哈中天然氣管道項(xiàng)目B標(biāo)段線路焊接工藝

鹿鋒華，杜長(zhǎng)青，李廣民

(中亞天然氣管道項(xiàng)目部，河北廊坊065000)

哈中天然氣管道項(xiàng)目B標(biāo)段線路焊接工藝

鹿鋒華，杜長(zhǎng)青，李廣民

(中亞天然氣管道項(xiàng)目部，河北廊坊065000)

中亞天然氣管線是我國(guó)最長(zhǎng)、規(guī)模最大的能源戰(zhàn)略通道，是中石油集團(tuán)公司的重點(diǎn)戰(zhàn)略工程，全長(zhǎng)1 800多km，設(shè)計(jì)壓力9.81 MPa，管徑1 067 mm，鋼級(jí)X70，壁厚15.9 mm，其中穿越段壁厚19.1～28.6 mm，全線采用雙管雙溝并行敷設(shè)，管道外部采用3PE防腐、內(nèi)壁采用雙組份環(huán)氧涂料減阻內(nèi)涂層，年輸氣量300億m3。介紹了哈中天然氣管道項(xiàng)目線路焊接工藝特點(diǎn)、要求、評(píng)定過程、焊接質(zhì)量控制及其在哈中天然氣管線上的應(yīng)用情況。

焊接工藝；根焊；焊接工藝評(píng)定；焊接質(zhì)量；焊接工藝規(guī)程(WPS)

1 工程概況

中亞天然氣管道項(xiàng)目是西氣東輸二線的氣源工程，起自土庫曼斯坦和烏茲別克斯坦兩國(guó)邊境，途經(jīng)烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦，最終到達(dá)中國(guó)境內(nèi)新疆維吾爾自治區(qū)的霍爾果斯，進(jìn)而通往上海、珠江三角洲地區(qū)，是我國(guó)最長(zhǎng)、規(guī)模最大的能源戰(zhàn)略通道。全長(zhǎng)1800多km，其中烏國(guó)境內(nèi)510.5km，哈國(guó)境內(nèi)1300km，中國(guó)境內(nèi)4.4km，設(shè)計(jì)壓力9.81 MPa，管徑1 067 mm，鋼級(jí)X70，壁厚15.9 mm，其中穿越段壁厚19.1～28.6 mm。全線采用雙管雙溝并行敷設(shè)，管道外部采用3PE防腐、內(nèi)壁采用雙組份環(huán)氧涂料減阻內(nèi)涂層，年輸氣量300億m3。本工程2008年7月 9日開工建設(shè)，2009年底實(shí)現(xiàn)雙線建成、單線通氣的目標(biāo)。CPP承擔(dān)了哈國(guó)段東段靠近中國(guó)界B標(biāo)段650 km(樁號(hào)A1000～A1750)雙線管線任務(wù)，在一年半的時(shí)間內(nèi)CPP要完成650 km的雙線管線施工任務(wù)，工期之短，任務(wù)之重實(shí)屬海外工程罕見。因此，為了保證按期完工，必須確保焊接的高質(zhì)量、高效率，保證焊接的進(jìn)度和合格率，盡量避免返工返修。

2 焊接工藝分析

本工程鋼管的強(qiáng)度X70等級(jí)較高，管徑較大，線路長(zhǎng)，沿線地形雖然復(fù)雜多樣，但是相對(duì)平坦，由于工期要求緊，所以選用的焊接工藝必須具備合格率高、施工速度快、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。經(jīng)管道局專家組多次論證，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)推薦線路焊接施工以自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊為主，手工焊為輔。在滿足焊縫各項(xiàng)性能指標(biāo)和質(zhì)量要求的前提下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇可行的焊接方式。建議對(duì)地形平坦、障礙少的地段采用全自動(dòng)焊，無法連續(xù)作業(yè)的地段采用手工焊＋半自動(dòng)焊等焊接工藝。

2.1 焊材選擇

中亞天然氣管道工程用管材符合API Spec 5L X70標(biāo)準(zhǔn)，直縫埋弧焊焊管(LSAW)化學(xué)成分和焊接接頭物理性能技術(shù)條件要求如表1、表2所示。

表1 中亞天然氣管道工程用LSAW化學(xué)成分要求%

表2 中亞天然氣管道工程用LSAW焊接接頭物理性能要求

由表1、表2可知，中亞天然氣LSAW管線用管的技術(shù)要求很嚴(yán)格，在現(xiàn)場(chǎng)施工要合理選擇焊材，確保投入使用后的安全性和可靠性。根據(jù)焊縫金屬與母材“等強(qiáng)匹配”的原則來進(jìn)行焊材的選用，選用的焊材不但要保證焊縫力學(xué)性能良好，操作性能也要良好；焊條或焊絲應(yīng)符合AWS標(biāo)準(zhǔn)，根焊熔敷金屬抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值小于等于482.72 MPa，即采用E6系列或E7系列；填充蓋面采用低氫型焊絲、焊條，其熔敷金屬抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值大于等于551.68 MPa，即采用E8系列或E9系列；焊條的性能應(yīng)符合AWS A5.1《碳鋼用焊條電弧焊焊條》要求，焊絲的性能應(yīng)符合AWS A5.29《低合金鋼用藥芯焊絲》和AWS A5.18《碳鋼氣體保護(hù)焊焊絲及填充》要求。

鑒于工程特點(diǎn)，根據(jù)制定的焊接工藝，結(jié)合現(xiàn)有的焊接設(shè)備和管道局多年施工經(jīng)驗(yàn)，推薦選擇焊材如表3所示，但是匹配情況應(yīng)根據(jù)焊接工藝評(píng)定確定。

表3 中亞天然氣管道工程線路選用焊材

2.2 采用標(biāo)準(zhǔn)[1－2]

中亞天然氣管道工程線路焊接工藝評(píng)定和焊工考試采用API 1104《Welding of the Pipeline and Relevant Facilities》(管道及相關(guān)設(shè)施的焊接標(biāo)準(zhǔn))2005版和業(yè)主批準(zhǔn)的《中亞天然氣管道工程—線路焊接工藝評(píng)定程序文件》。

2.3 工藝分析

根據(jù)工程特點(diǎn)和業(yè)主批準(zhǔn)的《中亞天然氣管道工程——線路焊接工藝評(píng)定程序文件》，擬定的線路焊接工藝列表如表4所示。

由表4可知，主線路有三種工藝，連頭有兩種工藝，返修工藝有三種。這幾種工藝相互結(jié)合，完全能夠滿足中亞天然氣管道的施工要求，后來經(jīng)過工藝評(píng)定和現(xiàn)場(chǎng)施工也證明了這些工藝是適用的。值得一提的是GMAW＋FCAW－S為管道局首次采用，是管道局焊接專家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)管道焊接的一種革新工藝，該工藝在中亞天然氣管道初次使用就取得了不錯(cuò)的成績(jī)，加快了施工進(jìn)度。

表4 中亞天然氣管道工程線路焊接工藝

2.4 坡口設(shè)計(jì)

對(duì)三種線路工藝分別設(shè)計(jì)了相適應(yīng)的坡口類型，如圖1～圖3所示。

新工藝GMAW＋FCAW采用結(jié)合自動(dòng)根焊和半自動(dòng)焊工藝特點(diǎn)進(jìn)行的坡口設(shè)計(jì)，CRC全自動(dòng)焊工藝采用了CRC Evans公司推薦的標(biāo)準(zhǔn)坡口設(shè)計(jì)，SMAW＋FCAW根據(jù)傳統(tǒng)手工下向焊坡口進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 新工藝GAMW＋FCAW坡口設(shè)計(jì)

圖2 CRC全自動(dòng)焊工藝坡口設(shè)計(jì)

圖3 SMAW＋FCAW工藝坡口設(shè)計(jì)

3 焊接工藝評(píng)定(PQR)[3－4]

管道局中亞天然氣管道工程項(xiàng)目部于2007年底和2008年初在管道科學(xué)研究院焊接技術(shù)中心，根據(jù)擬定的焊接工藝和API1104－2005及業(yè)主批準(zhǔn)的《中亞天然氣管道工程—線路焊接工藝評(píng)定程序文件》，在業(yè)主代表、MOODY監(jiān)理監(jiān)督下進(jìn)行了中亞天然氣管道工程項(xiàng)目焊接工藝評(píng)定。

3.1 評(píng)定流程

針對(duì)表4的每一個(gè)焊接工藝都制定了詳細(xì)的焊接工藝評(píng)定方案，包括坡口加工和清理、焊機(jī)調(diào)試、預(yù)熱、參數(shù)記錄等，每進(jìn)行一道工序都由焊接工程師進(jìn)行檢查和記錄，MOODY焊接監(jiān)理監(jiān)督整個(gè)過程，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)，從環(huán)境溫度、濕度到坡口測(cè)量是否滿足規(guī)范要求，從嚴(yán)格審核施焊焊工資質(zhì)到測(cè)量每一層焊道的溫度和焊接電壓電流的變化。當(dāng)一個(gè)評(píng)定管口焊接完畢，MOODY焊接監(jiān)理和焊接技術(shù)中心的焊接工程師先進(jìn)行外觀檢查，符合技術(shù)要求再進(jìn)行射線檢測(cè)(RT)，射線檢測(cè)合格才能進(jìn)行試件取樣。整個(gè)評(píng)定過程嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和中亞天然氣管道技術(shù)文件執(zhí)行，評(píng)定流程如圖4所示。

圖4 工藝評(píng)定流程

3.2 評(píng)定報(bào)告(PQR)

當(dāng)力學(xué)性能試驗(yàn)都合格后，針對(duì)焊接工藝評(píng)定過程資料整理，每一個(gè)焊接工藝評(píng)定報(bào)告(PQR)都包含以下內(nèi)容：管材焊材材質(zhì)單；焊接工藝參數(shù)記錄；外觀檢查報(bào)告(VT)；射線檢測(cè)報(bào)告(RT)；力學(xué)性能試驗(yàn)報(bào)告。

力學(xué)性能試驗(yàn)和合格標(biāo)準(zhǔn)按照API1104－2005標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并在《中亞天然氣管道工程——線路焊接工藝評(píng)定程序文件》補(bǔ)充－10℃低溫沖擊韌性試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)，補(bǔ)充試驗(yàn)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為：低溫沖擊韌性試驗(yàn)3個(gè)焊縫、3個(gè)焊接熱影響區(qū)，試驗(yàn)溫度－10℃，全尺寸試驗(yàn)單值最小值45 J，三個(gè)試樣平均值最小60 J；焊縫沖擊試樣的V型缺口位置在焊縫中心，焊接熱影響區(qū)沖擊試樣的V型缺口位置在熔合線中心，焊縫和焊接熱影響區(qū)的硬度值最大為280HV10。試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量如表5所示。

表5 試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量

4 焊接質(zhì)量控制

根據(jù)焊接工藝報(bào)告(PQR)編制了線路焊接工藝程序文件并上報(bào)業(yè)主批準(zhǔn)，批準(zhǔn)后作為焊接工藝指導(dǎo)書(WPS)下發(fā)到各個(gè)施工單位和機(jī)組。為了保證質(zhì)量根據(jù)焊接工藝要求和實(shí)際施工情況，制定有針對(duì)性的焊接質(zhì)量保障措施。

(1)因地制宜，根據(jù)哈國(guó)地理環(huán)境合理布置施工機(jī)組。

(2)焊工培訓(xùn)合格并取得中亞天然氣管道工程焊工上崗證方可從事現(xiàn)場(chǎng)施工焊接作業(yè)。

(3)嚴(yán)格要求焊工按照焊接工藝規(guī)程操作。

(4)每天作業(yè)前要檢查設(shè)備、配件等，焊接完畢后做好設(shè)備維護(hù)工作，尤其是CRC全自動(dòng)焊接設(shè)備都是高精度零件，更要嚴(yán)格檢查和清理。

(5)CRC管道全自動(dòng)焊接工藝采用的是氣體保護(hù)，抗風(fēng)能力較差，在現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接過程中，要在防風(fēng)棚中進(jìn)行，并且在每個(gè)管段的端部加裝盲板，防止由于環(huán)境因素產(chǎn)生氣孔等焊接缺陷。

(6)管口組對(duì)時(shí)要嚴(yán)格檢查錯(cuò)邊量和對(duì)口間隙避免超標(biāo)，防止引起未焊透和燒穿等缺陷。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

自2008年7月中亞天然氣管道開工建設(shè)以來，在哈國(guó)段先后共投入五個(gè)手工＋半自動(dòng)焊接機(jī)組、三個(gè)CRC全自動(dòng)焊接機(jī)組和三個(gè)內(nèi)焊＋半自動(dòng)焊接機(jī)組，幾種焊接工藝都充分發(fā)揮了各自功能，并取得了良好效果，目前哈國(guó)段B標(biāo)段機(jī)械主體已經(jīng)完工，各工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況如表6所示。

表6 中亞天然氣管道哈國(guó)B標(biāo)段線路焊接施工情況

6 結(jié)論

根據(jù)API1104－2005標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)主批準(zhǔn)的《中亞天然氣管道工程—線路焊接工藝評(píng)定程序文件》進(jìn)行的焊接工藝評(píng)定，完全滿足中亞天然氣管道焊接規(guī)范和技術(shù)要求，焊接工藝各種試驗(yàn)結(jié)果均為合格。開工之初又分別對(duì)三種線路工藝取現(xiàn)場(chǎng)焊接口在哈國(guó)焊接實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)，力學(xué)性能指標(biāo)等均合格，哈國(guó)焊接實(shí)驗(yàn)室出具了現(xiàn)場(chǎng)焊口檢驗(yàn)報(bào)告。通過實(shí)際應(yīng)用，證明當(dāng)初擬定的中亞天然氣管道工程焊接工藝切實(shí)可行，完全滿足施工要求。

[1]API 1104－2005《Welding of the Pipeline and Relevant Facilities》(管道及相關(guān)設(shè)施的焊接標(biāo)準(zhǔn))[S].

[2]API SPECIFICATION 5L《管線鋼管規(guī)范》[S].

[3]顧紀(jì)清，陽代軍.管道焊接技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4]吳彩勇，周曉輝.大口徑管道自動(dòng)焊接技術(shù)研究[J].電焊機(jī)，2009，39(5)：101－103.

Welding process of Lot B line in Kazakhstan natural gas pipeline project

LU Feng-hua，DU Chang-qing，LI Guang-min
(Central-Asia Natural-Gas Pipeline Project Office，Langfang 065000，China)

China's Central Asian gas pipeline is the longest and largest energy strategy channel as well as the key strategic project of Petroleum Corporation.The length is more than 1 800 km.The design pressure is 9.81MPa.The diameter is 1 067 mm.The grade is X70.The wall thickness is 15.9 mm.The wall thickness of the cross section is between 19.1 and 28.6 mm.It is laid in parallel double pipe and double ditch.The external part of the pipeline adopts 3PE antisepsis，and the internal part of it adopts two component drag reduction epoxy coating.The gas volume of one year is 3 billion cubic meters.This paper describes the features，requirements，evaluation process，welding quality control of circuit welding process in the Kazakh－Chinese gas pipeline project，and the application in the natural gas pipeline in Kazakhstan.

welding process；root welding；welding process evaluation；welding quality；welding procedure

book=79,ebook=200

TG457.6

B

1001－2303(2010)10－0079－04

2009－12－22；

2010－09－25

鹿鋒華(1981—)，男，山東單縣人，工程師，碩士，主要從事焊接工藝文件編制及其焊工管理等工作。