管道施工焊接的技術現狀應用
西氣東輸二線管道工程是我國距離最長(上萬多公里)、口徑最大(1219mm)、管線鋼級最高(X80)、壓力最大(12MPa)、站場最多及多級加壓,以及采用先進鋼材的世界級的天然氣干線管道。西氣東輸二線管道工程已經成為西部大開發的標志性工程,成為我國石油天然氣工業發展史上的又一座重要里程碑,西氣東輸二線管道工程將作為我國進入新世紀后的又一個重大建設項目而載入史冊。
西氣東輸兩條線的建成,極大地緩和了南方和沿線城市、尤其是長江和珠海三角洲地區的能源需求。隨著經濟的發展,更多的用戶認識到潔凈能源的優勢,對天然氣的需求越來越大。
三、我國管道焊接方法現狀
隨著管道工程建設技術的不斷迅速發展,管線建設和運行對安全性、經濟性、管線鋼的質量參數、焊接質量、焊接效率和焊接技術水平都提出了更高的要求,同時,推動了焊接材料、焊接設備和焊接技術的發展,也推動了焊接工藝和焊接方法的更新和發展。
1.焊接技術在管道和管道站場的應用
(1)傳統的焊條上向焊法,由于焊接速度慢、焊接質量低已不適宜在大口徑長輸管道的建設中應用,主要在站場建設中采用。
(2)氬弧焊焊接質量優異,焊后管內焊渣少,清潔度高,但由于焊接速度慢,抗風能力差,不適宜在野外大口徑長輸管道施工中應用,而適宜在固定場所的站場建設中采用。
(3)20世紀70年代初,中國石油天然氣管道局引進了歐美的焊條下向焊工藝,并逐步推廣到大部分管道施工企業。
(4)20世紀80年代,中國石油天然氣管道局又引進了半自動下向焊工藝,這種工藝焊接速度快、效率高、抗風能力強,適宜在野外大口徑長輸管道施工中應用,并逐步推廣到大部分管道施工企業。
(5)20世紀90年代,管道工程建設開始大面積采用了管道半自動焊接方法。到目前為止,管道半自動焊仍是長輸管道施工中最主要的焊接工藝。同時,90年代也開展了管道自動焊接的研究。
(6)21世紀西氣東輸管道工程成功地采用了管道自動焊方法,大大提高了焊接質量和效率,但管道自動焊的配套設備內焊機、外焊機、坡口機對環境和鋼管要求都非常苛刻。近期,中國石油管道科學研究院和一些國外公司分別研究出了環境適應性很強的管道自動焊成套設備,在印度和俄羅斯管道工程中應用效果良好。同時,我國大型鋼鐵生產企業也研制出了高強度級別的管線鋼,大大提高了管道自動焊水平。
2.管道主線路焊接方法及工藝
(1)發電電焊機纖維素下向焊,纖維素下向焊是目前主線路中主要的根焊方法。其顯著特點是根焊適應性強,速度快,工人容易掌握,射線探傷合格率高,普遍用于混合焊接工藝的根焊。該工藝的特點:有較大的熔透能力和優異的填充間隙性能,對管子的對口間隙要求不很嚴格,焊縫背面成形好,氣孔敏感性小,容易獲得高質量的焊縫。但由于焊條熔敷金屬擴散氫含量高,焊接時應注意預熱溫度和層間溫度的控制,以防止冷裂紋的產生。
(2)低氫下向焊 低氫下向焊的顯著特點是焊縫質量好,適合于焊接較為重要的部件,工人掌握的難度較大,根焊適應性較纖維素焊條差,多用于進行填充蓋面焊接。
(3)藥芯焊絲半自動焊 90年代初,中油管道局從美國引進了自保護半自動焊設備和工藝。經過培訓,將該工藝于1995年首次在突尼斯工程中應用,在以后的庫鄯線、鄯烏線、蘇丹工程及澀寧蘭、蘭成渝等管道工程中是主要的焊接方法。其焊接合格率按焊縫口統計,可以達到95%以上。其優點是連續送絲、生產效率高、焊接質量好,特別是自保護藥芯焊絲的焊接工藝性能優良,電弧穩定,成形美觀,能實現全位置(下向)焊接,抗風能力強,尤其適于野外施工。目前,是管道焊接施工的主要方法。
(4)STT根焊 STT焊機是通過表面張力控制熔滴短路過渡的STT焊接工藝,以柔和的電弧、極小的飛濺、良好的焊縫背面成形、焊后不用清渣及使用純CO2氣體和實芯焊絲為主要特點,是根焊的優良焊接方法。
(5)自動焊 在西氣東輸工程中,全自動氣體保護焊工藝的使用已經日趨成熟。CO2氣體保護短路過渡焊以其小電流、低電壓、細直徑實芯焊絲、短路過渡為主要特點,下向焊時熔池體積小、可實現全位置焊接,可分為:焊條電弧焊(根焊)+外焊機、STT(根焊)+外焊機、外焊機、內焊機(根焊)+外焊機,以及內焊機(根焊)+單焊槍熱焊外焊機+雙焊槍填、蓋焊外焊機等方法。
由于組對間隙、鈍邊及錯邊量等對口條件較高,因此對管子質量和坡口加工要求較高,在鋼管制造運輸時要求嚴格,坡口加工一般在現場進行。
(6)埋弧焊雙聯管技術 在西方國家,如:中東、俄羅斯已經較普遍應用。在克拉斯諾達爾輸油管道中應用該技術,大大減少了現場工作量,在中油管道局承擔的蘇丹管道工程中曾嘗試應用。埋弧焊雙聯管技術也準備在西氣東輸二線管道工程中應用。
3.管道站場焊接方法及工藝
西氣東輸管道站場是目前較為復雜的站場,以西氣東輸管道站場為例,其系統包括壓氣站、清管站和分輸站等各類工藝站場、線路截斷閥室多座,其設計方案及施工技術都已達到國際先進水平。該站場設計中應用到大量的不同材質和規格的管子。管壁從3mm到40mm、直徑從34mm到1300mm、管材屈服強度從200MPa到485MPa,并涉及到大量異種鋼接頭、變壁厚管壁的連接。
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