高壓天然氣管道不停輸帶壓焊接可靠性研究

謝晨光

摘要：與普通輸氣管道焊接作業(yè)相比，不停輸帶壓焊接作業(yè)的難點(diǎn)在于不停輸以及帶壓兩個(gè)方面，為了可以更加準(zhǔn)確地對(duì)該類焊接作業(yè)的可靠性進(jìn)行研究，筆者將從準(zhǔn)備工作、靜態(tài)焊接、動(dòng)態(tài)焊接等方面對(duì)該類焊接作業(yè)的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行詳細(xì)地闡述，希望以下內(nèi)容可以對(duì)從事天然氣運(yùn)輸管道焊接崗位的相關(guān)工作人員有所裨益。

關(guān)鍵詞：高壓天然氣管道；不停輸帶壓焊接；可靠性研究

引言：

低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐漸成為未來幾年國內(nèi)能源消耗的重要趨勢(shì)，而天然氣作為一種清潔、環(huán)保、高效的新型能源，其在能源匱乏的當(dāng)今社會(huì)中有著非常巨大的發(fā)展空間。天然氣在運(yùn)輸過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些故障問題，為了可以盡可能地避免因輸氣管道的局部故障而影響輸氣管道的整體運(yùn)輸效率，工作人員通常會(huì)采用不停輸且?guī)汉附拥姆绞絹硗瓿删植抗艿拦收系奶幚?，這也是筆者將要與大家進(jìn)行重點(diǎn)探究的核心內(nèi)容。

一、天然氣管道

顧名思義，該類輸氣管道主要是指工作人員在輸送天然氣的過程中所使用的干線管道，一般情況下，該類管輸氣管道的起始點(diǎn)一般以油田、LNG接收站為主，而終點(diǎn)則主要以城市內(nèi)的配氣分站點(diǎn)為主。由于天然氣中含有大量的甲烷氣體，且平均含量約在80%以上，同時(shí)還含有乙烷、丙烷等氣態(tài)烴，此外還會(huì)含有少量的氦氣、氬氣等惰性氣體，因此工作人員在傳輸天然氣之前需要先對(duì)其進(jìn)行凈化處理，以確保最終傳輸所得的天然氣所體現(xiàn)出的基本性能不會(huì)在傳輸過程中發(fā)生改變。

二、施工設(shè)備分析

與普通的輸氣管道相比，高壓狀態(tài)下的輸氣管道對(duì)于相關(guān)機(jī)械設(shè)備的要求更為嚴(yán)苛，隨著公路工程項(xiàng)目的數(shù)量在近幾年的不斷攀升，工作人員對(duì)輸氣管道在運(yùn)輸過程中所使用的設(shè)備性能也提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)[1]。目前與天然氣輸氣設(shè)備相關(guān)的施工設(shè)備有開孔器、液壓站設(shè)備、開孔聯(lián)箱、封堵器、開孔刀、封堵聯(lián)箱等等。工作人員人員需要結(jié)合輸氣管道具體的焊接情況來選擇合適的機(jī)械設(shè)備來輔助工作人員完成相應(yīng)的焊接作業(yè)。

三、焊接實(shí)驗(yàn)研究

（一）準(zhǔn)備工作

該焊接實(shí)驗(yàn)中工作人員主要以L360的輸氣管道為主，其所對(duì)應(yīng)的法蘭組件為Q345B，焊接材料則以4.0mm的J507焊條，輸氣管道的壓力值以0.8MPa為標(biāo)準(zhǔn)，開孔率則以0.8為主，工作人員通過使用兩種靜態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)方法和兩種動(dòng)態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其來模擬輸氣管道在高壓狀態(tài)下進(jìn)行天然氣運(yùn)輸?shù)倪^程中其內(nèi)部氣體真實(shí)的流動(dòng)情況，以此來更好地輔助工作人員完成對(duì)天然氣管道的帶壓焊接作業(yè)[2]。

（二）L360+Q345B靜態(tài)焊接

工作人員可以對(duì)L360和Q345B兩種不同型號(hào)的型鋼構(gòu)件進(jìn)行J507焊接實(shí)驗(yàn)，在這個(gè)過程中所使用的法蘭組件的平均厚度為19mm，焊接實(shí)驗(yàn)中所使用的輸氣管道厚度約為8mm。工作人員通過對(duì)不同型、貝氏體鋼構(gòu)件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)后試件基本性能的檢測(cè)，將最終所得到的參數(shù)信息進(jìn)行匯總?cè)绫?所示。通過金相實(shí)驗(yàn)我們可以得出在焊接管道的過程中，焊接金屬組織中先后分解出了不同含量的鐵素體PF、鐵素體FSP、鐵素體AF、貝氏體、馬氏體等等。通過拉伸實(shí)驗(yàn)工作人員可以得出焊接實(shí)驗(yàn)中的型鋼在整個(gè)焊接過程中的不同焊接點(diǎn)位置處所對(duì)應(yīng)的維氏硬度的具體數(shù)值，在此基礎(chǔ)上我們可以更加準(zhǔn)確地判斷出靜態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)中輸氣管道在焊接過程中所體現(xiàn)出的可靠性情況[3]。對(duì)于天然氣輸送管道中的絕大多數(shù)焊接作業(yè)來說，輸氣鋼管自身的材料、熱影響區(qū)以及焊縫等位置出現(xiàn)不同程度上的斷裂情況均會(huì)對(duì)帶壓焊接作業(yè)最終在實(shí)際應(yīng)用中所體現(xiàn)出的可靠性造成一定程度上的負(fù)面影響，對(duì)此工作人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合GB/T 9711-2011《天然氣管線輸送鋼管》等相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來檢測(cè)最終的焊接效果，若能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)則該帶壓靜態(tài)焊接作業(yè)便具有良好的可靠性，反之亦然。

（三）L360+Q345B動(dòng)態(tài)焊接

與上述我們所提到的靜態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的則是動(dòng)態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)，為了可以更加直觀地幫助工作人員明確輸氣管道在不停止運(yùn)輸?shù)臓顟B(tài)下如何在較短的時(shí)間內(nèi)完成帶壓焊接作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸氣管道的快速搶修目標(biāo)。針對(duì)這種情況工作人員設(shè)計(jì)了針對(duì)高壓狀態(tài)下輸氣管道的動(dòng)態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)，相關(guān)參數(shù)信息如下：輸氣管道內(nèi)的壓力值約為0.8MPa，法蘭組件Q345B的厚度約為19mm，輸氣管道L360的厚度約為8mm，焊接材料與靜態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)中所使用的焊接材料種類相類似，以4.0mm的J507焊條為主，工作人員在使用該類材料模擬焊接實(shí)驗(yàn)的過程中所給予的焊接電流在140A-170A的范圍之內(nèi)，與其相對(duì)應(yīng)的焊接電壓則處于20V-25V的范圍以內(nèi)。經(jīng)過工作人員在高壓狀態(tài)下對(duì)輸氣管道所進(jìn)行的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)動(dòng)態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)后的輸氣材料進(jìn)行參數(shù)信息的檢測(cè)，最終得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：編號(hào)為1的焊接試件寬度為25.6mm，厚度為8.0mm，斷裂荷載為104kN，抗拉強(qiáng)度為508kN，斷裂位置為熱影響區(qū)；編號(hào)為2的焊接試件寬度為25.1mm，厚度為8.0mm，斷裂荷載為101kN，抗拉強(qiáng)度為503kN，斷裂位置為母材；編號(hào)為3的焊接試件寬度為25.7mm，厚度為8.0mm，斷裂荷載為109kN，抗拉強(qiáng)度為530kN，斷裂位置為熱影響區(qū)[4]。通過動(dòng)態(tài)焊接拉伸實(shí)驗(yàn)我們可以得出以下結(jié)論：輸氣管道處于高壓狀態(tài)下進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，最容易出現(xiàn)斷裂情況的部位分別為母材和熱影響區(qū)。在金相實(shí)驗(yàn)中我們可以進(jìn)一步檢測(cè)出輸氣管道焊接位置處暫未殘留馬氏體等物質(zhì)，該檢測(cè)結(jié)構(gòu)符合GB/T 9711-2011這一標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于焊接鋼管所提出的金相實(shí)驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，因此我們可以進(jìn)一步明確高壓運(yùn)輸管道在不停輸狀態(tài)下可靠性最高的焊接參數(shù)如下：焊接材料為J507，焊接電流為140-170A，焊接電壓為22-25V，焊腳尺寸為14-16mm。

四、結(jié)束語

雖然現(xiàn)階段國內(nèi)一些用于運(yùn)輸天然氣的輸氣管道在實(shí)際應(yīng)用中依然會(huì)出現(xiàn)一些裂縫問題，對(duì)此工作人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)地采取相應(yīng)的焊接處理來有效地提高其自身的可靠性，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的天然氣供應(yīng)服務(wù)，從而更好地為國內(nèi)的天然氣運(yùn)輸領(lǐng)域的長遠(yuǎn)發(fā)展添加助力。

參考文獻(xiàn)

[1]崔強(qiáng).天然氣管道不停輸帶壓封堵工藝技術(shù)研究[J].石化技術(shù)，2017，24（02）：296+292.

[2]馬振濤.天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創(chuàng)新技術(shù)[J].建材與裝飾，2017（47）：112-113.

[3]楊志煒，張瓊飛，蔡婷等.天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創(chuàng)新技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2012，32（02）：195-197.

[4]金勇.管道不停輸帶壓封堵施工新技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（34）：112-115.

（作者單位：遼河油田建設(shè)有限公司工程安裝四分公司）