CN102049622A - 高含硫气田用mcs抗硫碳钢管道的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法，属于管道焊接技术领域，通过对MCS抗硫碳钢管道焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击、刻槽锤断、金相、成分分析、标准液氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试验，解决了高含硫气田集输项目气体输送管道L360MCS抗硫碳钢管的焊接技术难题，可以全面应用于高含硫气田L360MCS抗硫碳钢管道的焊接。
Description
技术领域
高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法，属于管道焊接技术领域，该方法解决了高含硫气田集输项目气体输送管道L360MCS抗硫碳钢管的焊接技术难题，可以全面应用于高含硫气田L360MCS抗硫碳钢管道的焊接。
背景技术
硫化氢H2S含量超过5％的气田属于高含硫气田，目前国内没有大规模开采高含硫气田的成功经验，对于高含硫气田来说，如何输送高含硫气体是主要的技术难题之一。目前国内外既没有相应的施工规范、焊接标准，也没有相应的抗硫焊材、焊接工艺，同时还缺乏可以借鉴的成功施工经验。我国某高含硫气田(H2S(13％～18％)、CO2(8％～10％))的硫化氢含量目前是世界最高的，对该高含硫气田集输项目气体输送管道L360MCS抗硫碳钢管的焊接技术问题，国内外尚没有施工的成功经验可以借鉴。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：通过对MCS抗硫碳钢管道焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击、刻槽锤断、金相、成分分析、标准液氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试验，提供一种能够保证高含硫气田MCS抗硫碳钢管道焊接接头力学性能和耐腐蚀性能，解决高含硫气田主要使用的输送管道MCS抗硫碳钢管的焊接技术难题的高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法，其特征在于：步骤为：
1.1管道采用冷加工的方式进行切割和坡口加工，单边坡口加工角度30±10°，焊缝坡口组对间隙控制在2.5-3.5mm之间，管道错口量小于1mm；
1.2使用正式焊接工艺进行点固焊接，按管道周长每15-20cm设点固焊点1个，外径小于20cm的管道，最少设2个点固焊点，确保抗硫碳钢管道坡口组对间隙控制在2.5-3.5mm之间；
1.3焊接前对焊接接头坡口两侧各150-200mm长度范围内的管道进行预热，预热温度控制在100-150℃；焊接前预热的作用，是为了控制坡口表面的水含量，减少温度应力，降低焊接接头产生氢致开裂和应力腐蚀开裂的倾向，焊接前，预热范围为坡口两侧长度各不小于焊件厚度的3倍，且不小于150mm，预热使用履带式电加热器加热或火焰加热方式；
1.4使用金属粉芯焊丝进行半自动下向焊打底焊接，焊接过程中要严格控制焊缝背面成型，控制焊接接头的硬度值，使用低氢型焊条电弧焊进行填充、盖面焊接，焊接过程中严格控制焊接线能量，焊接过程中焊缝层间温度控制在100-250℃之间；
1.5焊接完成以后对焊接接头立即进行温度为300-350℃，恒温时间为2小时的消氢后处理；
1.6对焊接接头无损检测完成以后，对管道进行621±10℃的消除应力热处理；热处理恒温时间最短为1小时，可按照δ/25(单位：小时)计算，不满一小时的按照一小时计算；
1.7对焊接完成的焊接接头进行力学性能试验和标准液氢致开裂HIC及硫化物应力开裂SSC试验。
为了保证MCS抗硫碳钢管道在加工过程中不出现元素烧损、晶粒粗大、表面氢鼓泡等影响抗硫碳钢管道的耐腐蚀性能，MCS抗硫碳钢管道切割和坡口加工过程中必须使用冷加工的方式进行。坡口加工角度30±10℃。
为了降低坡口组对应力，提高焊接接头的抗腐蚀性能，辅助使用内、外对口夹具进行坡口组对。组对间隙控制在2.5-3.5mm之间。
焊接过程控制
(1)使用金属粉芯焊丝进行半自动下向焊打底焊接
通过使用金属粉芯焊丝这种小线能量焊接方法进行半自动下向焊打底焊接，一方面保证根部焊道光滑，降低使用过程中出现的应力集中现象；另一方面可以有效控制焊接接头的硬度值(低于248HV10)，提高其耐腐蚀性能；
(2)使用低氢型焊条电弧焊进行填充、盖面焊接
通过使用低氢型焊条进行填充、盖面焊接，既可以保证焊接接头的力学性能，又可以控制焊缝金属的扩散氢含量，提高焊接接头的耐腐蚀性能；
(3)焊缝层间温度控制在100-250℃之间
为了保证焊后消氢处理的效果，焊接过程中焊缝层间温度不得低于100℃；为了降低焊接过程中合金元素的烧损，降低焊接热输入，焊接过程中利用红外线测温仪逐层逐道进行测温，焊缝层间温度不大于250℃。
焊后消氢处理，焊接接头焊接完成以后，需立即进行300-350℃的消氢处理2小时，来降低焊缝金属的扩散氢含量，提高焊接接头的耐腐蚀性能；同时，为了保证焊接接头的消氢处理效果，消氢处理前焊接接头的温度不低于100℃。消氢处理使用的加热方式为履带式电加热器。
焊后消除应力热处理，对无损检测合格的焊接接头进行621±10℃的消除应力热处理，热处理恒温时间按照δ/25(单位：小时)计算，不满一小时的按照一小时计算。通过对所有L360MCS抗硫碳钢管道进行消除应力热处理，降低焊接接头的残余应力，提高焊接接头的抗硫化物应力腐蚀开裂的能力。焊后热处理使用的加热方式为履带式电加热器。
焊接接头力学性能试验及耐腐蚀试验，为了验证施工现场对抗硫碳钢管道特殊焊接质量，现场随机抽取部分焊口进行力学性能试验和标准液氢致开裂HIC及硫化物应力开裂SSC试验。
焊前预热、焊后消氢处理、焊后消除应力热处理或采用火焰加热。
与现有技术相比，本发明高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法所具有的有益效果是：在目前国内硫化氢含量最高的某气田地面集输工程中，对所有的L360MCS抗硫碳钢管道全部采用本发明的焊接方法进行焊接施工，实验结果表明，力学性能和耐腐蚀性能全部达到设计文件的规定：
焊缝内外焊肉成型均匀、饱满，无损检测RT全部为I、II级，没有出现未熔合、未焊透、气孔、裂纹等缺陷。
焊接接头标准液氢致开裂HIC试验结果：标准液氢致开裂HIC试验后清理试样，经肉眼观察，所有试样表面没有氢鼓泡现象；在金相显微镜下放大100倍检查检测面，试样表面没有氢鼓泡现象，检测面没有标准液氢致开裂HIC裂纹。
焊接接头硫化物应力开裂SSC试验结果：720小时连续饱和硫化氢应力开裂试验SSC完成后，清理试样表面，所有焊接接头试样没有出现断裂；按照NACE StandardTM0177-2005标准四点弯曲方法：对焊接接头，加载量均为80％屈服强度，在标准溶液A中浸泡720小时，无试样断裂现象。
所有
的L360MCS抗硫碳钢管一次焊接合格率超过98％。
附图说明
图1是本发明采用的履带式电加热器加热方式示意图。
图中：1硅酸铝保温层、2电加热片、3封闭物、4热电偶。
图1是本发明高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法用加热方式的最佳实施例。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法做进一步说明：
参照图1
焊接前，使用图1所示的履带式电加热器对坡口两侧各150-200mm长度范围内的管道进行预热。履带式电加热器包括电加热片2、热电偶4、硅酸铝保温层1、管道、封闭物3。电加热片2、热电偶4贴在管道待加热区外部，硅酸铝保温层1裹在电加热片2、热电偶4、管道的外部，管道两端用封闭物3封闭。
热电偶4用于测量加热区温度，硅酸铝保温层1和封闭物3用于管道保温恒温。
焊接操作步骤如下：
1、坡口加工，为了保证L360MCS抗硫碳钢管道在加工过程中不出现元素烧损、晶粒粗大、表面氢鼓泡等，影响抗硫碳钢管道的耐腐蚀性能，L360MCS抗硫碳钢管道切割和坡口加工过程中采用冷加工的方式进行，单边坡口加工角度30±10°。
2、坡口组对，为了降低坡口组对应力，提高焊接接头的抗腐蚀性能，辅助使用内、外对口夹具进行坡口组对。使用液压式内对口器和外卡式外对口器。组对间隙控制在2.5-3.5mm之间。管道错口量小于1mm。
3、使用正式焊接工艺进行点固焊接。对规格为Φ508×22.2mm的管道，点固焊点为6-10个。对不同规格的管道按管道周长每15-20cm设点固焊点1个，外径小于20cm的管道，最少设2个点固焊点，确保抗硫碳钢管道坡口组对间隙控制在2.5-3.5mm之间。正式焊接工艺是指经焊接工艺评定合格的焊接工艺。
4、焊前预热，为了控制坡口表面的水含量，减少温度应力，降低焊接接头产生氢致开裂HIC和应力腐蚀开裂SSC的倾向，焊接前，使用图1所示的履带式电加热器的电加热片2对坡口两侧各150-200mm长度范围内的管道进行预热，预热温度100-150℃。
5、使用金属粉芯焊丝进行半自动下向焊打底焊接，焊接过程中要严格控制焊缝背面成型，控制焊接接头的硬度值，使用低氢型焊条电弧焊进行填充、盖面焊接，焊接过程中严格控制焊接线能量，焊接过程中焊缝层间温度100-250℃之间。
6、焊接完成以后，立即使用履带式电加热器对焊接接头立即进行300-350℃消氢处理，恒温时间2小时。
7、无损检测完成以后立即使用电加热设备对焊接接头进行621±10℃的消除应力热处理，热处理恒温时间按照δ/25(单位：小时)计算，不满一小时的按照一小时计算。
8、验证施工现场对抗硫碳钢管道焊接质量，现场随机抽取机械切割部分焊口进行力学性能试验和标准液氢致开裂HIC及硫化物应力开裂SSC试验。
实施例1：
1、L360MCS抗硫碳钢管道，规格Φ508×22.2mm，切割和坡口加工采用冷加工，单边坡口加工角度35°。
2、组对间隙2.5mm。管道错口小于1mm。
3、使用正式焊接工艺进行点固焊接。点固焊点为8个。
4、焊接前，使用履带式电加热器的电加热片2对坡口两侧150mm范围内的管道进行预热，预热温度100℃。预热使用如图1所示的履带式电加热器。
5、使用金属粉芯焊丝进行半自动下向焊打底焊接，焊接过程中要严格控制焊缝背面成型，控制焊接接头的硬度值，使用低氢型焊条电弧焊进行填充、盖面焊接，焊接过程中严格控制焊接线能量，焊接过程中焊缝层间温度不超过200℃。
6、焊接完成以后，立即使用图1所示的履带式电加热器对焊接接头立即进行300℃消氢处理，恒温时间2小时。
7、无损检测完成以后立即使用电加热设备对焊接接头进行621±10℃的消除应力热处理，热处理恒温时间按照δ/25(单位：小时)计算，不满一小时的按照1小时计算。
8、验证施工现场对抗硫碳钢管道焊接质量，现场随机抽取机械切割部分焊口进行力学性能试验和标准液氢致开裂HIC及硫化物应力开裂SSC试验。
9、焊缝焊接质量：焊缝内外焊肉成型均匀、饱满，无损检测RT全部为I、II级，没有出现未熔合、未焊透、气孔、裂纹等缺陷。
焊接接头标准液氢致开裂HIC试验结果：标准液氢致开裂HIC试验后清理试样，经肉眼观察，所有试样表面没有氢鼓泡现象；在金相显微镜下放大100倍检察检测面，试样表面没有氢鼓泡现象，检测面没有标准液氢致开裂HIC裂纹。
焊接接头硫化物应力开裂SSC试验结果：720小时连续饱和硫化氢应力开裂试验完成后，清理试样表面，所有焊接接头试样没有出现断裂；按照NACE StandardTM0177-2005标准四点弯曲方法：对焊接接头，加载量均为80％屈服强度，在标准溶液A中浸泡720小时，无试样断裂现象。所有
的L360MCS抗硫碳钢管一次焊接合格率超过98％。
实施例2：
1、L360MCS抗硫碳钢管道，规格Φ508×22.2mm，切割和坡口加工采用冷加工，单边坡口加工角度30°。
2、组对间隙3.0mm。管道错口量小于1mm。
3、使用正式焊接工艺进行点固焊接。点固焊点为10个。
4、焊接前，使用电加热片2对坡口两侧180mm范围内的管道进行预热，预热温度120℃。预热使用履带式电加热器。
5、使用金属粉芯焊丝进行半自动下向焊打底焊接，焊接过程中要严格控制焊缝背面成型，控制焊接接头的硬度值，使用低氢型焊条电弧焊进行填充、盖面焊接，焊接过程中严格控制焊接线能量，焊接过程中焊缝层间温度不超过200℃。
6、焊接完成以后，立即使用履带式电加热器对焊接接头立即进行350℃消氢处理，恒温时间2小时。
7、无损检测完成以后，立即使用电加热设备对焊接接头进行621±10℃的消除应力热处理，热处理恒温时间按照δ/25(单位：小时)计算，不满一小时的按照一小时计算。
8、验证施工现场对抗硫碳钢管道焊接质量，现场随机抽取机械切割部分焊口进行力学性能试验和标准液氢致开裂HIC及硫化物应力开裂SSC试验。
9、焊缝焊接质量：焊缝颜内外焊肉成型均匀、饱满，无损检测RT全部为I、II级，没有出现未熔合、未焊透、气孔、裂纹等缺陷。
焊接接头标准液氢致开裂HIC试验结果：标准液氢致开裂HIC试验后清理试样，经肉眼观察，所有试样表面没有氢鼓泡现象；在金相显微镜下放大100倍检察检测面，试样表面没有氢鼓泡现象，检测面没有标准液氢致开裂HIC裂纹。
焊接接头硫化物应力开裂SSC试验结果：720小时连续饱和硫化氢应力开裂SSC试验完成后，清理试样表面，所有焊接接头试样没有出现断裂；按照NACE StandardTM0177-2005标准四点弯曲方法：对焊接接头，加载量均为80％屈服强度，在标准溶液A中浸泡720小时，无试样断裂现象。
所有
的L360MCS抗硫碳钢管一次焊接合格率超过99％。
实施例3：
1、L360MCS抗硫碳钢管道，规格Φ508×22.2mm，切割和坡口加工采用冷加工，单边坡口加工角度30°。
2、组对间隙3.5mm。管道错口小于1mm。
3、使用正式焊接工艺进行点固焊接。点固焊点为6个。
4、焊接前，使用电加热片2对焊缝坡口两侧200mm范围内的管道进行预热，预热温度为150℃。预热使用履带式电加热器。
5、使用金属粉芯焊丝进行半自动下向焊打底焊接，焊接过程中要严格控制焊缝背面成型，控制焊接接头的硬度值，使用低氢型焊条电弧焊进行填充、盖面焊接，焊接过程中严格控制焊接线能量，焊接过程中焊缝层间温度不超过250℃。
6、焊接完成以后，立即使用履带式电加热器对焊接接头立即进行350℃消氢处理，恒温时间2小时。
7、无损检测完成以后立即使用电加热设备对焊接接头进行621±10℃的消除应力热处理，热处理恒温时间按照δ/25(单位：小时)计算，不满一小时的按照一小时计算。
8、验证施工现场对抗硫碳钢管道焊接质量，现场随机抽取机械切割部分焊口进行力学性能试验和标准液氢致开裂HIC及硫化物应力开裂SSC试验。
9、焊缝焊接质量：焊缝颜内外焊肉成型均匀、饱满，无损检测RT全部为I、II级，没有出现未熔合、未焊透、气孔、裂纹等缺陷。
焊接接头标准液氢致开裂HIC试验结果：标准液氢致开裂HIC试验后清理试样，经肉眼观察，所有试样表面没有氢鼓泡现象；在金相显微镜下放大100倍检察检测面，试样表面没有氢鼓泡现象，检测面没有标准液氢致开裂HIC裂纹。
焊接接头硫化物应力开裂SSC试验结果：720小时连续饱和硫化氢应力开裂试验完成后，清理试样表面，所有焊接接头试样没有出现断裂；按照NACE StandardTM0177-2005标准四点弯曲方法：对焊接接头，加载量均为80％屈服强度，在标准溶液A中浸泡720小时，无试样断裂现象。
所有的L360MCS抗硫碳钢管一次焊接合格率超过99％。
Claims (4)
1.高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法，其特征在于：
1.1管道采用冷加工的方式进行切割和坡口加工，单边坡口加工角度为30±10°，焊缝坡口组对间隙2.5-3.5mm，管道焊缝对口错口量小于1mm；
1.2使用正式焊接工艺参数进行点固焊接；
1.3焊接前对焊缝坡口两侧各150-200mm长度范围内的管道进行预热，预热温度为100-150℃；
1.4使用金属粉芯焊丝进行半自动下向焊打底焊接，焊接过程中要严格控制焊缝背面成型，控制焊接接头的硬度值，使用低氢型焊条电弧焊进行填充、盖面焊接，焊接过程中严格控制焊接线能量，焊接过程中焊缝层间温度100-250℃；
1.5焊接完成以后立即对焊接接头进行温度为300-350℃，恒温时间为2小时的消氢后热处理；
1.6在对焊接接头无损检测完成以后，对管道焊接接头进行621±10℃的消除应力热处理；热处理恒温时间最短为1小时；
1.7对焊接完成的焊接接头进行力学性能试验和标准液氢致开裂HIC及硫化物应力开裂SSC试验。
2.根据权利要求1所述的高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法，其特征在于：步骤1.1的坡口加工角度为30±10°。
3.根据权利要求1所述的高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法，其特征在于：步骤1.2使用正式焊接工艺进行点固焊接，按管道周长每15-20cm设点固焊点1个，外径小于20cm的管道，设2个点固焊点，抗硫碳钢管道焊缝坡口组对间隙为2.5-3.5mm。
4.根据权利要求1所述的高含硫气田用MCS抗硫碳钢管道的焊接方法，其特征在于：步骤1.3-1.6的焊前预热、打底焊接、焊后消氢处理、焊后消除应力热处理，采用履带式电加热器或火焰加热。
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