宁夏石化石油外输管线钢焊接冬季施工技术

宁夏石化石油外输管线钢焊接冬季施工技术

0柴油、-20#柴油随着油气资源的不断开发和利用，油气公司的长输管道作为安全、经济、有效的管道，得到了迅速发展。宁夏石化成品油外输管道采用常温密闭顺序输送工艺,输送油品为宁夏石化分公司生产的93#汽油、0#柴油、-10#柴油和-20#柴油。干线起于宁夏回族自治区的银川市西夏区(中银管道银川原油末站),途经宁夏石嘴山、内蒙古乌海、阿拉善、巴彦淖尔,止于巴彦淖尔的临河末站。油品外输管道工程设计压力6.4MPa,使用L245管线钢。L245管线钢是在普通低碳钢和普通低合金高强度钢的基础上添加了微量(含量不大于0.20%)的合金元素(主要是强烈的碳化物形成元素,如Nb、V、Ti等),从而使钢材具有良好的综合力学性能、焊接性和抗腐蚀性能,常用于四川等西南地区输气管道的建设。西南地区冬季温度较高,基本不影响其在冬季的焊接,然而西北冬季的气温较低(见表1),焊接施工时必须考虑防护措施,因此研究L245管线钢的冬季焊接防护措施就十分必要。1在冬季连接困难和解决措施1.1现场施工所产生的问题(1)温度较低,母材受气温影响,焊接时易出现冷裂纹。在-15℃进行焊接操作时,因环境温度过低,在焊接过程中会出现母材和焊缝受热不均匀,使母材和焊缝局部产生应力集中,在熔合区出现冷裂纹。(2)环境条件恶劣,产生气孔、夹杂等缺陷。现场施工基本上是在野外沙漠和荒地中进行。由于风的影响,在焊接过程中,母材中的C和空气中的O发生化学反应,生成的CO会继续与O发生反应产生CO2气体,且不能及时溢出,将在焊缝中形成CO2气孔。受风的影响,熔池金属液成型不规则,熔渣出现在熔池中形成夹杂。(3)焊后冷却速度过快,易产生氢致裂纹。由于温度过低,焊后冷却速度较常温快,虽然使用低氢型焊条焊接,但空气中的水和氢气将与焊条中的CaF2反应生成HF,这是低氢型焊条的脱氢反应,用于控制焊缝中氢的含量。但由于冷却速度增大,焊缝焊后冷却时间变短,冷却速度增大,脱氢反应不彻底,使焊缝中氢的含量比常温焊接时高,易产生氢致裂纹。1.2解决措施(1)有效防护措施在长输管道焊接中,防风棚是使用最多也是最有效的一种防护措施。传统管线焊接的移动电站都配备有焊接防风棚,在防风棚内施焊有利于提高焊接质量,减少环境因素对焊接质量的影响。(2)焊前预热方法本工程焊接规程中未要求进行焊前预热。在常温下焊接,L245管线钢因焊接性良好,强度不高,无需预热焊缝性能就能达到GB50369-2006规定要求;但在冬季施工时,由于气温较低,为避免出现冷裂纹等焊接缺陷和应力集中现象,给后面试压等工序带来风险,采用了焊前预热方法。预热能够有效防止冷裂纹,但合理选择预热温度十分重要。预热温度过高,一方面恶化了劳动条件,另一方面在局部预热条件下,由于附加应力的产生反而促使产生冷裂纹。因管径小,考虑成本之后采用自制加热器预热,预热温度100℃～130℃,预热宽度大于等于100mm。(3)填充盖面的施焊在焊接过程中,根焊后3min内开始进行填充盖面,始终保持层间温度在80℃以上,如果不能及时进行填充盖面,施焊前需对已冷却的焊道进行加热,保证焊缝受热均匀。(4)降低冷却速度焊接条件下,加热和冷却速度都比较快,必然会对金属的相变产生较大影响。冬季焊接在温度较低的情况下,焊后冷却速度更快,对金属相变会产生更大的影响。为了改善焊接热影响区组织,应采用后热保温的措施来降低冷却速度。施工中使用环形加热器进行后热,后热后使用自制的保温套进行焊后保温,保温时间24h,保温套是耐热帆布里面填充石棉网,经济有效,如图1所示。(5)密封屏障在焊接组对前使用自制可拆卸钢挡板封堵管端,控制管内风速,避免因管内风速过大造成焊接质量问题。2试验材料和焊接技术2.1母材试验用L245管线钢规格φ219.1mm×5.6mm,由宝鸡钢管厂生产,化学成分和力学性能见表2、表3。2.2焊接材料采用大西洋生产的E6010和E5015(J507)焊条,规格φ3.2mm,化学成分和力学性能见表4、表5。2.3现场焊接工艺参数采用焊条电弧焊,纤维素焊条根焊+低氢型焊条填充、盖面,根焊与填充焊间隔时间小于5min,层间温度大于等于80℃,焊接工艺参数见表6。在温度-18℃、风速10m/s时,采用上述措施进行现场焊接。接头形式为对接,V型坡口,坡口角度60°±5°,钝边0.5～1.5mm,间隙2.0～3.0mm。焊接坡口如图2所示,焊接层数见表7,顺序如图3所示。3焊接结果3.1力学性能试验截取无损检测合格的焊接接头进行拉伸、冷弯、刻槽、硬度等力学性能试验,结果见表8～表11。试验结果符合GB50369-2006《油气长输管道工程施工及验收规范》要求。3.2次性合格检测2011年12月1日～2012年1月15日焊接的3326道焊口,经方圆检测公司检测,一次性合格率高达99.64%,其中Ⅰ级片子2823张,Ⅱ级片子491张。4冬季高温下,所有焊接因在工程中采取防护措施后,工程质量得到保证,各项性能均符合设计要求,焊后缺陷明显减少