管道內(nèi)部焊縫防腐補(bǔ)口施工工藝研究

楊清

摘 要：油氣輸送管線由于其內(nèi)部介質(zhì)對(duì)管道內(nèi)壁的腐蝕，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易造成管道腐蝕穿孔，嚴(yán)重影響管道的使用壽命。目前單根管道預(yù)制階段的內(nèi)部防腐技術(shù)已較成熟，現(xiàn)場(chǎng)焊接管道焊縫內(nèi)部防腐采用先焊后補(bǔ)、先補(bǔ)后焊、焊后不補(bǔ)等方法均存在一些局限和不足。本文推薦了一種組合式管道內(nèi)部焊縫防腐補(bǔ)口工藝，即現(xiàn)場(chǎng)焊接的直管段焊縫采用管道智能補(bǔ)口車進(jìn)行內(nèi)防腐補(bǔ)口，在智能補(bǔ)口車無(wú)法進(jìn)行內(nèi)防腐補(bǔ)口的彎頭部位焊縫和“死口”連頭部位焊縫，采用增焊管端內(nèi)部帶有堆焊不銹鋼防腐層的短節(jié)進(jìn)行免補(bǔ)口焊接，從而保證了管道內(nèi)壁防腐的連續(xù)性。

關(guān)鍵詞：管道;焊縫;內(nèi)防腐;補(bǔ)口車;堆焊

1 各類焊縫內(nèi)防腐補(bǔ)口方法的主要優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 先焊后補(bǔ)技術(shù)

先焊后補(bǔ)技術(shù)，即采用管道智能補(bǔ)口車對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊縫進(jìn)行防腐補(bǔ)口。在管道外部操作智能補(bǔ)口車進(jìn)入管道內(nèi)部，通過(guò)攝像頭對(duì)焊縫進(jìn)行定位，對(duì)焊縫進(jìn)行機(jī)械除銹，采用高壓無(wú)氣噴涂完成焊縫的內(nèi)部防腐工作。此方法優(yōu)點(diǎn)主要是施工效率較高，操作方便，施工費(fèi)用較低，質(zhì)量可控;主要缺點(diǎn)為不能對(duì)彎頭部分焊縫和“死口”連頭焊縫進(jìn)行補(bǔ)口，設(shè)備容易損壞，需經(jīng)常維修和保養(yǎng)。

1.2 先補(bǔ)后焊技術(shù)

在管道兩端各焊接一個(gè)不銹鋼短節(jié)，焊接完成后人工對(duì)碳鋼管道端口與不銹鋼短節(jié)之間的焊縫進(jìn)行內(nèi)防腐補(bǔ)口，然后采用不銹鋼焊材焊接不銹鋼短節(jié)之間焊縫。此方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，但由于不銹鋼短節(jié)與碳鋼管道焊接后存在焊接應(yīng)力不易消除，不銹鋼短節(jié)長(zhǎng)期與碳鋼接觸會(huì)產(chǎn)生滲碳，對(duì)不銹鋼防腐性能產(chǎn)生影響。

1.3 焊后不補(bǔ)技術(shù)

在現(xiàn)場(chǎng)焊接前對(duì)管端內(nèi)壁進(jìn)行處理，如噴涂耐蝕合金，堆焊等，在現(xiàn)場(chǎng)采用合理的焊接工藝和材料完成免防腐補(bǔ)口焊接，在管端內(nèi)部堆焊不銹鋼防腐層就屬于焊后不補(bǔ)技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)合理的焊接工藝和材料，可獲得防腐性能優(yōu)異焊縫;其缺點(diǎn)在于對(duì)焊接工藝和設(shè)備要求較高，完成單個(gè)焊縫內(nèi)部防腐時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，效率相對(duì)較低。

2 組合式補(bǔ)口工藝

2.1 組合式補(bǔ)口工藝的適用范圍

目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有管道智能補(bǔ)口車能夠在管徑DN80以上的直管段，以及直徑DN400以上、彎曲半徑大于5D的彎頭內(nèi)部進(jìn)行防腐補(bǔ)口。組合式補(bǔ)口工藝即在條件滿足智能補(bǔ)口車使用條件時(shí)采用智能補(bǔ)口車進(jìn)行內(nèi)部防腐補(bǔ)口，在智能補(bǔ)口車無(wú)法進(jìn)入的彎頭部位焊縫和“死口”連頭焊縫采用在管道內(nèi)部堆焊不銹鋼層進(jìn)行免補(bǔ)口焊接，彌補(bǔ)智能補(bǔ)口車在彎頭焊縫和“死口”焊縫的補(bǔ)口盲區(qū)，適用于DN80以上整條管道焊縫內(nèi)部的防腐補(bǔ)口。

2.2 智能補(bǔ)口車補(bǔ)口技術(shù)

2.2.1 智能補(bǔ)口車技術(shù)的原理

其補(bǔ)口原理為：操作管外控制器控制行走電機(jī)前進(jìn)或后退，進(jìn)入管道內(nèi)部后通過(guò)除銹或噴涂小車上攝像頭對(duì)管道內(nèi)部焊縫進(jìn)行定位，定位準(zhǔn)確后通過(guò)預(yù)先在管外監(jiān)控設(shè)備上設(shè)置除銹和噴涂參數(shù)，實(shí)施對(duì)焊縫的除銹和防腐工作。除銹采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的鋼絲刷進(jìn)行;在噴涂小車的兩個(gè)料倉(cāng)內(nèi)裝填涂料，電機(jī)旋轉(zhuǎn)推動(dòng)涂料通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的噴嘴內(nèi)，高速霧化進(jìn)行噴涂。

2.2.2 智能補(bǔ)口車補(bǔ)口技術(shù)的質(zhì)量控制

中海油伊拉克有限公司米桑油田單井管線項(xiàng)目DN150管道焊縫內(nèi)防腐施工中，采用DN150-DN200管道智能補(bǔ)口車進(jìn)行焊縫內(nèi)部防腐補(bǔ)口，采取了有效的質(zhì)量保障措施，現(xiàn)以此施工項(xiàng)目為例，對(duì)智能補(bǔ)口車補(bǔ)口技術(shù)的質(zhì)量控制進(jìn)行闡述。

①除銹和噴涂前，應(yīng)模擬現(xiàn)場(chǎng)條件，操作補(bǔ)口車進(jìn)入可見(jiàn)的管道內(nèi)部，分別在除銹攝像頭和噴涂攝像頭找準(zhǔn)焊縫之后，設(shè)置補(bǔ)口車自動(dòng)前進(jìn)或后退的距離、往復(fù)除銹和噴涂的長(zhǎng)度、除銹和噴涂的次數(shù)，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和驗(yàn)證，攝像頭找準(zhǔn)焊縫后，啟動(dòng)除銹和噴涂時(shí)使鋼絲刷和噴嘴準(zhǔn)確定位在焊縫上，除銹、噴涂長(zhǎng)度和次數(shù)滿足涂裝工藝要求;

②涂層的基料和固化劑一般分開(kāi)裝填在補(bǔ)口車的料倉(cāng)中（若按涂層配比好裝填在料倉(cāng)中，因?qū)Ч苤睆捷^小，容易造成堵塞），正式噴涂前，應(yīng)根據(jù)涂裝要求分別調(diào)節(jié)基料和固化劑導(dǎo)管上的閥門，控制涂料流量，對(duì)管道試件內(nèi)壁進(jìn)行試噴，并檢查涂層外觀、厚度，進(jìn)行附著力試驗(yàn)等，驗(yàn)證涂層質(zhì)量滿足要求;

③在管道安裝階段應(yīng)采用清管器對(duì)每根管道內(nèi)部進(jìn)行清理，確保管道內(nèi)部無(wú)任何雜物，使補(bǔ)口車能順利進(jìn)入管道內(nèi)部;為確保噴涂質(zhì)量，管道組焊前應(yīng)采用電動(dòng)工具或其他方法對(duì)焊縫內(nèi)部?jī)蓚?cè)進(jìn)行除銹，清理銹渣;因管道焊接完成后無(wú)法立即進(jìn)行內(nèi)部噴涂，應(yīng)及時(shí)封堵管口，防止異物進(jìn)入;

④在每天噴涂結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)清理設(shè)備污垢，尤其是噴涂的噴嘴容易干涸，發(fā)生堵塞，影響噴涂效果;因設(shè)備在管道內(nèi)部機(jī)械除銹，存在粉塵和較大振動(dòng)，容易造成設(shè)備電氣線路故障和易磨損件損壞，應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行經(jīng)常保養(yǎng)，準(zhǔn)備充足備件以備更換;

⑤內(nèi)補(bǔ)口車通常有一次進(jìn)管長(zhǎng)度限制，對(duì)管線坡度有要求，現(xiàn)場(chǎng)噴涂時(shí)應(yīng)根據(jù)內(nèi)補(bǔ)口車的性能，對(duì)管線合理進(jìn)行分段噴涂;對(duì)管線坡度超過(guò)內(nèi)補(bǔ)口車性能時(shí)，可通過(guò)墊高管段低部等方法減少管線兩端高差，使坡度滿足補(bǔ)口車性能要求;

⑥類似于智能補(bǔ)口車，可采用管道內(nèi)部檢測(cè)車進(jìn)入管道進(jìn)行檢測(cè)，目前管道內(nèi)部檢測(cè)車能通過(guò)高清攝像頭對(duì)內(nèi)部焊縫進(jìn)行涂層外觀檢查、通過(guò)機(jī)械臂持漆膜測(cè)厚儀進(jìn)度漆膜厚度檢測(cè)、以及對(duì)焊縫內(nèi)壁涂層進(jìn)行電火花檢漏。

2.3 增焊短節(jié)免補(bǔ)口焊接補(bǔ)口技術(shù)

2.3.1 增焊短節(jié)免補(bǔ)口焊接補(bǔ)口技術(shù)的原理

先在工廠預(yù)制兩段材質(zhì)與原管道相同的短節(jié)，短節(jié)長(zhǎng)度≥1.5D，使用管端內(nèi)壁自動(dòng)堆焊機(jī)采用鋼質(zhì)管道焊口內(nèi)堆焊不銹鋼防腐技術(shù)分別在兩個(gè)短節(jié)端部堆焊不銹鋼防腐層，堆焊防腐層的寬度以焊接時(shí)不損壞管道內(nèi)壁防腐涂層為前提。再將兩段短節(jié)增焊在管道彎頭焊縫或“死口”接頭焊縫之間（帶不銹鋼堆焊層一端朝外），短節(jié)與原管道之間采用與原管道相同的焊接工藝進(jìn)行焊接，焊接完后人工對(duì)短節(jié)與原管道之間的焊縫進(jìn)行內(nèi)部防腐處理，最后再采用與堆焊層和管道母材相適應(yīng)的焊材和焊接工藝完成兩段短節(jié)之間的免補(bǔ)口焊接。

在管端內(nèi)壁堆焊不銹鋼防腐層，其實(shí)質(zhì)是在原管道內(nèi)壁焊縫附近增加了防腐性能較好的不銹鋼材質(zhì)的壁厚，焊縫部位帶堆焊不銹鋼防腐層的防腐性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于管道內(nèi)壁帶防腐涂料的防腐性能。因此，即使管道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后在碳鋼母材與堆焊層之間產(chǎn)生滲碳現(xiàn)象，也不會(huì)產(chǎn)生由于焊縫部位內(nèi)部防腐問(wèn)題給管道使用壽命造成影響。

2.3.2堆焊不銹鋼免補(bǔ)口焊接補(bǔ)口技術(shù)的質(zhì)量控制

①堆焊焊材應(yīng)考慮對(duì)輸送介質(zhì)的耐腐蝕性能、堆焊結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、涂層性能以及管道母材的力學(xué)和焊接性能等因素，選用的堆焊焊材應(yīng)與母材具有良好熔合性能、焊材的力學(xué)性能應(yīng)超過(guò)母材、焊材的耐腐蝕性能應(yīng)滿足或超過(guò)管道內(nèi)防腐層。不含硅的奧氏體不銹鋼焊材可以滿足一般防腐堆焊要求，例如ER309L。兩短節(jié)之間焊縫的打底層仍應(yīng)考慮上述因素，采用與堆焊層相適應(yīng)焊材，例如ER309L，打底完成之后可采用與原碳鋼管道相同的焊材和工藝進(jìn)行填充和蓋面;

②堆焊工藝和兩短節(jié)之間焊接的焊接工藝的選擇應(yīng)以合格的焊接工藝評(píng)定和焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)作為依據(jù);對(duì)于堆焊層厚度，較薄的堆焊層對(duì)于控制堆焊層應(yīng)力是有利的，可減少每層堆焊的厚度，采用雙層堆焊，每層厚度控制在1.0～1.5mm可滿足防腐要求;

③不銹鋼防腐層堆焊完成后應(yīng)執(zhí)行外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)合格后方可焊接彎頭或“死口”與短節(jié)之間焊縫以及兩短節(jié)之間免補(bǔ)口焊縫，并經(jīng)外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)合格。

3 結(jié)束語(yǔ)

鋼質(zhì)管道焊縫腐蝕是影響管道使用壽命的關(guān)鍵，根據(jù)現(xiàn)有智能補(bǔ)口車技術(shù)的成熟程度、現(xiàn)場(chǎng)操作的方便性，采用智能補(bǔ)口車在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直管段焊縫內(nèi)部補(bǔ)口，并結(jié)合增焊管端內(nèi)部帶有堆焊不銹鋼防腐層的短節(jié)進(jìn)行免補(bǔ)口焊接的技術(shù)，彌補(bǔ)智能補(bǔ)口車技術(shù)在彎頭和“死口”焊縫的補(bǔ)口盲區(qū)，具備較好的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐忠蘋.油氣管道內(nèi)防腐層補(bǔ)口技術(shù)進(jìn)展[J].石油工程建設(shè)，2011（S1）：7-10.