成品油長(zhǎng)輸管道冬季焊接防護(hù)措施

劉 輝，周 翠，李志飛

(1.CPE新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司 壓力容器廠，新疆 克拉瑪依 834000；2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

成品油長(zhǎng)輸管道冬季焊接防護(hù)措施

劉 輝1，周 翠2，李志飛1

(1.CPE新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司 壓力容器廠，新疆 克拉瑪依 834000；2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

寧夏石化成品油外輸管道工程沿線耕地較多，為降低成本，需在氣溫較低的冬季耕地、無(wú)經(jīng)濟(jì)作物時(shí)施工。冬季焊接施工主要采用焊前預(yù)熱、使用防風(fēng)棚、保持層間溫度、焊后后熱保溫和擋板封堵等措施保證質(zhì)量。對(duì)L245管線鋼采取上述措施保證焊接質(zhì)量，焊接接頭經(jīng)力學(xué)試驗(yàn)和射線探傷檢測(cè)，一次性合格率99.64%，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。既保證了冬季焊接質(zhì)量，又控制了施工成本，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯。

長(zhǎng)輸管道；冬季焊接；防護(hù)措施

0 前言

隨著油氣資源的不斷開(kāi)發(fā)與利用，作為安全、經(jīng)濟(jì)、有效的油氣運(yùn)輸手段，成品油長(zhǎng)輸管道得到了快速發(fā)展。寧夏石化成品油外輸管道采用常溫密閉順序輸送工藝，輸送油品為寧夏石化分公司生產(chǎn)的93#汽油、0#柴油、-10#柴油和-20#柴油。干線起于寧夏回族自治區(qū)的銀川市西夏區(qū)(中銀管道銀川原油末站)，途經(jīng)寧夏石嘴山、內(nèi)蒙古烏海、阿拉善、巴彥淖爾，止于巴彥淖爾的臨河末站。油品外輸管道工程設(shè)計(jì)壓力6.4 MPa，使用L245管線鋼。L245管線鋼是在普通低碳鋼和普通低合金高強(qiáng)度鋼的基礎(chǔ)上添加了微量(含量不大于0.20%)的合金元素(主要是強(qiáng)烈的碳化物形成元素，如Nb、V、 Ti等)，從而使鋼材具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性和抗腐蝕性能[1]，常用于四川等西南地區(qū)輸氣管道的建設(shè)。西南地區(qū)冬季溫度較高，基本不影響其在冬季的焊接，然而西北冬季的氣溫較低(見(jiàn)表1)，焊接施工時(shí)必須考慮防護(hù)措施，因此研究L245管線鋼的冬季焊接防護(hù)措施就十分必要。

表1 管道沿線天氣情況

1 冬季焊接難點(diǎn)和解決措施

1.1 冬季焊接難點(diǎn)

(1)溫度較低，母材受氣溫影響，焊接時(shí)易出現(xiàn)冷裂紋。

在-15℃進(jìn)行焊接操作時(shí)，因環(huán)境溫度過(guò)低，在焊接過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)母材和焊縫受熱不均勻，使母材和焊縫局部產(chǎn)生應(yīng)力集中，在熔合區(qū)出現(xiàn)冷裂紋。

(2)環(huán)境條件惡劣，產(chǎn)生氣孔、夾雜等缺陷。

現(xiàn)場(chǎng)施工基本上是在野外沙漠和荒地中進(jìn)行。由于風(fēng)的影響，在焊接過(guò)程中，母材中的C和空氣中的O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的CO會(huì)繼續(xù)與O發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體，且不能及時(shí)溢出，將在焊縫中形成CO2氣孔。受風(fēng)的影響，熔池金屬液成型不規(guī)則，熔渣出現(xiàn)在熔池中形成夾雜。

(3)焊后冷卻速度過(guò)快，易產(chǎn)生氫致裂紋。

由于溫度過(guò)低，焊后冷卻速度較常溫快，雖然使用低氫型焊條焊接，但空氣中的水和氫氣將與焊條中的CaF2反應(yīng)生成HF，這是低氫型焊條的脫氫反應(yīng)，用于控制焊縫中氫的含量。但由于冷卻速度增大，焊縫焊后冷卻時(shí)間變短，冷卻速度增大，脫氫反應(yīng)不徹底，使焊縫中氫的含量比常溫焊接時(shí)高，易產(chǎn)生氫致裂紋。

1.2 解決措施

(1)使用防風(fēng)棚。

在長(zhǎng)輸管道焊接中，防風(fēng)棚是使用最多也是最有效的一種防護(hù)措施。傳統(tǒng)管線焊接的移動(dòng)電站都配備有焊接防風(fēng)棚，在防風(fēng)棚內(nèi)施焊有利于提高焊接質(zhì)量，減少環(huán)境因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響。

(2)焊前預(yù)熱。

本工程焊接規(guī)程中未要求進(jìn)行焊前預(yù)熱。在常溫下焊接，L245管線鋼因焊接性良好，強(qiáng)度不高，無(wú)需預(yù)熱焊縫性能就能達(dá)到GB50369-2006規(guī)定要求；但在冬季施工時(shí)，由于氣溫較低，為避免出現(xiàn)冷裂紋等焊接缺陷和應(yīng)力集中現(xiàn)象，給后面試壓等工序帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，采用了焊前預(yù)熱方法。預(yù)熱能夠有效防止冷裂紋，但合理選擇預(yù)熱溫度十分重要。預(yù)熱溫度過(guò)高，一方面惡化了勞動(dòng)條件，另一方面在局部預(yù)熱條件下，由于附加應(yīng)力的產(chǎn)生反而促使產(chǎn)生冷裂紋[2]。因管徑小，考慮成本之后采用自制加熱器預(yù)熱，預(yù)熱溫度100℃～130℃，預(yù)熱寬度大于等于100 mm。

(3)層間溫度。

在焊接過(guò)程中，根焊后3 min內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行填充蓋面，始終保持層間溫度在80℃以上，如果不能及時(shí)進(jìn)行填充蓋面，施焊前需對(duì)已冷卻的焊道進(jìn)行加熱，保證焊縫受熱均勻。

(4)后熱保溫。

焊接條件下，加熱和冷卻速度都比較快，必然會(huì)對(duì)金屬的相變產(chǎn)生較大影響[3]。冬季焊接在溫度較低的情況下，焊后冷卻速度更快，對(duì)金屬相變會(huì)產(chǎn)生更大的影響。為了改善焊接熱影響區(qū)組織，應(yīng)采用后熱保溫的措施來(lái)降低冷卻速度。施工中使用環(huán)形加熱器進(jìn)行后熱，后熱后使用自制的保溫套進(jìn)行焊后保溫，保溫時(shí)間24 h，保溫套是耐熱帆布里面填充石棉網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)有效，如圖1所示。

圖1 焊接后熱保溫

(5)擋板封堵。

在焊接組對(duì)前使用自制可拆卸鋼擋板封堵管端，控制管內(nèi)風(fēng)速，避免因管內(nèi)風(fēng)速過(guò)大造成焊接質(zhì)量問(wèn)題。

2 試驗(yàn)材料和焊接工藝

2.1 母材

試驗(yàn)用L245管線鋼規(guī)格φ 219.1mm×5.6 mm，由寶雞鋼管廠生產(chǎn)，化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表2、表3。

2.2 焊接材料

采用大西洋生產(chǎn)的E6010和E5015(J507)焊條，規(guī)格φ 3.2 mm，化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表4、表5。

表2 L245管線鋼化學(xué)成分 %

表3 L245管線鋼力學(xué)性能

表4 焊條化學(xué)成分%

表5 焊條金屬力學(xué)性能

2.3 焊接工藝規(guī)程

采用焊條電弧焊，纖維素焊條根焊+低氫型焊條填充、蓋面，根焊與填充焊間隔時(shí)間小于5 min，層間溫度大于等于80℃，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表6。在溫度-18℃、風(fēng)速10m／s時(shí)，采用上述措施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接。

表6 焊接工藝參數(shù)

接頭形式為對(duì)接，V型坡口，坡口角度60°±5°，鈍邊0.5～1.5 mm，間隙2.0～3.0 mm。焊接坡口如圖2所示，焊接層數(shù)見(jiàn)表7，順序如圖3所示。

圖2 焊接坡口

表7 焊接層數(shù)

圖3 焊接順序

3 焊接結(jié)果

3.1 力學(xué)性能試驗(yàn)

截取無(wú)損檢測(cè)合格的焊接接頭進(jìn)行拉伸、冷彎、刻槽、硬度等力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表8～表11。試驗(yàn)結(jié)果符合GB50369-2006《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求。

3.2 檢測(cè)結(jié)果

2011年12月1日～2012年1月15日焊接的3 326道焊口，經(jīng)方圓檢測(cè)公司檢測(cè)，一次性合格率高達(dá)99.64%，其中Ⅰ級(jí)片子2823張，Ⅱ級(jí)片子491張。

表8 拉伸試驗(yàn)

表9 冷彎試驗(yàn)

表10 刻槽試驗(yàn)

表11 維氏硬度HV

4 結(jié)論

在工程中采取防護(hù)措施后，工程質(zhì)量得到保證，各項(xiàng)性能均符合設(shè)計(jì)要求，焊后缺陷明顯減少，一次性合格率上升3%。

采用防風(fēng)棚、焊前預(yù)熱、焊中加熱，焊后后熱保溫和使用防風(fēng)擋板之后，在冬季低溫下能夠進(jìn)行正常焊接，且未出現(xiàn)冷裂紋、氫致裂紋和氣孔等焊接缺陷。這些措施有效地提高了焊接質(zhì)量，控制了施工成本，保證了工期進(jìn)度。

[1]康小兵.微合金元素鈮、鈦對(duì)低碳微合金鋼組織——性能影響的研究[D].鞍山：鞍山科技大學(xué)，2005.

[2]張文鉞.用平板剛性拘束試驗(yàn)測(cè)定焊接冷裂紋敏感性的研究[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，1985(2)：69-77.

[3]張文鉞.焊接冶金學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

Protective measures of welding in winter of long-distance refined oil pipeline

LIU Hui1，ZHOU Cui2，LI Zhi-fei1
(1.Pressure Vessel Factory，CPE Xinjiang Petroleum Engineering Construction Co.，Ltd.，Karamay 834000，China；2.School of Graduate，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China)

Along the pipeline engineering of refined oil transportation produced by Ningxia Petrochemical Corporation，there are many cultivated lands，in order to reduce the cost，the pipeline engineering should be constructed in winter when the temperature is low and there are no cash crops.Welding in winter construction mainly takes measures such as preheating，windbreak shelter，keeping interpass temperature and post welding heat treatment，flap closure and so on，to ensure the welding quality.When the measures accounted above are used in the welding of L245 pipeline steel，the radiographic inspection test and mechanical properties of weld joint one-time qualified quality reaches 99.64%，which can satisfy the quality standards.Moreover，after the quality assurance measures are taken in the winter construction，the quality of the weld has been improved，the cost has been reduced and following great economic and social benefits.Key words：long-distance oil and gas pipeline；welding in winter；precaution measures

TG47

B

1001-2303(2012)04-0090-03

2012-02-20

劉 輝(1987—)，男，四川南充人，學(xué)士，主要從事油氣長(zhǎng)輸管道及儲(chǔ)罐焊接的工作。