基于全生命周期高含硫用雙金屬?gòu)?fù)合管的施工質(zhì)量控制

劉雨果，孫玉偉，付強(qiáng)(西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，四川 成都 610000)

0 引言

劍閣區(qū)塊礁灘氣藏試采地面工程是西南油氣田公司2020年氣田開發(fā)重點(diǎn)地面建設(shè)項(xiàng)目，H2S含量為6.54%(摩爾分?jǐn)?shù))，屬于高含硫氣田，其內(nèi)部集輸工程部分線路使用UNS N08825雙金屬?gòu)?fù)合管作為采氣管線，UNS N08825復(fù)合鋼管基于API Spec 5LD設(shè)計(jì)，并根據(jù)高含硫氣田的而相關(guān)要求對(duì)技術(shù)要求進(jìn)行了補(bǔ)充，遵循基材承壓、襯層防腐的原則，旨在應(yīng)用UNS N08825耐蝕合金層解決運(yùn)行過程中高含H2S的腐蝕問題[1]。油氣管道的全生命周期是一項(xiàng)關(guān)乎全局又注重細(xì)節(jié)的系統(tǒng)性工程，隨著完整性管理技術(shù)的不斷進(jìn)步，制造、施工階段是油氣管道全生命周期管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；诠艿廊芷诘墓芾硖攸c(diǎn)，在制造、施工階段對(duì)高含硫用UNS N08825雙金屬?gòu)?fù)合管質(zhì)量管控進(jìn)行分析。

1 工程用雙金屬?gòu)?fù)合管介紹

工程用UNS N08825合金襯里復(fù)合鋼管采用內(nèi)脹式水壓復(fù)合工藝制造，基管使用L360QS無(wú)縫鋼管，厚度為8 mm，執(zhí)行API Spec 5L 附錄H酸性環(huán)境用管要求，襯里使用UNS N08825直縫焊管，厚度為2.5 mm。管端不小于50 mm范圍內(nèi)采用堆焊工藝堆焊后進(jìn)行機(jī)加工，便于現(xiàn)場(chǎng)施工焊接。

2 制造階段的質(zhì)量控制

2.1 基管性能要求

基管在進(jìn)入內(nèi)襯復(fù)合工序前，進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能、耐蝕性能等相關(guān)的技術(shù)要求復(fù)驗(yàn)。要求鋼管母材平均晶粒度不低于7級(jí)?；艿牧W(xué)性能進(jìn)行橫向低溫夏比沖擊試驗(yàn)，并滿足試驗(yàn)溫度-15 ℃，平均沖擊功不低于50 J，單個(gè)沖擊功不低于38 J的要求。

2.2 襯里復(fù)合質(zhì)量

襯里復(fù)合鋼管的制造工藝為液壓復(fù)合工藝。復(fù)合鋼管裝配時(shí)濕度低于80%，碳鋼和耐腐蝕合金層表面溫度應(yīng)至少保持在露點(diǎn)溫度5 ℃以上。裝配期間溫度和濕度連續(xù)測(cè)量并記錄，間隔時(shí)間不超過1 h。襯里復(fù)合鋼管制造過程中，采取有效措施確保夾層無(wú)水氣滲入。

2.3 堆焊管端

本工程中襯里復(fù)合鋼管管端均采用堆焊處理。管端的制造精度直接影響現(xiàn)場(chǎng)使用的組對(duì)焊接質(zhì)量[2]。管端堆焊焊材為AWS ERNiCrMo-3，堆焊層不少于2層，管端堆焊層與UNS N08825合金內(nèi)襯層結(jié)合處圓滑過渡，過渡臺(tái)階高度小于0.6 mm。利于現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)及后續(xù)的返修，管端堆焊長(zhǎng)度不小于50 mm，堆焊層厚度應(yīng)為 3 mm(0，+2)。

2.4 成品管檢驗(yàn)要求

2.4.1 尺寸及偏差

襯里復(fù)合鋼管管體的管體橢圓度不超過1.5%D，且最大不超過10 mm，管體外徑公差范圍：±0.75%。單根鋼管全長(zhǎng)的直線度公差應(yīng)小于0.15%L；直線度的最大偏差應(yīng)為任意一米小于1.5 mm，鋼管整個(gè)長(zhǎng)度的直線度偏差應(yīng)在12 mm以下。應(yīng)在兩個(gè)或兩個(gè)以上圓周位置測(cè)量鋼管的直線度。

2.4.2 硬度檢測(cè)

從已完成的襯里復(fù)合鋼管取樣進(jìn)行襯里耐腐蝕合金管縱向直焊縫的維氏硬度檢測(cè)，硬度測(cè)試位置示意圖如圖1所示，襯里耐腐蝕合金管縱向直焊縫各區(qū)域的硬度平均值不得超過315 HV10，單個(gè)值不得超 345 HV10。

圖1 襯里耐腐蝕合金管縱向直焊縫硬度測(cè)試位置圖

2.4.3 腐蝕試驗(yàn)

UNS N08825襯里復(fù)合鋼管需進(jìn)行的腐蝕試驗(yàn)內(nèi)容、檢驗(yàn)位置、檢驗(yàn)方法及檢驗(yàn)結(jié)果要求從下列方式選取。

(1)應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)(SCC)。采用ASTM G39“ 四點(diǎn)彎曲法”對(duì)耐腐蝕合金層母材及其縱向直焊縫、堆焊層進(jìn)行試驗(yàn)，要求試樣在10倍顯微鏡下觀察，其受拉應(yīng)力面上不應(yīng)有任何SCC表面裂紋或開裂。

(2)晶間腐蝕試驗(yàn)。①采用ASTM G28 A法晶間腐蝕試驗(yàn)對(duì)耐腐蝕合金母材及其縱向直焊縫進(jìn)行試驗(yàn)，要求不得超過0.5 mm/a。②采用ASTM G28 A法晶間腐蝕試驗(yàn)對(duì)堆焊層進(jìn)行試驗(yàn)，要求不得超過1.0 mm/a。

(3)點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)。①采用ASTM G48 方法A 對(duì)腐蝕合金層母材及直焊縫進(jìn)行試驗(yàn)，要求平均腐蝕速率應(yīng)不超過4 g/m2。②采用ASTM G48 方法A 對(duì)堆焊層進(jìn)行試驗(yàn)，要求平均腐蝕速率應(yīng)不超過4 g/m2。

(4)氫致開裂HIC。采用NACE TM0284標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)方法對(duì)基材進(jìn)行試驗(yàn)，要求裂紋長(zhǎng)度率(CLR)≤10%，裂紋厚度率(CTR)≤3%，裂紋敏感率(CSR)≤1%。

2.4.4 水壓試驗(yàn)

對(duì)于不同類型及規(guī)格的復(fù)合鋼管，均進(jìn)行水壓試驗(yàn)，且試驗(yàn)壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力達(dá)到基管名義屈服強(qiáng)度的95%。每根復(fù)合鋼管在室溫下進(jìn)行水壓試驗(yàn)，且穩(wěn)壓時(shí)間不小于 20 s。復(fù)合鋼管水壓試驗(yàn)完成后，管子應(yīng)被干燥。用于試壓的新鮮水中Cl-濃度不高于50 mg/kg。

2.4.5 襯里復(fù)合管塌陷試驗(yàn)

為避免外防腐涂層施工對(duì)襯里復(fù)合鋼管性能的影響，襯里復(fù)合鋼管進(jìn)行塌陷試驗(yàn)。 完成堆焊后，每個(gè)試驗(yàn)批抽取一根復(fù)合鋼管，對(duì)整根復(fù)合鋼管加熱到240 ℃，保溫15 min后，對(duì)內(nèi)襯管進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，應(yīng)無(wú)鼓包、波痕、彎曲和裂紋。

3 施工階段的質(zhì)量控制

3.1 焊接工藝確定

基于雙金屬?gòu)?fù)合管本身的特性，焊接時(shí)容易出現(xiàn)復(fù)層和基層的界面處出現(xiàn)缺陷，同時(shí)，基層碳鋼中的碳元素向耐蝕合金層擴(kuò)散，會(huì)降低焊縫的耐蝕性能。整體采用AWS ERNiCrMo-3作為焊接材料進(jìn)行復(fù)合管的焊接。在參考管材制造廠家管端堆焊的焊接工藝評(píng)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，確定水平段采用自動(dòng)焊、斜坡段采用手工氬弧焊作為現(xiàn)場(chǎng)施工的焊接工藝[3]。要求施工單位編制專項(xiàng)施工方案，焊接前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，焊接工藝評(píng)定的檢驗(yàn)內(nèi)容需包含技術(shù)規(guī)格書中涉及的力學(xué)性能、金相、HIC、SSC、SCC、晶間腐蝕、點(diǎn)蝕等全部?jī)?nèi)容，并邀請(qǐng)見證商全程見證，發(fā)現(xiàn)焊接工藝評(píng)定過程中易出現(xiàn)的問題并記性記錄，在現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)時(shí)避免類似問題再次出現(xiàn)。

施工作業(yè)前編制焊接工藝規(guī)程，對(duì)作業(yè)過程中的各項(xiàng)質(zhì)量控制措施進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，并派擬進(jìn)行焊接作業(yè)的人員接收管材制造廠家的焊接工藝及操作培訓(xùn)，考試合格后方可上崗焊接。

3.2 無(wú)損檢測(cè)方法確定

確定焊接工藝后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)焊接采用的焊接工藝，確定使用AUT、PAUT、X射線檢測(cè)等與焊接工藝相適用的無(wú)損檢測(cè)方法，對(duì)已焊接的焊縫實(shí)施無(wú)損檢測(cè)。要求在焊接完成6 mm厚時(shí)進(jìn)行第一次檢測(cè)，檢測(cè)方法使用X射線數(shù)字成像，實(shí)時(shí)出具檢測(cè)結(jié)果。

3.3 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量控制

基于雙金屬?gòu)?fù)合管的特殊性，坡口打磨時(shí)使用專用磨具。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書的要求篩選橢圓度相似的管道組對(duì)，條件允許試時(shí)必須使用內(nèi)對(duì)口器，均勻錯(cuò)邊，保證耐蝕合金復(fù)合層的組對(duì)質(zhì)量。根焊焊接前進(jìn)行背部保護(hù)氣氧體積分?jǐn)?shù)的測(cè)量，氧氣體積分?jǐn)?shù)降到焊接工藝規(guī)程要求以下時(shí)，方可進(jìn)行根焊焊接。焊縫金屬填充6 mm以上時(shí)方可撤除背部充氬氣的氣體保護(hù)。焊接作業(yè)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行焊接電流、電壓及送絲速度，控制焊接線能量，嚴(yán)格控制焊縫金屬的稀釋率，把焊接缺陷風(fēng)險(xiǎn)降到最低[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

基于管道全生命周期的雙金屬?gòu)?fù)合管質(zhì)量控制是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，在制造階段質(zhì)量控制決定現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的施工工藝與質(zhì)量控制措施，是雙金屬?gòu)?fù)合管長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。施工現(xiàn)場(chǎng)的焊接工藝及質(zhì)量控制措施需依據(jù)關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行，焊縫無(wú)損檢測(cè)的方法及評(píng)定結(jié)果是焊接接頭質(zhì)量的根本保證。UNS N08825雙金屬?gòu)?fù)合管作為高含硫氣田開發(fā)用集輸管道是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜的應(yīng)用，本文總結(jié)的質(zhì)量控制措施對(duì)高含硫氣田雙金屬?gòu)?fù)合管的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。