长输油气管道工程中焊接技术的应用

长输油气管道工程中焊接技术的应用

1道管道和线路弯管的工作压力、管道设计“武汉市汉口煤矿气场至三金滩天然气管道工程”，线路全长4.75公里。管道工作压力2.5Mpa,管材为L290!11×11mm,螺旋缝双面埋弧焊钢管,线路弯管主要采用冷弯弯管和热弯弯头两种形式。本工程管道沿武汉市中环路铺设,穿越城市主干道2处,沟渠、箱涵3处,土堤1处,与中环路配套施工。2管道的固定性及管道输送的稳定性该天然气管道工程,具有长输管道工程的所有特点,即:(1)相对流动性。管道与输送介质之间是相对流动的,因此要求管道内部,特别是管壁内焊口部位尽可能光滑,以利减少摩阻力。(2)固定性。天然气管道埋于地下,除改造、铺设新线路等特殊原因外,管道一般不会发生位移。(3)输送的连续性。天然气管道一旦建成、投产,一般情况下应连续运行。(4)威胁性。天然气属易燃易爆气体,在役运行的天然气管道穿越中心城区对地面建、构筑物或区域长期构成威胁。(5)潜在的危险性。上述特点说明,焊接质量在很大程度决定了工程质量,焊接工序是天然管道施工的关键环节。3施工环境的影响(1)流动性施工对焊接质量的影响。施工作业点随着施工进度而不断迁移,焊接质量的保证也增加了难度。(2)地形地貌对焊接质量的影响。该天然气管道工程将穿越城市沟渠、箱涵、土堤等处,可能会遇到多种地形,焊接位置复杂,焊接难度大。(3)气候环境对焊接质量的影响。本工程管道焊接主要集中在夏季及雷雨风暴较多的期间内,气候环境条件的影响,增加了焊接质量控制难度。(4)现场焊接时,采用对口器进行管口组对。(5)现场焊接位置多为管道水平固定或倾斜固定对接,包括平焊、立焊、仰焊、横焊等焊接位置。对焊工的操作技能要求更高、更严。(6)施工环境对焊接质量的影响。该天然气管道穿越城市主干道,导致施工不能连续进行,往往给焊接带来困难;外界因素的干扰,造成现场施焊接头数量增加,质量难以保证,使得焊接成本上升。(7)焊接质量要求高。根据《钢质管道焊接及验收规程》(SY/T4103)的规定,焊缝超声波探伤比例100%,合格级别为Ⅱ级;焊缝Ⅹ射线探伤比例为20%,合格级别为Ⅱ级。穿越段进行100%射线擦伤,合格级别为Ⅱ级。4管道施工和焊接技术4.1主要焊接方法我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革,20世纪70年代采用传统焊接方法,低氢型焊条手工电弧焊上向焊操作技术;20世纪80年代初开始推广手工下向焊工艺,同时研制开发了纤维素型和低氢型向下焊条;20世纪90年代初开始推广自保护药芯焊丝半自动手工焊,成为现今管道环缝焊接的主要方式。归纳目前国内外管道常用焊接方法主要有:(1)手工焊,包括药皮焊条电弧焊(SMAW)、手工钨极氩弧焊(TIG);(2)半自动焊,包括熔化极气体保护半自动气体保护焊(含活性气体保护STT(SurfaceTensionTransferTM)半自动焊、半自动熔化极氩弧焊(MIG)、半自动活性气体保护焊(MAG))、自保护药芯焊丝电弧焊(FCAW);(3)熔化极活性气体保护自动焊(AW);(4)埋弧自动焊(SAW)、电阻焊-闪光对焊(FBW)等。4.2钢管管道焊缝连接在上述对国内外管道焊接技术分析的基础上,结合本工程的实际情况,因工程选用管材为L290!711×11螺旋缝双面埋弧焊钢管,其管径和壁厚都较大,同时鉴于施工单位目前焊接设备配备状况,在管道连接中采用手工氩电联焊接技术,即:手工钨极氩弧焊(TIG)打底、手工电弧焊盖面的组合焊接技术。4.3焊接工艺评定(1)焊接工艺评定。为了检验制定的焊接工艺技术可靠和可操作性,施工前,按JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》、SY/T4103《钢质管道焊接及验收》及GB50236-98《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》标准规定的指标进行的焊接工艺评定。(2)焊接工艺指导书中定制了相应焊接工艺控制技术参数及焊接材料。(3)焊接接头坡口形式:在施工现场采用坡口机加工管件坡口,坡口角度为32.5°±2.5°,钝边为(1.5±0.75)mm;加工好坡口的管件,如不能及时组对,按要求堆放好,备用。(4)预热与层间温度控制:预热的主要目的是为了降低钢材的淬硬程度,延缓或改善焊缝的冷却,以利于氢的逸出和改善应力条件,从而降低接头的延迟裂纹倾向。本工程在施工中当焊件温度低于0°C时,将所有焊缝始焊处100mm范围内预热到15°C以上。4.4管道焊接质量的优化(1)由于现场施焊条件差,因此对焊工的技能要求更为严格。(2)加强焊接设备的管理。根据焊材要求和施工条件,选用直流逆变氩弧焊/手工焊专用焊机。(3)加强焊材材料的管理。管道焊接采用焊材必须有产品合格证和同批号的质量证明书,严格按规定保管、烘烤、发放;氩气使用前应检查瓶上的合格证,要求氩气纯度≥99.96%以上。(4)加强工序管理。正式焊接前,分别对装配质量、坡口清理、临时支撑或固定设施、预热、焊条烘烤等焊前工作逐项确认。(5)严格工艺评定管理。在施焊过程中,应严格按照工艺评定所确定工艺技术参数实施焊接作业控制。(6)焊接裂纹的预防措施:a.采取焊前预热,管口净化并确定合理的焊接顺序。b.高度重视焊缝始端和终端的质量。始端采用后退引弧法终端须将弧坑填满。c.拆除对口器等工、卡具时不得伤及管道焊缝。拆除后应打磨平滑,并进行磁粉或渗透探伤检查。d.每条焊缝宜采用连续焊接,不得随意中断。e.焊接后宜对焊缝实施后热消氢处理,操作过程中应按要求保证加热温度与保温时间。f.焊缝如出现气孔、裂纹等缺陷,应磨去重焊。并严格控制返修、补焊工艺。g.焊缝同一部位的补焊次数不宜超过两次,如超过,补焊前应经单位技术总负责人批准,并采取可靠的技术措施;所有修补的焊缝长度,均应大于50mm。(7)在管道焊接施工过程中应考虑到钢管所承受的外部应力作用带来的影响。同时应考虑环境温度、环境湿度、环境风速对不同焊接方法的影响,采取必要的措施保证焊接质量。结束语:通过采用手工钨极氩弧焊(TIG)打底,手工电弧焊盖面的组合焊接技术,在“武汉市汉口煤气厂至三金潭段天然气管道工程”4.75km管道施工中较好地控制了管道焊接质量,使得全部管道试压一次成功,系统运行情况良好。该焊接方法具有灵活简便、适应性强、焊接质量好的特点,但作业效率低,与国外同类工程的施工技术相比,在焊接材料、焊接设备的性能以及焊接电源的稳定性等方面均有待改善。面对日趋激烈的国际市场竞争,要想在管道焊接市场占据一席之地,必须提高施工装备和技术水平。因此研发高质量的焊接材料、高效率的焊接方法,和与之匹配的管道全位置自动焊接装置对提高我国长输管道施工