铜的40倍。铁素体类不锈钢，马氏体类不锈钢线膨胀系数接近低碳钢数值，而奥氏体类不锈钢的线膨胀系数与铁素体类、马氏体类不锈钢相比较，大50%左右。同时，铁素体类不锈钢、马氏体类不锈钢的导热率为低碳钢的1/2左右。而奥氏体类不锈钢的导热率最小，为低碳钢的1/3左右。在导热率小、线膨胀系数大的奥氏体类不锈钢中，与其他钢种相比，恐怕会引起较大的焊接变形（管道连接后需娇正）。同时，在异种材料焊接接头中（例如奥氏体类不锈钢与铁素体类不锈钢的焊接接头），由于这两种材料的导热率和线膨胀系数有很大差异，在焊接时，会产生热应力，成为产生裂纹的原因，故必须加以注意。（大丰工程甲方购买的法兰为化工厂的库存物资，认为是好的不锈钢，但由于不能证明是低温不锈钢，监理坚持未给使用）。此外，马氏体类不锈钢及铁素体类不锈钢具有强烈的磁性，但奥氏体类不锈钢通常是非磁性的。利用加工或过冷的方法，就会引起奥氏体类不锈钢的马氏体相变，产生磁性，这要靠热处理来消除磁性。（可介绍到此）8.1.4常温时的机械性能奥氏体不锈钢的抗拉强度比屈服极限高，而延伸率和断面收缩率及冲击值等亦很高，具有优良韧性的特点。奥氏体类不锈钢的这种较低的屈强比（该类不锈钢的屈强比即屈服极限/抗拉强度为4050%）是由于常温时加工硬化性较大所引起的。尤其是在因加工引起马氏体相变的材料中，硬化性更大，利用这种特性，借助于冷加工就可以制成提高屈强比的高抗拉强度不锈钢，它一般用于飞机结构用材料、弹簧以及电机扎线等。加工度（%）屈服点（公斤/mm2）拉伸强度（公斤/mm2）屈强比*%维氏硬度02040608090256310614117518062841121481751803977699389531001001552303003704004008.1.5高温时的机械性能由于奥氏体不锈钢是面心立方晶格，它与马氏体不锈钢及铁素体类不锈钢相比，在600以上时的抗拉强度极为优良。另一方面，马氏体类不锈钢及铁素体类不锈钢在500600以上的高温下，抗拉强度激烈地降低。关于蠕变强度，在600左右时，18Cr-8Ni-Nb不锈钢的蠕变强度最高，其次是18Cr-8Ni-Mo、18Cr-8Ni-Ti等。另外当处于800左右时，这类不锈钢几乎也不存在断裂强度上的差别。此外，奥氏体不锈钢的蠕变强度受晶粒度大小的影响很大，晶粒度越小，则蠕变强度越大。如上所述，奥氏体不锈钢与马氏体不锈钢和铁素体不锈钢相比，具有优良的高温强度，同时，抗氧化性亦很好，因此，奥氏体不锈钢不仅作为耐蚀性材料，而且亦作为耐热材料被广泛地应用着，例如新牌号国际统一数字代号S31608（0Cr17Ni12Mo2）； S30408（0Cr19Ni10）；S30403（00Cr19Ni10）；S31609（07Cr17Ni12Mo2）耐热钢的含义：高温工况时抵制管材氧化和具备高强度两个综合理念，钢材达9Cr含量，抗氧化温度可达620；高温强度是加入Ni、N氮、Cu铜等元素提高再结晶温度。8.1.6低温时的机械性能：由于高铬不锈钢在低温时韧性显著降低，故需要注意，但奥氏体类不锈钢在低温时的韧性下降比较小，而温度越低，则抗拉强度反而显著增高。在低温时的机械性能中，最重要的就是冲击能力，马氏体类及铁素体类和碳素钢一样，在低温时，冲击能力显著降低，这就存在着临界温度（由于温度的降低，材料从塑性转变到脆性的现象，然而，临界温度就是指这一转变现象时的温度）。奥氏体类不锈钢即使在超低温下，也具有很高的冲击能力，未发现奥氏体类不锈钢由于温度的降低而引起冲击值显著降低的现象。但是，在奥氏体类不锈钢中，还存在着铁素体组织时，低温冲击能力就有所下降。在不锈钢的焊接接头中，为了防止热裂纹，往往在熔敷金属中有百分之几的铁素体，在18Cr-8Ni不锈钢的热影响区中，有可能在晶界上析出铬的碳化物，故在确保低温韧性的前提下，这一问题必须充分地注意。CrNi奥氏体不锈钢的低温拉伸试验CNiCr热处理状态试验温度屈服点（英吨/寸2）抗拉强度（英吨/寸2）延伸率%断面收缩率%01196184冷拨常温-404205726453234585700786318221038水冷常温-78161228442799563678690077881841冷加工常温-78527603589840233174、7001110051831100水冷常温206090116180165190222240325333414510611690800995546361464946747374706355铬型不锈钢的低温冲击试验：试验材料成分%状态试验温度（）冲击值（ 尺 -磅）CCrMn011125045996 空冷660 退火室温-18-32-46-73272524214011125045996 空冷621 退火常温-18-32-46432219180071385退火常温-0-20-40-60-80393842511奥氏体类铬镍不锈钢抗低温冲击能力：试验材料成分%Ni试验温度（）冲击值（尺 -磅）CCrMn01113705299常温-65-120-18011699868000613454071005常温-65-180117118118043138365102常温-18061140111267120常温-65-120-18011811899102011162115常温-65-180114118118焊接热裂缝产生与防止：案例简述：在准安金湖LNG汽车加气站工程中，监理非常重视工艺管道（不锈钢管道）焊接的质量控制工作，开工前进行焊接工艺评定及焊工考试，对进场管材、管件的质保资料和外观质量核查合格，对管道进行100%光谱分析检测合格，焊缝无损检测合格，经过系统强度及气密性试验确合格，但在系统进液调试过程中，却发现编号为LNG-203管线的20#焊口存在渗漏，割开后发现焊缝边缘裂纹。发生这个问题后，业主、监理、施工方均十分重视，召开专题分析会议，经分析影响焊接质量因素有以下3个方面：1）管件厚度3.5mm,管材厚度1.65mm，连接时焊缝产生的应力导致裂纹的产生；2）焊口未处理于净，热影响区低熔点杂质的影响：奥氏体不锈钢具有相当宽的凝固范围，在凝固过程中，低熔点的杂质处于液体状态聚集在晶界上，这些杂质在冷却过程中的收缩应力作用下产生孔缝，这就成为产生裂纹的可能；3）低温预冷调试速度太快,管材低温下易产生脆化,调试人员在管沟管道内行走，外力作用增加了焊口开裂的可能；需要说明的是，由于焊接过程控制严格，所以导致焊缝开裂的原因主要因素是第3点。处理结果：1、割下焊口，由材料供货商查德公司带回公司进一步研究，以查明原因。2、对焊口重新进行焊接，并经外观检查合格后，进行无损检测（RT），确认合格； 经验或教训：虽然LNG系统的阀门、法兰、管线是根据低温设计的，但在投入运行前，必须进行系统预冷，若预冷速度太快，金属会产生严重收缩，对管路焊缝及其热影响区、甚至管道本身产生不利影响，可能导致焊缝开裂、管道开裂等情况， 因此在制定预冷方案时，要特别加以注意，应控制好预冷速度（温度变化与时间的关系，应缓慢降温）。同时注意焊接工艺上热裂纹的产生：奥氏体不锈钢在焊接工艺上应该注意的问题是焊缝金属的热裂纹，在焊接热影响区的晶界上析出铬的碳化物，以及焊接残余应力。在焊接奥氏体不锈钢的厚板或刚性较大的焊接接头时，就会有引起焊接裂缝的危险性。这种裂缝是属于热裂缝，产生位置及形状是不规则的，有纵向裂缝、横向裂缝、火口裂缝、微观裂缝、最常见的就是火口裂缝和微观裂缝、实际上火口裂缝最容易产生，大部份没有当回事。焊接时打磨一下，或者融合一下就解决了，如果发现多了就要考虑一下原因。作为对焊接有影响的因素有焊条和母材的化学成分、组织、焊接方法、焊条药皮的种类、焊接接头的型式以及焊接头的刚性等。在合金元素中，增加Mo、Mn、Ni、C的含量就能有效减少裂缝，增Nb、Si硅)、P磷、S元素是有害的。同时，若含Ni量过高时，反而容易助长裂缝的产生。其次，在金属组织方面，纯奥氏体组织容易引起焊接裂纹，但是，在这种组织的基体上，若存在5%左右的铁素体组织时，就很难引起裂缝。为此，在实际应用的焊条中，力求熔敷金属中存在412%的铁素体。但是，在奥氏体中含有百分之几的铁素体，会成为焊缝金属蚀性恶化的原因。还有一个主要原因，就是存在于奥氏体晶界上低熔点杂质的影响。因为奥氏体不锈钢具有相当宽的凝固范围，所以在凝固过程中，低熔点的杂质处于液体状态，聚集在晶界上，一般认为这些杂质在冷却过程中的收缩应力作用下产生孔缝，这就成为产生裂缝的来源。（现已制造出抗焊接裂缝性能优良的焊条）19Cr-13Ni-5Mo （德）；16Cr-8Ni-2Mo（美）。8.1.8防止晶间腐蚀可采取的措施：晶间腐蚀最受重视的是奥氏体类不锈钢。这类不锈钢经500800加热时，由于这类钢种使过饱和的碳以铬的碳化物形式沿晶界析出，其结果，热影响区晶粒粗化和晶界析出，晶界附近的含铬量减少，耐蚀性降低。在焊接时既要控制焊接加热量，又要采用焊接加热量尽可能集中的焊接方法，以便缩短经危险温度区域的冷却时间；（当焊接加热量较小时，就能防止铬的碳化物析出）。对于抗晶间腐蚀的耐蚀性是和铬的碳化物析出有关，并且受加热温度、加热时间所控制。加热时间越长越容易引起晶间腐蚀，为了防止这种温度，就应该避免650这种危险温度，避免重复加温，故同一焊口不能两次以上返修，两次不合格必须割了重来。如焊接工作不可能避免这种危险温度，还可以采取以下措施： （1）、选择材料 使用超低碳（C：0.03%以下）不锈钢或稳定化（添加钛或铌）不锈钢： 固溶热处理 焊后经10101120适当时间的加热，使析出的碳化物再次固溶到奥氏体中去，随后快冷 稳定化热处理经820850加热，让集聚在碳化物附近的铬进行扩散使之均匀化，就是力求把析出碳化物的害处限制在最小限度内的方法； 焊接过程中的冷却，在焊缝接头表面上放置铜板等衬板或进行水冷，其目的是想把析出的碳化物限在最小范围内，当然，预热是不可以的。二、焊接工程的质量控制不锈钢的焊接工序为关键工序，施焊前，应根据焊接工艺评定编制焊接作业指导书施焊，焊工应持证上岗，在合格的焊接项目内从事管道的焊接；(304与316L应具有不同的焊接工艺评定报告与作业指导书)焊材应具有产品质量证明书。焊接材料如与设计不符一定要办设计变更。焊条的药皮不得有脱落或明显裂纹，焊丝在使用前应清除其表面油污、锈蚀等。使用不锈钢焊条的注意事项：2.1焊条的干燥当焊条潮湿时，就是造成气孔、凹痕的原因，同时在焊缝的端部约10厘米之内产生了凹痕时，有必要先怀疑焊条的潮湿。焊条干燥温度及时间如下：Cr-Ni型焊条 100200 3060分钟Cr型焊条 200350 3060分钟另外，由于在Cr-Ni型焊条中，焊芯热膨胀系数大，所以当超过该温度范围时，药皮中有可能产生裂缝而脱落，故值得注意。2.1.1氩弧焊丝：Y308； 20%Cr、10%Ni （18-8、19-9不锈钢焊丝）Y308L； 含碳量较低 （成分同上，可完全防止晶间腐蚀）Y309； 25% Cr、12%Ni （可焊接相同成分的不锈钢及铸钢）Y316； 18% Cr 、 12%Ni、2%Mo（高温抗蠕变能力，也可焊接耐热不锈钢）Y316L； （除含碳量较低，成分与Y316相等）Y316CuL；18% Cr 、 12%Ni、2%Mo以及2%Cu（超低碳，适用于SUS36不锈钢，焊接使用硫酸类设备。）Y317； 含Mo量比316高，可用于焊接硫酸或亚硫酸以及硫酸盐或亚硫酸盐的设备316L H08Cr19Ni12Mo2iI (ER316) ： 碳C0.056、硅Si 0.48、锰Mn1.84铬Cr18.7镍Nr 11.35铜Cu 0.21钼Mo2.11L；表示低碳，（Lowarbon）0.03%以下；S表示含碳量0.08%以下。Y(填充材料)300(奥氏体)400(铁素体及马氏体)。06Cr19Ni10:氩弧焊丝采用H00Cr21Ni10;电弧焊采用E308-16（A102）碳素钢管材焊接时：氩弧焊丝采用H08Mn2SiA;电弧焊采用E4303焊条碳素钢管材与不锈钢管材之间焊接时：氩弧焊采用H1Cr24Ni13电弧焊采用E309-16(302)焊条2.2焊接电流在采用不锈钢焊芯的焊条中，因为焊芯的电阻大，所以当用大电流焊接时，焊条会烧红。焊条药皮中的碳酸钙在900以上就会分解，产生CO2，这些CO2虽然有将电弧和外界空气隔绝的作用，但是，当因焊条烧红，CO2分解时，就失去这种保护效果，焊缝受到外界空气的影响，一面引起化学成分的变化，一面妨碍焊接操作。因此，希望用比低碳钢焊条稍小些的焊接电流来进行焊接，另外，将交直流两用焊条，用直流电焊接时，所使用的焊接电流比用交流电时小10%左右。2.3管道的施焊环境若出现下列情况之一，而未采取防护措施时，应停止焊接工作：1）电弧焊接时，风速等于或大于8m/S；气体保护焊接时，风速大于或等于2m/S；2）相对湿度大于90%；3）下雨或下雪。宁海加气站下雨，业主代表坚持焊接进场管线，结果合格率仅为55%2.4焊前准备与接头组对1） 管道焊缝的设置，应便于焊接、热处理及检验，并应符合下列要求：除采用无直管段的定型弯头外，管道焊缝的中心与弯管起弯点的距离不应小于管子外径，且不小于100mm；管道两相邻焊缝中心的间距，应控制在下列范围内：直管段两环缝间距不小于100mm且不小于管子外径；除定型管件外，其他任意两焊缝间的距离不小于50mm。2）管子坡口应按下列方法加工： SHA级管道的管子，应采用机械方法加工； SHB级宜采用机械方法加工。当采用氧乙炔焰或等离子切割时，切割后必须除去影响焊接质量的表面层；3）壁厚相同的管道组成件组对时，应使内壁平齐，其错边量不应超过下列规定； SHA级管道为壁厚的10%，且不大于0.5mm. SHB级管道为壁厚的10%，且不大于1mm。4）壁厚不同的管道组成件组对时，当壁厚差大于下列数值时，应按要求加工。 SHA级管道内壁差错0.5mm或外壁差2mm； SHB级管道的内壁差1.0mm或外壁差2mm.5）焊缝接头组对前，应用手工或方法清理其内外表面，在坡口两侧20mm范围内不得有油漆、毛刺、锈班、氧化皮及其他对焊接过程有害的物质。6）焊缝接头组对前，应确认坡口加工形式、尺寸、表面粗糙度符合规定，且不得有裂纹、夹层等缺陷。7）不锈钢采用电弧焊时，坡口两侧各100mm范围内应涂白垩粉或其他防粘污剂。2.5 焊接工艺要求：1）不得在焊件表面引弧。不锈钢管道，焊件表面不得有电弧擦伤等缺陷。2）在焊接中应确保起弧与收弧的质量，收弧时应将弧坑填满，多层焊的层间接头应相互错开。3）除焊接工艺有特殊要求外，每条焊缝应一次连续焊完。如因故中断， 应采取防裂措施。再焊时必须进行检查，确认无裂纹后方可继续施焊，4） 奥氏体不锈钢管道焊接，应按下列要求进行： 单面焊焊缝宜用手工钨极氩弧焊焊接根部焊道，管内应充氩气保护；且注意氩气质量； 在保证焊透及熔合良好的条件下，应选用小的焊接工艺参数、采用短电弧和多层多道焊接工艺、层间温度应按焊接作业指导书予以控制；5） 焊接完毕后，应及时将焊缝表面的熔渣及附近的飞溅物清理干净。注增加以下气体知识，可介绍案例氮气保护的整改6）氩弧焊通常用保护气体是纯氩气；TIG焊接低温钢还有Ar+He Ar+O2 A+o2等混合气体氩气中加入一定数量的氦气后，可以提高电弧电压和电弧温度、增大焊缝的深宽比、提高生产率还可以改善熔池的润湿性，克服纯氩保护时易产生的蘑菇形焊缝，可减少根部气孔及未焊透等缺陷，兼有氩弧焊与氦焊的优点，TIG焊时，氦的加入量可增加到60%氩气中加入一定数量的氧气，可降低熔融金属的表面张力，改善熔池的润湿性，克服阴极漂移现象，有利于细化熔滴，降低射流过渡的临界电流，减少并消除气孔。通常氧气加入量2%；氩气中加入一定数量的二氧化碳，也可以降低熔融金属的表面张力，改善熔池的润湿性，减少并消除气孔。通常二氧化碳的加入为5%10%在常州港华LNG储配站工程中，施工单位（上虞）进行不锈钢焊接时，不听监理要求，擅自采用氮气保护方式对不锈钢进行焊接。监理在检查过程中，发现了此问题。根据石油化工剧毒、可