中亞天然氣管道工程哈國段CRC自動焊工藝應(yīng)用研究

杜長青，鹿鋒華

（中國石油天然氣管道局，河北廊坊 065000）

中亞天然氣管道工程哈國段CRC自動焊工藝應(yīng)用研究

杜長青，鹿鋒華

（中國石油天然氣管道局，河北廊坊 065000）

CRC自動焊設(shè)備是目前世界上最先進(jìn)的管道焊接設(shè)備，具有自動化程度高、焊接速度快、全天候作業(yè)等特點(diǎn)。經(jīng)過綜合評定，中亞天然氣管道工程哈國B段平原地區(qū)管道采用CRC自動焊工藝，保質(zhì)保量完成了管道焊接任務(wù)。文章介紹了國內(nèi)外同類焊接技術(shù)的比較、CRC工藝的特點(diǎn)、應(yīng)用推廣情況及其取得的經(jīng)濟(jì)效益。

CRC自動焊；工藝評定；天然氣管道；經(jīng)濟(jì)效益

0 引言

中亞天然氣管道項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邊境，途經(jīng)烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦 （簡稱：哈國），最終到達(dá)中國新疆維吾爾自治區(qū)的霍爾果斯。管道總長超過1 800 km，其中烏國境內(nèi)510.5 km，哈國境內(nèi)1 300 km，中國境內(nèi)4.4 km。全線采用雙管并行敷設(shè)，管徑1 067 mm，材質(zhì)X70，壁厚分15.9 mm和19.1 mm，設(shè)計壓力為9.81 MPa，設(shè)計年輸氣規(guī)模300億m3，預(yù)計工程總投資73．1億美元。

由于本工程X70鋼管的強(qiáng)度等級較高、管徑大、線路長，沿線地形復(fù)雜多樣，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、操作簡單等特點(diǎn)。經(jīng)專家組多次論證并結(jié)合本項目特點(diǎn)，確定了對于地形平坦、障礙少的地段采用全自動焊，無法連續(xù)作業(yè)的地段采用內(nèi)焊+半自動焊、手工半自動焊的焊接工藝。大口徑長輸管道自動焊設(shè)備，生產(chǎn)廠家多，有意大利PWT公司、美國CRC-Evans公司、英國NOREAST公司、美國LINCOLN公司等，還有中石油天然氣管道科學(xué)研究院近幾年研制的PAW2000及其升級產(chǎn)品。專家組根據(jù)本項目特點(diǎn)，綜合哈國國情，最終確定了在平原等適用全自動焊設(shè)備的地域采用美國CRCEvans公司生產(chǎn)的全位置自動焊設(shè)備。它是目前世界上最先進(jìn)的管道焊接設(shè)備，包括焊接、坡口、對口系統(tǒng)，能對焊道進(jìn)行自動跟蹤，具有質(zhì)量穩(wěn)定、焊道成型好的特點(diǎn)。這套設(shè)備采用的焊接工藝代表著當(dāng)今大口徑管道焊接技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向。

1 當(dāng)前國內(nèi)外同類焊接技術(shù)的性能比較

1.1 PWT-CWS.02NRT外自動根焊 +PAW2000自動外焊機(jī)填充、蓋面焊特點(diǎn)

（1）PWT-CWS.02NRT焊機(jī)是意大利PWT公司生產(chǎn)的一種由計算機(jī)控制的MIG/MAG焊接系統(tǒng)，對焊接熔池可控性調(diào)節(jié)，有效保證了焊接質(zhì)量。PWT外自動根焊克服了內(nèi)自動根焊僅適用于固定管徑的缺點(diǎn)，可以同時完成根焊和填充、蓋面焊，又克服了半自動焊打底和手工焊打底的固有缺陷，適于管徑大于406.4 mm的各種壁厚管道的焊接。它由一臺2×400內(nèi)燃弧焊發(fā)電機(jī)、兩個焊機(jī)電流控制單元、兩個焊接小車控制單元、兩臺焊接小車、兩套焊槍冷卻系統(tǒng)、一個焊接編程器、一個焊接保護(hù)氣配比混合單元、焊接防風(fēng)棚和一條軌道組成。該機(jī)采用行走電機(jī)、送絲電機(jī)、擺動電機(jī)、焊槍橫向調(diào)節(jié)電機(jī)、焊槍對中和縱向調(diào)節(jié)電機(jī)來控制焊接小車的焊接；計算機(jī)通過重力角度傳感器控制管道環(huán)縫各點(diǎn)位置的工藝參數(shù)，該機(jī)還可通過焊機(jī)自帶軟件實現(xiàn)焊接工藝參數(shù)和焊接線能量計算。但是焊工掌握該機(jī)操作存在一定難度，較不易控制，此外需要單獨(dú)的內(nèi)對口器。

（2）PAW2000外自動焊機(jī)由中石油天然氣管道科學(xué)研究院開發(fā)設(shè)計，主要用于長距離油氣管道施工過程中管道的自動焊接。它主要由焊接小車、導(dǎo)向軌道、計算機(jī)控制系統(tǒng)、 保護(hù)氣供氣系統(tǒng)等組成。用戶可根據(jù)需要在編程器上方便地更改參數(shù)設(shè)置。具有技術(shù)先進(jìn)、自動化程度高、焊接速度快、焊接合格率高、操作簡單、焊接工人勞動強(qiáng)度低等特點(diǎn)?？赏瓿珊傅赖臒岷浮⑻畛?、蓋面等工序。其性能參數(shù)見表1。

表1 PAW2000外自動焊機(jī)性能參數(shù)

但是PAW2000外自動焊機(jī)由于開發(fā)時間短，在實際現(xiàn)場應(yīng)用中存在故障率高、維修率高的問題，設(shè)備性能不是很穩(wěn)定，有待改進(jìn)。

1.2 CRC管道全自動焊系統(tǒng)特點(diǎn)

CRC管道全自動焊系統(tǒng)包括有6把焊槍的內(nèi)焊機(jī)、P260熱焊系統(tǒng)、P600雙焊槍焊接系統(tǒng)。帶6把焊槍的內(nèi)焊機(jī)集對口器和根焊機(jī)于一體，根焊在管口的內(nèi)圓周完成。以X70管材、D 1 067 mm管徑為例，用該內(nèi)焊機(jī)打底焊，一道口平均根焊時間為80 s，其焊接效率約是焊條電弧焊的10～15倍，具有自動化程度高、焊接速度快、全天候作業(yè)等特點(diǎn)。

2 CRC自動焊工藝試驗及其評定

為了盡快掌握CRC全自動焊技術(shù)，我們開展了工藝試驗。

2.1 CRC全自動焊工藝試驗

2.1.1 試驗準(zhǔn)備

（1）管材：X70鋼，管道規(guī)格D 1 067 mm×15.9 mm，符合中亞天然氣管道工程用直縫埋弧管技術(shù)條件。

（2）焊材：見表2。

表2 中哈天然氣管道工程CRC自動焊工藝用焊材

（3）輔助設(shè)施：焊嘴等配件。

（4）操作手：都是經(jīng)驗豐富且在項目上操作過CRC全自動焊設(shè)備的焊工，他們都具有CRCEvans公司頒發(fā)的上崗證。

2.1.2 試驗依據(jù)

API 1104-2005《管道及相關(guān)配件的焊接》和業(yè)主批準(zhǔn)的 《中亞天然氣管道工程—線路焊接工藝評定程序文件》。

2.1.3 工藝參數(shù)

（1）坡口設(shè)計見圖1。用機(jī)械方法將坡口內(nèi)壁及坡口兩側(cè)各25 mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等污物清理干凈，直至露出金屬光澤。

（2）火焰加熱器在管口兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)加熱，預(yù)熱溫度≥60℃。焊接錯邊量≤1.6 mm，根部間隙≤0.5 mm。風(fēng)速要求≤1.0 m/s。

（3）焊接參數(shù)見表3。

2.2 工藝評定

外觀檢查:焊縫外觀整齊、均勻，無裂紋、未焊透和燒穿，焊縫有咬邊現(xiàn)象但是未超標(biāo)，符合API外觀檢查標(biāo)準(zhǔn)要求。

射線檢測：合格，無超標(biāo)缺陷，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

力學(xué)性能試驗：按照API 1104-2005標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)主批準(zhǔn)的焊接工藝評定程序文件的要求取樣和試驗。4個拉伸試件均在母材處斷裂，抗拉強(qiáng)度值均高于X70鋼的最小抗拉強(qiáng)度 （570 MPa）；刻槽錘斷試驗和彎曲試驗均未見明顯缺欠；在-10℃時進(jìn)行沖擊試驗，熔合線和焊縫中心的沖擊吸收功均大于45 J（中亞天然氣管道工程施工規(guī)范要求-10℃時的低溫沖擊功平均值不低于45 J）；宏觀金相無明顯缺陷；在母材、熱影響區(qū)、焊縫中心共取25個硬度點(diǎn)進(jìn)行硬度試驗，焊縫和熱影響區(qū)硬度不大于280 HV10，均滿足 《中亞天然氣管道工程線路焊接工藝評定程序文件》的要求。所焊試件均能滿足API 1104-2005和中亞天然氣管道工程施工規(guī)范要求，說明采用該焊接工藝所焊的焊接接頭性能優(yōu)良，完全可以在中亞天然氣管道工程項目上應(yīng)用和推廣。

表3 焊接參數(shù)

2.3 效果

采用CRC全自動焊工藝在中亞項目用管上一共試焊了兩道完整的焊縫，焊縫均滿足中亞天然氣管道施工要求，并據(jù)此出具了兩份焊接工藝評定報告和一份焊接工藝規(guī)程，用于指導(dǎo)現(xiàn)場焊接施工。2008年7月開工以后，在CRC-Evans公司專家的幫助下僅用一個星期就渡過了磨合期，經(jīng)過在中亞天然氣管道工程哈國B段推廣應(yīng)用，完全符合規(guī)范要求，并取得了理想效果，為項目的順利完工奠定了基礎(chǔ)。

3 應(yīng)用情況

中亞天然氣管道工程哈國段于2008年7月9日開工建設(shè)，截至到2009年8月，A線和B線主體焊接已經(jīng)完畢。中石油天然氣管道局先后共投入3個施工主體單位，分別為管道工程一分公司、三分公司和四分公司，共計13個焊接流水作業(yè)機(jī)組。其中CRC全自動焊機(jī)組3個，完成管道焊接長度占B線的30.6%，創(chuàng)下了日焊接136道口，月焊接32 km的管道局焊接記錄，一次性合格率達(dá)94%以上，確保了2008年500 km的焊接任務(wù)，為2009年年底A線投產(chǎn)，B線主體完工打下了基礎(chǔ)。

中亞天然氣管道項目采用該工藝后獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，焊接401 km管道用CRC全自動焊機(jī)組比焊條+半自動焊機(jī)組要節(jié)省工期20天，合730萬美元。

Application Research of CRC Automatic Welding Process in Kazakstan Section of Central Asia Natural Gas Pipeline Project

DU Chang-qing（China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,LU Feng-hua

At present,CRC automatic welding equipment is the most advanced pipeline welding equipment in the world which has the features of high automation level,fast welding speed and all-weather operational capability.After comprehensive assessment,it was decided to adopt CRC automatic welding process for pipeline welding in the plain area of Kazakstan B section of Central Asia Natural Gas Pipeline.The pipeline welding work was successfully fulfilled both in quality and in quantity.In this paper,the similar welding technologies at home and abroad are compared,and the characteristics of CRC welding process,its applications and economic benefits are introduced.

CRC automatic welding;process;assessment;natural gas pipeline;economic benefit

TE973.3

B

1001－2206（2011）04－0056－03

杜長青 （1971-），男，河北廊坊人，工程師，一級注冊建造師，2008年畢業(yè)于西南石油學(xué)院管道工程專業(yè)，長期從事管道工程的施工管理工作。

2011-02-23；

2011-04-18