国内外油气管道焊接技术发展综述
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论述石油天然气管道的焊接方法及焊接工艺摘要:焊接质量是油气建设项目稳定、安全运行的重要保证。
阐述了石油天然气建设工程钢制设备和管道的主要焊接方法和质量控制,介绍了钢材的分类和应用,焊接材料的分类和选择。
本文件从项目管理的角度,阐述了焊接工艺和焊工资格考试的要点,总结了焊接质量控制程序和要点。
关键词:焊接方法;焊接工艺;质量控制;无损检测;1.焊接方法及应用石油天然气设备及工艺管道、长输管道的焊接均为熔化焊,焊接包括焊条电弧焊、钨极气体保护焊、自保护药芯焊丝半自动焊、熔化极气体保护电弧焊(自动焊)[1]。
由于电弧焊条使用灵活、方便、价格低廉,广泛应用于所有施工现场。
钨极气体保护焊接的优点,焊接机械性能好,主要适用于现场工艺管道的封底焊.半自动和自动焊接由于效率高,主要应用于长管道焊接。
2 母材金属材质及主要用途由于长管道、站内工艺管道、钢结构支架、设备容器多为钢制,本文件仅供讨论。
钢大致可分为四类:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个类别。
Ⅰ类钢包括碳素钢;Ⅱ类钢指低合金高强度钢;Ⅲ类钢主要有铬钼钢、铁素体钢、马氏体钢;Ⅳ类钢主要为奥氏体钢及奥氏体与铁素体双相钢。
石油天然气建设工程主要使用的是Ⅱ类、Ⅲ类钢中的优质碳素钢、低合金高强度钢、耐热钢、低温钢和不锈钢等。
碳钢主要分为普通碳钢和优质碳钢。
普通碳钢主要品牌:Q215、Q235、Q245R、Q275。
主要应用有钢结构、管道支座、容器支座等结构支撑构件,可用于制造压力贮器。
添加合金微量元素的优质碳钢提高了强度和强度,特别是Q295、Q345、Q420、20、20G、L415、L450、L485等主要品牌。
L415、L450钢管(符合API X60、X70标准)、Q295、Q345、Q420钢管粘结强度高,20G为锅炉用钢[2]。
合金高强度钢具有耐热钢、不锈钢、低温钢等特殊性能。
耐高温钢具有抗氧化性和足够的强度,同时具有良好的耐热性。
合金元素,主要是铬、钼,一般不超过总数量的5%,品牌12 CRMO、12 CRMOV、15 CRMO等。
油气管道技术现状与发展趋势王功礼王莉中国石油天然气股份有限公司规划总院摘要近几十年来,中国长输管道技术不断发展,水平逐渐提高。
特别是高凝含腊原油的加热输送、原油热处理及加剂综合处理工艺、天然气管道的设计和施工技术已达到或接近国际先进水平。
文章简要论述了国内外在原油、成品油、天然气输送管道方面的技术现状及发展趋势,结合国内外管道技术发展的实际情况和未来趋势,提出了我国油气管道行业应加强对油气输送工艺、油气储存技术、油气管道完整性评价及配套技术、油气管道运行管理、管道信息管理系统、管道施工技术6 个方面的研究。
关键词世界范围原油天然气成品油管道设计技术发展趋势分析评价世界能源需求的扩大和发展加速了世界长距离油气管道的建设步伐。
据统计,2003 年全球正在建设和规划建设的油气管道总长约7.6万km;今后15 年内世界管道的长度将以每年7%的增长率增长,其中天然气管道的建设将占据主导地位。
未来世界将新增东北亚、东南亚、南美洲3 大输气管网。
原油管道技术现状及发展趋势1世界原油管道技术现状目前原油管道普遍采用密闭输送工艺,出现了冷热原油顺序输送、原油/成品油顺序输送工艺;对高凝、高黏原油采用热处理和加剂处理工艺。
降凝剂和减阻剂种类多、效果好、应用普遍;采用环保、高效、节能型管道设备,泵效达85%以上;多采用直接式加热炉,炉效超过90%;运用高度自动化的计算机仿真系统模拟管道运行和事故工况,进行泄漏检测,优化管道的调度管理;对现役管道进行完整性评价及管理。
例如:美国的全美管道是目前世界上最先进的一条热输原油管道,全长2 715 km,管径760 mm,全线采用计算机监控和管理系统(SCSS)。
在控制中心的调度人员通过计算机可实现管道流量、压力及泵、炉、阀等设备的自动控制,仿真系统软件可完成泄漏检测、定位、设备优化配置、运行模拟等功能。
2世界原油管道技术发展趋势目前,世界各国尤其是盛产含蜡黏性原油的大国,都在大力进行长距离管道常温输送工艺的试验研究。
我国油气长输管道技术的现状及发展油气管道的主要任务是对石油、天然气及其产品进行运输,是国家的重要基础设施,加强对油气管道技术的研究,促进油气管道的持续发展,对于保障经济持续增长、维护人民生活和谐稳定,有着十分重要的意义。
标签:油气;长输管道;发展引言科学技术的不断进步和创新,是我国石油天然气管道运输业实现中长期发展目标的根本性保证。
在当今世界石油天然气管道技术的科研及专利领域存在垄断的情况下,我们应该结合我们自己的当前和长远的发展需求,实事求是的研究我国石油天然气管道技术开发应该采取的战略措施。
1 油气管道技术的现状1.1 原油管道改革开放以来,我国不断加大对原油管道的建设力度,经过几十年的发展,我国在原油管道技术方面取得了长足进步。
目前,在原油管道,已经应用了诸多先进技术,包括SCADA系统、密闭输油技术、低输量加剂技术等,大大提高了原油运输效率,也减少了管道运输过程中的能源消耗。
但就现阶段来说,我国在原油管道技术方面与国外发达国家有着明显差距,主要体现在高黏高凝原油管道技术、节能降耗技术、管道运行管理技术等方面。
基于此,接下来,必须进一步加强对原油管道技术的研究,有针对性地进行技术攻关,以进一步提高我国的原油管道技术水平,使我国油气管道技术与国际水平接轨。
1.2 天然气管道目前,我国正在大力研究天然气运输管道技术,主要的研究内容包括:第一,地下储气库的建设。
其目的在于确保天然气的安全稳定供给,维持天然气供需稳定,保障天然气调峰平稳;第二,建立长输管道系统。
随着全球经济一体化进程的加快,世界范围内的能源贸易逐渐增加,洲际天然气管道、跨国天然气管道的数量越来越多,我国也积极加强了对网络化的输气系统的研究,并大力建设中俄天然气管道、中缅天然气管道、中哈天然气管道以及中巴天然气管道等国际长输天然气管道;第三,大管径、高压力管道。
随着长输天然气管道的构建,大管径、高压力管道也得到越来越多的应用。
目前,天然气管道的干线,管径已经超过了1000毫米,管道运行压力也越来越高,输气压力高达10兆帕以上,国外的一些天然气管道,最高可达到20兆帕。
油气、地矿、电力设备管理技术1782017年2月下 第4期 总第256期1 长输管道焊接技术在管道运输领域中的重要作用长输管道的质量会直接影响到运输质量、运输成本及运输效率。
作为长输管道建设施工中的关键环节,焊接技术是长输管道建设的关键因素,焊接技术直接决定了长输管道的运输性能及使用寿命。
2 长输管道施工中焊接的缺陷及防治措施2.1 未焊透未焊透缺陷会导致焊接有效区域的焊接性大大降低,属于一种开口性的缺陷会导致严重的应力集中。
主要因素导致未焊透缺陷包括:没有规范的坡口加工工艺,角度太小,太厚,钝边间隙不足;过度抛光槽宽,焊接电流不足,线路容量太小。
焊接人员的技术参差不齐,也是产生未焊透主要原因。
在焊接前应仔细打磨,保证根焊槽底部的光洁平滑。
在焊接正常的情况下,焊接工艺参数应适当调整。
2.2 夹渣夹渣主要对焊缝金属里面残留的熔渣进行处理,措施:填充过程中,上层焊道不能完全的清除熔渣和某些死角,在进行后一层焊道过程中,容易让条状或点状夹渣掉落在里面。
为了有效避免夹渣出现,应当在根焊之前仔细清理坡口,认真清理填充、盖面焊过程中形成的熔渣,特别是层间死角的位置,保证均匀送丝。
除此之外,还要对焊接参数进行科学合理的管理。
2.3 咬边一般情况下,比较浅短的咬边不会对长输管道产生影响,但是偏深的咬边将会给长输管道产生非常严重的负面效果。
在一定程度上降低了母材的有效截面积,如果咬边位置出现的比较集中,将会降低接头强度,导致长管道边缘组织淬硬,产生裂纹现象。
首先,为了避免熔池熔敷受到电流太大、电弧太长或电弧力不集中因素的影响而产生不到位的情况,我们需要对焊接的参数进行适当的调整;其次,为避免偏吹状况应调整焊条焊丝的倾斜角度;最后,施工人员应当保证操作过程中手法稳当,做好运条的摆动,尽量减少偏差和失误。
2.4 气孔气孔形成的主要原因是,金属熔合的时候不能逸出形成的。
气孔缺陷对焊道的影响比较小,只有大面积圆形气孔和深度极深的柱孔缺陷才会对焊道产生严重的危害。
长输油气管道焊接技术分析我国的油气资源分布不均,主要集中在西北部,然而需要大量消耗油气的却是中东部地区,尤其是沿海的城市,这就需要对油气进行由西往东的运输。
长输油气管道是油气输送的重要装置,辅助能源事业的发展。
长输油气管道在长期运行的过程中,受到诸多因素的影响,需利用焊接技术,强化长输油气管道的质量,确保其在油气运输中的性能。
因此,本文以长输油气管道为研究对象,分析其焊接技术。
标签:长输油气管道;油气运输;焊接技术1 长输管道焊接技术在管道运输领域中的重要作用长输管道的质量会直接影响到运输质量、运输成本及运输效率。
作为长输管道建设施工中的关键环节,焊接技术是长输管道建设的关键因素,焊接技术直接决定了长输管道的运输性能及使用寿命。
2 长输管道现场施工条件对焊接要求在一些环境恶劣的地区,限制了先进的焊接技术的应用。
比如一些山区地带、水网地带。
水网地带因空气湿度大,对焊材的烘干、保管、使用要求严格,现场焊接多采用纤维素焊条手弧焊,原因是纤维焊条比低氢型焊条在同等条件下气孔产生的傾向小。
另一方面,山区地带、水网地带施工现场,自动、半自动焊接设备运用难度较大,而手工焊由于焊钳小,操作灵活简便,在满足焊缝力学性能的前提下,可根据现场条件选择可行的焊接方法。
输油、输气管道的焊接施工常在野外作业,作业环境相对恶劣,因地制宜选择可行的焊接方法、选用合理的焊接工艺与加强质量控制是管道运输建设工程中的重要课题。
①野外流动施工对焊接质量的影响。
由于长输管道随进度的变化施工作业点发生变化,所以增加了焊接质量的保证难度;②气候环境对焊接质量影响。
水网地带、沼泽地域等施工环境,风、雨、温度、湿度等自然环境对焊接质量产生影响;③施工地形、地貌对焊接质量的影响。
由于长输施工都会遇到各种地形地貌,其差异导致管焊缝位置多样化,接口组对条件差,焊缝间隙不易控制,强制组对会产生较大约束应力,有的施工投用后甚至产生开裂现象。
所以因地制宜选择不同焊接方法满足工程需要;④全位置焊接工况条件较多,施工场地狭窄、障碍物多,施焊不便;⑤机械化的焊接方法在现场适用性差,先进焊接技术限制因素多。
国内外油气管道检测监测技术发展现状*摘要:随着管道完整性管理技术水平的迅速发展和油气管道安全运行的实际需要,管道施工质量的检测与在役管道的安全监测技术已受到业界的特别重视,各种管道检测监测技术也随之蓬勃发展起来。
文章就当前国内外油气管道检测与监测技术发展状况进行了系统介绍,并指出了未来的发展方向,具体包括管道内检测技术的漏磁检测技术、超声检测技术,管道监测光纤传感技术,管道焊接无损探伤技术的相控阵超声检测技术、数字射线检测技术、超声导波检测技术等。
关键词:油气管道检测技术监测技术DOI :10.3969/j.issn.1002-302x.2012.02.007李育忠1郑宏丽1贾世民2刘全利3邓凯夫4张金权51.中油管道检测技术有限责任公司;2.中国石油天然气管道局;3.中国石油天然气管道科学研究院;4.美国南加州大学;5.中国石油天然气集团公司通信公司*基金项目:国家863科技项目“油气管道光纤安全预警技术与装备研制”(编号:2006AA06Z242;国家科技支撑项目“油气管道裂纹检测技术研究与装备研制”(编号:2008BAB30B05;中国石油天然气集团公司科技攻关项目“长输油气管道与储运系统安全无损检测新技术研究”(编号:2008A-3002。
第一作者简介:李育忠,1969年生,1998年硕士毕业于大庆石油学院化工机械专业,高级工程师,现任中油管道检测技术有限责任公司副经理,长期从事管道检测技术研究与应用工作。
1世界管道内检测技术发展现状随着油气管道完整性管理理念的兴起,管道内检测技术也随之得到迅速发展。
所谓管道内检测技术,就是在不影响油气管道输送条件下,通过使用智能检测设备(INTELLIGENT PIG完成对管道存在缺陷的检测,并对所发现的缺陷进行适用性评价(F I T N E S S -F O R -PURPOSE以进行科学合理的维修,它不仅可以保障管道安全运行,而且还可以延长管道使用寿命。
管道自动焊装备发展现状及前景展望简介自动化焊接是现代工业领域中广泛应用的一项技术。
在管道焊接领域,传统的手工焊接方式效率低、质量难以保证,而管道自动焊装备则可以提高焊接效率、降低劳动强度,并且具备良好的焊接质量。
本文将探讨管道自动焊装备的发展现状,并展望其未来的前景。
管道自动焊装备的发展现状技术发展概览管道自动焊装备的发展经历了以下几个阶段:1.传统焊接机械化阶段:通过引入焊接机械设备,提高了焊接效率和质量。
2.数控焊接阶段:通过引入数控技术,实现了焊接参数的精确控制,提高了焊接质量。
3.机器人焊接阶段:通过引入焊接机器人,实现了焊接作业的自动化和灵活化。
目前,管道自动焊装备已经实现了高速、高效、高质量的生产能力,广泛应用于石油、化工、电力等领域。
技术特点管道自动焊装备具有以下技术特点:1.高度智能化:通过引入人工智能技术,实现了焊接作业的自主判断和调整。
2.多轴协调控制:通过多轴协调控制,实现了复杂管道结构的焊接。
3.高精度焊接:通过引入激光传感技术,实现了焊接参数的精确控制。
4.灵活适应性:通过引入自适应控制技术,实现了对不同管道材质和形状的焊接。
应用领域管道自动焊装备广泛应用于以下领域:1.石油工业:管道自动焊装备可以应用于石油钻井、油气输送等领域,提高了焊接速度和质量。
2.化工工业:管道自动焊装备可以应用于化工管道系统的制造和维修,提高了安全性和可靠性。
3.电力工业:管道自动焊装备可以应用于火力发电、核电站等领域,提高了焊接效率和工作环境安全。
管道自动焊装备的前景展望技术趋势管道自动焊装备在未来的发展中,有望出现以下技术趋势:1.网络化:通过建立网络通信系统,实现远程监控和控制,提高生产效率。
2.自主化:通过引入自主学习和决策技术,使焊接机器人具有更高的智能性和自主性。
3.精细化:通过引入先进的传感技术和算法优化,实现焊接过程的更加精确和稳定。
市场前景随着工业化进程的不断推进,管道自动焊装备在未来的市场前景将非常广阔。
长输管道焊接技术一、长输管道焊接技术发展概论世界上石油、天然气开采的迅猛发展,导致了长管道技术快速发展。
经济发达国家正加速发展管道输送,特别是石油产品及油、气管道输送。
20世纪70、80年代发展长输管道形成高潮。
在经济发展的进程中,像其他发达国家一样,我国管道工业近10年也处于快速发展时期,能源结构以煤为主逐步转向以石油天然气为主,这就促进了快速发展长输管道。
西气东输天然气管道是我国输量最大(年输量120³108m3)、距离最长(3900km)、和管壁最大的一条国家级乃至世界级的天然气管道,在我国管道工业的发展史上具有划时代意义。
也标志着我国长输管道设计制管施工控制与运行等方面提高到了一个新水平,为今后进一步发展成品油长输管道、天然气管道长输打好基础。
高压输送和高密度输送技术是当今国际大流量输气管道技术的发展趋势,可为大型天然气管道项目带来可观的效益,并将对管道设计和钢管制造、管道施工、管道运行等产生巨大影响。
输气管道能耗大于输油管道的能耗,仅以西气东输管道为例,输送压力p=10MPa,输送线长度4000km,将天然气输送到终点,已有1/10的能耗在沿途消耗掉了,可见高压输送和高密度输送的重要性和必要性。
这就要求发展高强度、高韧性的管线钢。
提高输送压力,适当减薄管壁厚度,可以大大减少一次性投资和运行费用。
1. 管材钢级现状与发展趋势从欧洲钢管公司的供货统计,可以看出近10年来输油管道所用管材以X65钢为多,X60钢次之,X70钢正在逐步增加。
不论是欧洲还是北美,目前X80钢处于试用阶段,还没有大范围在管道上使用的记录,见表1。
总计数量33道,用钢量261482t,(管径φ508~1524mm)(1)国外高钢级管线钢技术的发展1985年,德国Mannesmann钢管公司研制X80管线钢及直线焊管成功,并铺设了2.4km试验管道。
1993年德国用GRS550钢材(X80)铺设了鲁尔天然气管道,其管1220mm,壁厚18.3mm和19.4mm,全长250km,输送压力10MPa,至今运行正常。
国内外油气管道焊接技术发展综述中国石油天然气管道局科学研究院薛振奎隋永莉0 引言我国的油气资源大部分分布在东北和西北地区,而消费市场绝大部分在东南沿海和中南部的大中城市等人口密集地区,这种产销市场的严重分离使油气产品的输送成为油气资源开发和利用的最大障碍。
管输是突破这一障碍的最佳手段,与铁路运输相比,管道运输是运量大、安全性更高、更经济的油气产品输送方式,其建设投资为铁路的一半,运输成本更只有三分之一。
因此,我国政府已将“加强输油气管道建设,形成管道运输网”的发展战略列入了“十五”发展规划。
根据有关方面的规划,未来10年内,我国将建成14条油气输送管道,形成“两纵、两横、四枢纽、五气库”,总长超过万公里的油气管输格局。
这预示着我国即将迎来油气管道建设的高峰期。
我国正在建设和计划将要建设的重点天然气管道工程有:西气东输工程,全长4176公里,总投资1200亿元,今年9月正式开工建设,2004年全线贯通;涩宁兰输气管道工程,全长950公里,已于2000年5月开工建设,目前已接近完工,天然气已送到西宁;忠县至武汉输气管道工程,全长760公里,前期准备工作已获得重大进展,在建的11条隧道已有4条贯通;石家庄至涿州输气管道工程,全长202公里,已于2000年5月开工建设,目前已接近完工;石家庄至邯郸输气管道工程,全长约160公里;陕西靖边至北京输气工程复线;陕西靖边至西安输气管道工程复线;陕甘宁至呼和浩特输气工程,全长497公里;海南岛天然气管道工程,全长约270公里;山东龙口至青岛输气管道工程,全长约250公里;中俄输气管道工程,中国境内全长2000公里;广东液化天然气工程,招商引资工作已完成,计划2005年建成。
在建和将建的输油管道有:兰成渝成品油管道工程,全长1207公里,已于去年5月开工建设;中俄输油管道工程,中国境内长约700公里;中哈输油管道工程,中国境内长800公里。
此外,由广东茂名至贵阳至昆明长达2000公里的成品油管线和镇海至上海、南京的原油管线也即将开工建设。
除主干线之外,大规模的城市输气管网建设也要同期配套进行。
面对如此巨大的市场,如此难得的发展机遇,对管道施工技术提出了新的挑战。
在同样输量的情况下,建设一条高压大口径管道比平行建几条低压小口径管道更为经济。
例如一条输送压力为7.5MPa,直径1400mm的输气管道可代替3条压力5.5MPa,直径1000mm的管道,但前者可节省投资35%,节省钢材19%,因此,扩大管道的直径已成为管道建设的科学技术进步的标志。
在一定范围内提高输送压力可以增加经济效益。
以直径1020mm的输气管道为例,操作压力从5.5MPa提高到7.5MPa,输气能力提高41%,节约材料7%,投资降低23%。
计算表明,如能把输气管的工作压力从7.5MPa,进一步提高到10~12MPa,输气能力将进一步增加33~60%。
美国横贯阿拉斯加的输气管道压力高达11.8MPa,输油管道达到8.3MPa,是目前操作压力最高的管道。
管径的增加和输送压力的提高,均要求管材有较高的强度。
近年来,在保证可焊性和冲击韧性的前提下,管材的强度有了很大提高。
由于管道敷设完全依靠焊接工艺来完成,因此焊接质量在很大程度上决定了工程质量,焊接是管道施工的关键环节。
而管材、焊材、焊接工艺以及焊接设备等是影响焊接质量的关键因素。
1 我国石油天然气管道建设初期焊接工艺应用情况我国在70年代初开始建设大口径长输管道,著名的“八三”管道会战建设了大庆油田至铁岭、由铁岭至大连、由铁岭至秦皇岛的输油管道,解决了困扰大庆原油外输问题。
该管道设计管径φ720mm,钢材选用16MnR,埋弧螺旋焊管,壁厚6~11mm。
焊接工艺方案为:手工电弧焊方法,向上焊操作工艺;焊材选用J506、J507焊条,焊前烘烤400℃、1小时,φ3.2打底、φ4填充、盖面;焊接电源采用旋转直流弧焊机;坡口为60°V型,根部单面焊双面成型。
东北“八三”会战所建设的管道已运行了30年,至今仍在服役,证明当年的工艺方案正确,并且施工质量良好。
80年代初开始推广手工向下焊工艺,同时研制开发了纤维素型和低氢型向下焊条。
与传统的向上焊工艺比较,向下焊具有速度快、质量好,节省焊材等突出优点,因此在管道环缝焊接中得到了广泛的应用。
90年代初开始推广自保护药芯焊丝半自动手工焊,有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的缺点,同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点,现成为管道环缝焊接的主要方式。
管道全位置自动焊的应用已探索多年,现已有了突破性进展,成功地用西气东输管道工程,其效率、质量更是其他焊接工艺所不能比的,这标志着我国油气管道焊接技术已达到了较高水平。
2 管道施工用钢管2.1 管线钢的发展历史早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢,在冶金上侧重于性能,对化学成分没有严格的规定。
自60年代开始,随着输油、气管道输送压力和管径的增大,开始采用低合金高强钢(HSLA),主要以热轧及正火状态供货。
这类钢的化学成分:C≤0.2%,合金元素≤3~5%。
随着管线钢的进一步发展,到60年代末70年代初,美国石油组织在API 5LX 和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢。
这种钢突破了传统钢的观念,碳含量为0.1-0.14%,在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素,并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。
到1973年和1985年,API标准又相继增加了X70和X80钢,而后又开发了X100管线钢,碳含量降到0.01-0.04%,碳当量相应地降到0.35以下,真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。
我国管线钢的应用和起步较晚,过去已铺设的油、气管线大部分采用Q235和16Mn钢。
“六五”期间,我国开始按照API标准研制X60、X65管线钢,并成功地与进口钢管一起用于管线敷设。
90年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的X70管线钢,并在涩宁兰管道工程上得到成功应用。
2.2 管线钢的主要力学性能管线钢的主要力学性能为强度、韧性和环境介质下的力学性能。
钢的抗拉强度和屈服强度是由钢的化学成分和轧制工艺所决定的。
输气管线选材时,应选用屈服强度较高的钢种,以减少钢的用量。
但并非屈服强度越高越好。
屈服强度太高会降低钢的韧性。
选钢种时还应考虑钢的屈服强度与抗拉强度的比例关系—屈强比,用以保证制管成型质量和焊接性能。
钢在经反复拉伸压缩后,力学性能会发生变化,强度降低,严重的降低15%,即包申格效应。
在定购制管用钢板时必须考虑这一因素。
可采取在该级别钢的最小屈服强度的基础上提高40-50MPa。
钢材的断裂韧性与化学成分、合金元素、热处理工艺、材料厚度和方向性有关。
应尽可能降低钢中C、S、P的含量,适当添加V、Nb、Ti、Ni等合金元素,采用控制轧制、控制冷却等工艺,使钢的纯度提高,材质均匀,晶粒细化,可提高钢韧性。
目前采取方法多为降C 增Mn。
管线钢在含硫化氢的油、气环境中,因腐蚀产生的氢侵入钢内而产生氢致裂纹开裂。
因此输送酸性油、气管线钢应该具有低的含硫量,进行有效的非金属夹杂物形态控制和减少显微成份偏析。
管线钢的硬度值对HIC也有重要的影响,为防止钢中氢致裂纹,一般认为应将硬度控制在HV265以下。
2.3 管线钢的焊接性随着管线钢碳当量的降低,焊接氢致裂纹敏感性降低,为避免产生裂纹所需的工艺措施减少,焊接热影响区的性能损害程度降低。
但由于焊接时管线钢经历着一系列复杂的非平衡的物理化学过程,因而可能在焊接区造成缺陷,或使接头性能下降,主要是焊接裂纹问题和焊接热影响区脆化问题。
管线钢由于碳含量低,淬硬倾向减小,冷裂纹倾向降低。
但随着强度级别的提高,板厚的加大,仍然具有一定的冷裂纹倾向。
在现场焊接时由于常采用纤维素焊条、自保护药芯焊丝等含氢量高的焊材,线能量小,冷却速度快,会增加冷裂纹的敏感性,需要采取必要的焊接措施,如焊前预热等。
焊接热影响区脆化往往是造成管线发生断裂,诱发灾难性事故的根源。
出现局部脆化主要有两个区域,即热影响区粗晶区脆化,是由于过热区的晶粒过分长大以及形成的不良组织引起的,多层焊时粗晶区再临界脆化,即前焊道的粗晶区受后续焊道的两相区的再次加热引起的。
这可以通过在钢中加入一定量的Ti、Nb微合金化元素和控制焊后冷却速度获得合适的t8/5来改善韧性。
2.4 西气东输管道工程用钢管西气东输管道工程用钢管为X70等级管线钢,规格为Φ1016mm×14.6~26.2mm,其中螺旋焊管约占80%,直缝埋弧焊管约占20%,管线钢用量约170万吨。
X70管线钢除了含Nb、V、Ti外,还加入了少量的Ni、Cr、Cu和Mo,使铁素体的形成推迟到更低的温度,有利于形成针状铁素体和下贝氏体。
因此X70管线钢本质上是一种针状铁素体型的高强、高韧性管线钢。
钢管的化学成分及力学性能见表1和表2。
Cr+Mo+Mn的总含量不应超过Mn的最大允许含量+0.20%。
3 焊接工艺3.1 现场焊接的特点由于发现和开采的油气田地处边远地区,地理、气候、地质条件恶劣,社会依托条件较差,给施工带来很多困难,尤其低温带来的麻烦最大。
现场焊接时,采用对口器进行管口组对。
为了提高效率,一般是在对好的管口下放置基础梁木或土堆,在对前一个对接口进行焊接的同时,开始下一个对接准备工作。
这将产生较大的附加应力。
同时由于钢管热胀冷缩的影响,在碰死口时最容易因附加应力而出问题。
现场焊接位置为管水平固定或倾斜固定对接,包括平焊、立焊、仰焊、横焊等焊接位置。
所以对焊工的操作技术提出了更高、更严的要求。
当今管道工业要求管道有较高的输送压力和较大的管线直径并保证其安全运行。
为适应管线钢的高强化、高韧化、管径的大型化和管壁的厚壁化出现了多种焊接方法、焊接材料和焊接工艺。
3.2 管道施工焊接方法国外管道焊接施工经历了手工焊和自动焊的发展历程。
手工焊主要为纤维素焊条下向焊和低氢焊条下向焊。
在管道自动焊方面,有前苏联研制的管道闪光对焊机,其在前苏联时期累计焊接大口径管道数万公里。
它的显著特点就是效率高,对环境的适应能力很强。
美国CRC公司研制的CRC多头气体保护管道自动焊接系统,由管端坡口机、内对口器与内焊机组合系统、外焊机三大部分组成。
到目前为止,已在世界范围内累计焊接管道长度超过34000Km。
法国、前苏联等其他国家也都研究应用了类似的管道内外自动焊技术,此种技术方向已成为当今世界大口径管道自动焊技术主流。
我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革,七十年代采用传统焊接方法,低氢型焊条手工电弧焊上向焊技术,八十年代推广手工电弧焊下向焊技术,为纤维素焊条和低氢型焊条下向焊,九十年代应用自保护药芯焊丝半自动焊技术,到今天开始全面推广全位置自动焊技术。