石油長輸管道接口焊縫新技術(shù)探討

【摘 要】石油企業(yè)在近幾年得到了快速的發(fā)展，且其市場也得到了不斷的擴大，而我國對石油的需求量也在持續(xù)增加，并帶動了西氣東輸?shù)裙こ痰牟粩嚅_展。長輸管道可以對運輸中時間的浪費與人力物力的浪費作一定的減少，并對石油運輸?shù)馁|(zhì)量與效益作一定的保障。因此，油田長輸管道的焊接質(zhì)量必須得到一定的保證，并依據(jù)地形與環(huán)境的不同做到因地制宜采取相對合適的方法，從而為油氣運輸提供一定的便利，并由此為經(jīng)濟的發(fā)展與人們的生活作進(jìn)一步的推動。本文對石油長輸管道焊接的新技術(shù)進(jìn)行了分析探討，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】長輸管道；焊接質(zhì)量；焊接技術(shù)；研究分析

一、長輸管道泄漏的原因

1、防腐絕緣層裂化，腐蝕穿孔

防腐絕緣層在長期使用過程中會出現(xiàn)老化問題，一旦出現(xiàn)老化，防腐層表面將出現(xiàn)嚴(yán)重的裂化問題。防腐層腐蝕后主要表象形式是點蝕，絕緣層上出現(xiàn)不均勻的大面積銹斑和腐蝕坑。防腐層裂化后通常會出現(xiàn)腐爛問題，首先是防腐層表面開始腐爛，接著便直接腐爛到鋼管表面，此時再受其他外力的影響，腐蝕和腐蝕穿孔的速度會不斷加快，導(dǎo)致長輸管道出現(xiàn)泄漏問題。

2、陰極保護(hù)度低或陰極保護(hù)失效

陰極保護(hù)在長輸管道運行過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，如果陽極區(qū)出現(xiàn)中斷或者斷電等問題，陽極區(qū)的電阻會不斷增加，恒電位儀工作失去原有的效果，運行參數(shù)出現(xiàn)較大的波動，輸出的電流和電壓波動幅度較大，從而降低陰極保護(hù)的效率。陰極保護(hù)電位降低后，導(dǎo)致陰極保護(hù)失去原本的功效，長輸管道因此出現(xiàn)泄漏問題。

3、環(huán)向焊縫開裂

環(huán)向焊縫受輸氣壓力的作用后，原本存在于焊透、溶蝕和錯邊等位置的缺陷將隨之放大，從而產(chǎn)生絎縫開裂或者焊縫斷裂等問題，長輸管道因此產(chǎn)生泄漏問題。

4、人為因素破壞

長輸管道在輸氣過程中，如果受到不法分子的竊取，將會引發(fā)管道泄漏問題；另外，如果管道在輸氣的過程中，操作人員操作不當(dāng)或者工程機械使用不當(dāng)也會引發(fā)嚴(yán)重的管道泄漏問題。

二、我國長輸管道焊接現(xiàn)狀

1、我國長輸管道焊接現(xiàn)狀

隨著社會技術(shù)進(jìn)步和人類對石油和天然氣需求量的急劇增加，長輸管道在向著大口徑、長距離、高壓力、高鋼級方向發(fā)展，焊接技術(shù)及相關(guān)的設(shè)備、材料性能也在同步提高。國外的管道焊接技術(shù)與國內(nèi)相比大致相同，但國內(nèi)生產(chǎn)的管道自動焊焊接設(shè)備與國外相比仍有一定差距。

2、在長輸管道建設(shè)中應(yīng)用的主要焊接技術(shù)

我國目前應(yīng)用的長輸管道焊接技術(shù)基本上是從國外直接引進(jìn)或在國外焊接設(shè)備、材料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)、優(yōu)化、推廣應(yīng)用而來。主要焊接技術(shù)有：①焊條（纖維素、低氫型）電弧焊管道下向焊接技術(shù)。②焊條（纖維素、低氫型）電弧焊根焊、自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊填充、蓋面管道下向焊接技術(shù)。③STT（表面張力過渡）氣體保護(hù)半自動根焊、自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊填充蓋面管道下向焊接技術(shù)。④RMD（短弧控制熔敷金屬過渡）氣體保護(hù)半自動根焊、自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊填充蓋面管道下向焊接技術(shù)。⑤單焊炬焊機氣體保護(hù)全自動管道下向焊技術(shù)（如PWT焊機管道外根焊、RMS焊機填充蓋面焊）。⑥帶銅襯墊內(nèi)對口器氣體保護(hù)根焊、單（雙、多）焊炬外焊機氣體保護(hù)填充、蓋面管道全自動下向焊技術(shù)。⑦多焊炬內(nèi)焊機氣體保護(hù)根焊、單（雙）焊炬外焊機氣體保護(hù)管道全自動下向焊技術(shù)。

3、長輸管道焊接存在的問題與不足

我國的半自動焊和自動焊設(shè)備，特別是在焊接電源方面，與一流的焊接設(shè)備制造商，如美國米勒、法國薩福、奧地利福尼斯公司等產(chǎn)品相比，無論是焊機穩(wěn)定性還是靈敏度上都不及國外產(chǎn)品；在焊接材料方面，國內(nèi)一些著名的材料制造商如天津大橋、金橋焊材集團(tuán)等企業(yè)近年來進(jìn)步很快，相繼開發(fā)出了用于高強度X80管線鋼的實芯焊絲和自保護(hù)藥芯焊絲等高性能焊材，打破了國外公司在國內(nèi)市場的壟斷。但總體實力還有一定差距，特別是在高端焊接材料上，基本上還被國外壟斷。

三、油田長輸管道焊接技術(shù)的研究

1、油田長輸管道焊接的常見方法

（1）復(fù)合型下向焊復(fù)合型下向焊主要是采用熱焊層與根焊層向下焊接，再通過向上焊進(jìn)行填充與蓋面，其特點主要是相對適用于壁厚較大的一些管道進(jìn)行焊接工作。

（2）混合型下向焊混合型下向焊主要是利用纖維素型焊條進(jìn)行熱焊與打底焊，再通過低氫型的焊條進(jìn)行蓋面與填充，其特點主要包括相對較好的抗沖擊韌性、抗冷裂紋以及高可適用性等，能夠在惡劣環(huán)境或者氣候下進(jìn)行使用。此外，其溶化速度也有相對較慢的特點。

（3）手工下向焊手工下向焊的發(fā)展已經(jīng)相對成熟且得到了廣泛的應(yīng)用，其特點主要包括相對較快的焊接速度和相對較好的根焊性能。另外，該種方法所形成的焊縫在通常情況下，可以一次通過相關(guān)的焊縫射線探傷測試工作。

2、油田長輸管道焊接的操作規(guī)范

就長輸管道焊接的操作規(guī)范而言，主要是在啟動相關(guān)焊接設(shè)備前需要檢查電源極性、開關(guān)位置、指示儀表以及設(shè)備等，并在正式施工前于試板上作相關(guān)的實驗焊接工作，對工藝參數(shù)作一定的調(diào)試，要避免坡口以外管道表面出現(xiàn)起弧的情況。焊機底線放置的相關(guān)規(guī)范主要是在靠近焊縫處放置底線，并通過應(yīng)用卡的使用使寒風(fēng)接觸與底線的良好得到一定的確保，從而避免電弧對母材可能造成的擊傷。為了對焊接的飛濺燒傷作有效的預(yù)防，可以在焊口兩側(cè)覆蓋具有足夠耐熱性、耐燒性以及寬度的覆蓋物。在通常情況下，管口兩側(cè)必須有兩名焊工各自進(jìn)行焊接工作。另外，要避免各層焊道焊接在熱焊后出現(xiàn)中斷的情況，使層間溫度保持在100℃至200℃之間。而在焊接過程中如果出現(xiàn)了表面氣孔、偏吹等異常情況，需要立刻停止焊接作業(yè)。

3、油田長輸管道焊接特點的分析

長輸管道焊接質(zhì)量想要得到一定的保證，首先就需要確保使用的鋼材相對高級，而在焊接的過程中需要運用相關(guān)的技術(shù)、資料以及豐富的經(jīng)驗進(jìn)行判定，并根據(jù)管道質(zhì)量對焊接工藝進(jìn)行選擇。舉例來說，根焊焊接的速度對整個工程施工的速度有著直接的影響，而在實地操作的過程中有著相對較高的難度和相對較大的工作量。另外，不同地區(qū)的環(huán)境特點與地質(zhì)結(jié)構(gòu)也有著一定的差異，為了對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境地貌與氣孔特征進(jìn)行適應(yīng)，管道焊接的施工工藝就需要多樣化。舉例來說，在低溫環(huán)境下實施焊接技術(shù)的時候，需要對焊縫冷卻速度作充分的重視。這主要是因為在低溫環(huán)境進(jìn)行焊接的時候，會引起焊縫冷卻速度與硬度的增加，而這在一定程度上也會加大冷裂紋的敏感性，因而需要進(jìn)行低溫下作業(yè)避免以上可能出現(xiàn)的情況。

四、我國長輸管道焊接技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

1、高效焊接

目前，自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊工藝在管道焊接方面得到了廣泛應(yīng)用，占據(jù)國內(nèi)長輸管道主體焊接方法及工藝；實芯焊絲或金屬粉芯焊絲氣體保護(hù)全自動焊焊接工藝在提高工效和焊接質(zhì)量方面有著獨特的優(yōu)越性，在西氣東輸?shù)却笮凸艿拦こ痰钠皆伟l(fā)揮了示范作用；多焊矩內(nèi)焊+雙絲外焊管道全自動焊工藝更是錦上添花。應(yīng)該根據(jù)管道的具體情況（鋼級、規(guī)格、地形、輸送介質(zhì)等），擇優(yōu)推廣管道自動焊技術(shù)。據(jù)悉，管道單熔池雙絲焊接設(shè)備及技術(shù)、大口徑管道激光-電弧復(fù)合焊焊接設(shè)備及技術(shù)，國外已經(jīng)在實驗室試驗成功。國內(nèi)的管道科學(xué)技術(shù)研究院近年來也一直進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備及技術(shù)的研究并完成了焊接工藝評定，處在和國外同步研發(fā)的水平。在長輸管道焊接全自動焊應(yīng)用程度上，國外已經(jīng)達(dá)到85%以上，而國內(nèi)目前還不足5%，將有很大的發(fā)展空間。

2、數(shù)字化焊接

數(shù)字化焊接技術(shù)涉及到焊接設(shè)備、焊接工藝知識、傳感與檢測、信息處理、過程建模、過程控制器、機器人機構(gòu)，以及采用智能化途徑進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)集成的實施等諸多方面。由于焊接過程的多變性和復(fù)雜性，利用數(shù)字化技術(shù)，使焊接設(shè)備從簡單的機電產(chǎn)品變成一種精密加工儀器，研制數(shù)字化焊機將是焊接設(shè)備發(fā)展方向。當(dāng)然，與“硬件”配套的“軟件”，如管道焊接數(shù)據(jù)庫、管道焊接專家系統(tǒng)及管理系統(tǒng)，應(yīng)得到同步研發(fā)。

3、綠色焊接

就綠色焊接而言，在我國長輸管道建設(shè)市場，主要是選用低煙塵的焊條；選用無弧光和粉塵污染的埋弧焊方法；選用耗能小、噪聲低、排量適中的環(huán)保型焊機、研制激光-電弧復(fù)合焊設(shè)備及工藝、淘汰高能耗的焊接設(shè)備等。五、未來長輸管道建設(shè)對焊接裝備及焊接材料的需求

（1）焊接及輔助設(shè)備長輸管道焊接施工的焊接及輔助設(shè)備在如下幾方面需加以考慮：第一，嚴(yán)酷環(huán)境下的穩(wěn)定性。施工過程中會遇到嚴(yán)寒、酷熱和潮濕等各種環(huán)境，電源要有不同環(huán)境下的適應(yīng)能力，如國產(chǎn)焊接設(shè)備低溫狀態(tài)下數(shù)字儀表靈敏度和高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定性等都是需要加強的。第二，精確控制。長輸管道全自動焊施工時，管口坡口加工、組對和焊接都是在現(xiàn)場完成。為了提高施工效率，通常采用盡量窄間隙的復(fù)合坡口形式，因此對坡口加工精度和管口組對要求都很高。相關(guān)設(shè)備如坡口機、內(nèi)焊機、熱焊機及外焊機均是流水作業(yè)，要求精確控制，將累積誤差控制在最小范圍。第三，一機多用。現(xiàn)在國內(nèi)長輸管道及場站使用的焊接方法有：纖維素焊條焊，低氫焊條焊，自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊，氣體保護(hù)半自動焊、全自動焊，TIG焊等。施工中，往往一名焊工需完成從打底到填充、蓋面的所有工作，而根焊和填充、蓋面往往采用不同的焊接方法，所以需焊接電源最好同時適應(yīng)較多的焊接方法，研發(fā)多功能焊機。第四，小巧輕便。長輸管道既有戈壁灘機械化大流水施工，又有山地陡坡及隧道施工，要求焊接設(shè)備既要能滿足機械化大流水施工的連續(xù)工作，又要能滿足山地及隧道施工小型輕便、安全可靠的要求。第五，對供電電源的補償能力。由于長輸管道建設(shè)必然會經(jīng)過地域偏僻、交通不便的地區(qū)，靠市電供電的電源電纜都比較細(xì)，線損很大，380V的電壓送到焊機時只有340V左右，電源電壓不可能滿足一般焊機的需要。而野外內(nèi)燃機發(fā)電設(shè)備，電源頻率往往得不到保障，所以要求焊機具有對電網(wǎng)電壓的補償能力和對45～60Hz頻率的適應(yīng)能力，才能滿足焊接的基本要求。

結(jié)束語

近年來各國共同面臨的一大問題就是能源的緊缺，而關(guān)于不可再生資源的有效利用也是目前急需攻克的難題。就油田來說，其珍貴性自然不言而喻，如何運輸油田中的油氣也一直困擾著相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員。隨著科技的不斷創(chuàng)新，管道運輸成功地解決了這一問題，并具備多種優(yōu)勢，例如相對龐大的運輸量、相對較高的安全性等。管道的鋪設(shè)是通過焊接技術(shù)進(jìn)行，因此焊接質(zhì)量必須得到一定的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙玉輝.北京市石油天然氣長輸管道生產(chǎn)安全風(fēng)險研究[D].首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)，2014.

[2]王帆.化工管道全面檢驗與泄漏監(jiān)測預(yù)警技術(shù)集成研究應(yīng)用[D].華東理工大學(xué)，2014.

[3]劉鳳艷.基于漏磁內(nèi)檢測的長輸油氣管道完整性評價研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2014.

[4]高爽.長輸油氣管道的凹陷評價方法研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2014.

[5]樊學(xué)華，莊貴濤，李向陽，于勇，陳麗娟，柯特.長輸油氣管道焊接方法選用原則[J].油氣儲運，2014，08：885-890.