鹿鋒華，杜長青，李廣民

(中亞天然氣管道項目部，河北廊坊065000)

哈中天然氣管道項目B標段線路焊接工藝

鹿鋒華，杜長青，李廣民

(中亞天然氣管道項目部，河北廊坊065000)

中亞天然氣管線是我國最長、規(guī)模最大的能源戰(zhàn)略通道，是中石油集團公司的重點戰(zhàn)略工程，全長1 800多km，設計壓力9.81 MPa，管徑1 067 mm，鋼級X70，壁厚15.9 mm，其中穿越段壁厚19.1～28.6 mm，全線采用雙管雙溝并行敷設，管道外部采用3PE防腐、內壁采用雙組份環(huán)氧涂料減阻內涂層，年輸氣量300億m3。介紹了哈中天然氣管道項目線路焊接工藝特點、要求、評定過程、焊接質量控制及其在哈中天然氣管線上的應用情況。

焊接工藝；根焊；焊接工藝評定；焊接質量；焊接工藝規(guī)程(WPS)

1 工程概況

中亞天然氣管道項目是西氣東輸二線的氣源工程，起自土庫曼斯坦和烏茲別克斯坦兩國邊境，途經(jīng)烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦，最終到達中國境內新疆維吾爾自治區(qū)的霍爾果斯，進而通往上海、珠江三角洲地區(qū)，是我國最長、規(guī)模最大的能源戰(zhàn)略通道。全長1800多km，其中烏國境內510.5km，哈國境內1300km，中國境內4.4km，設計壓力9.81 MPa，管徑1 067 mm，鋼級X70，壁厚15.9 mm，其中穿越段壁厚19.1～28.6 mm。全線采用雙管雙溝并行敷設，管道外部采用3PE防腐、內壁采用雙組份環(huán)氧涂料減阻內涂層，年輸氣量300億m3。本工程2008年7月 9日開工建設，2009年底實現(xiàn)雙線建成、單線通氣的目標。CPP承擔了哈國段東段靠近中國界B標段650 km(樁號A1000～A1750)雙線管線任務，在一年半的時間內CPP要完成650 km的雙線管線施工任務，工期之短，任務之重實屬海外工程罕見。因此，為了保證按期完工，必須確保焊接的高質量、高效率，保證焊接的進度和合格率，盡量避免返工返修。

2 焊接工藝分析

本工程鋼管的強度X70等級較高，管徑較大，線路長，沿線地形雖然復雜多樣，但是相對平坦，由于工期要求緊，所以選用的焊接工藝必須具備合格率高、施工速度快、操作簡單等特點。經(jīng)管道局專家組多次論證，結合本項目特點推薦線路焊接施工以自動焊和半自動焊為主，手工焊為輔。在滿足焊縫各項性能指標和質量要求的前提下，根據(jù)現(xiàn)場條件選擇可行的焊接方式。建議對地形平坦、障礙少的地段采用全自動焊，無法連續(xù)作業(yè)的地段采用手工焊＋半自動焊等焊接工藝。

2.1 焊材選擇

中亞天然氣管道工程用管材符合API Spec 5L X70標準，直縫埋弧焊焊管(LSAW)化學成分和焊接接頭物理性能技術條件要求如表1、表2所示。

表1 中亞天然氣管道工程用LSAW化學成分要求%

表2 中亞天然氣管道工程用LSAW焊接接頭物理性能要求

由表1、表2可知，中亞天然氣LSAW管線用管的技術要求很嚴格，在現(xiàn)場施工要合理選擇焊材，確保投入使用后的安全性和可靠性。根據(jù)焊縫金屬與母材“等強匹配”的原則來進行焊材的選用，選用的焊材不但要保證焊縫力學性能良好，操作性能也要良好；焊條或焊絲應符合AWS標準，根焊熔敷金屬抗拉強度標準值小于等于482.72 MPa，即采用E6系列或E7系列；填充蓋面采用低氫型焊絲、焊條，其熔敷金屬抗拉強度標準值大于等于551.68 MPa，即采用E8系列或E9系列；焊條的性能應符合AWS A5.1《碳鋼用焊條電弧焊焊條》要求，焊絲的性能應符合AWS A5.29《低合金鋼用藥芯焊絲》和AWS A5.18《碳鋼氣體保護焊焊絲及填充》要求。

鑒于工程特點，根據(jù)制定的焊接工藝，結合現(xiàn)有的焊接設備和管道局多年施工經(jīng)驗，推薦選擇焊材如表3所示，但是匹配情況應根據(jù)焊接工藝評定確定。

表3 中亞天然氣管道工程線路選用焊材

2.2 采用標準[1－2]

中亞天然氣管道工程線路焊接工藝評定和焊工考試采用API 1104《Welding of the Pipeline and Relevant Facilities》(管道及相關設施的焊接標準)2005版和業(yè)主批準的《中亞天然氣管道工程—線路焊接工藝評定程序文件》。

2.3 工藝分析

根據(jù)工程特點和業(yè)主批準的《中亞天然氣管道工程——線路焊接工藝評定程序文件》，擬定的線路焊接工藝列表如表4所示。

由表4可知，主線路有三種工藝，連頭有兩種工藝，返修工藝有三種。這幾種工藝相互結合，完全能夠滿足中亞天然氣管道的施工要求，后來經(jīng)過工藝評定和現(xiàn)場施工也證明了這些工藝是適用的。值得一提的是GMAW＋FCAW－S為管道局首次采用，是管道局焊接專家根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗對管道焊接的一種革新工藝，該工藝在中亞天然氣管道初次使用就取得了不錯的成績，加快了施工進度。

表4 中亞天然氣管道工程線路焊接工藝

2.4 坡口設計

對三種線路工藝分別設計了相適應的坡口類型，如圖1～圖3所示。

新工藝GMAW＋FCAW采用結合自動根焊和半自動焊工藝特點進行的坡口設計，CRC全自動焊工藝采用了CRC Evans公司推薦的標準坡口設計，SMAW＋FCAW根據(jù)傳統(tǒng)手工下向焊坡口進行設計。

圖1 新工藝GAMW＋FCAW坡口設計

圖2 CRC全自動焊工藝坡口設計

圖3 SMAW＋FCAW工藝坡口設計

3 焊接工藝評定(PQR)[3－4]

管道局中亞天然氣管道工程項目部于2007年底和2008年初在管道科學研究院焊接技術中心，根據(jù)擬定的焊接工藝和API1104－2005及業(yè)主批準的《中亞天然氣管道工程—線路焊接工藝評定程序文件》，在業(yè)主代表、MOODY監(jiān)理監(jiān)督下進行了中亞天然氣管道工程項目焊接工藝評定。

3.1 評定流程

針對表4的每一個焊接工藝都制定了詳細的焊接工藝評定方案，包括坡口加工和清理、焊機調試、預熱、參數(shù)記錄等，每進行一道工序都由焊接工程師進行檢查和記錄，MOODY焊接監(jiān)理監(jiān)督整個過程，并根據(jù)標準對每一個細節(jié)進行檢驗，從環(huán)境溫度、濕度到坡口測量是否滿足規(guī)范要求，從嚴格審核施焊焊工資質到測量每一層焊道的溫度和焊接電壓電流的變化。當一個評定管口焊接完畢，MOODY焊接監(jiān)理和焊接技術中心的焊接工程師先進行外觀檢查，符合技術要求再進行射線檢測(RT)，射線檢測合格才能進行試件取樣。整個評定過程嚴格按照標準和中亞天然氣管道技術文件執(zhí)行，評定流程如圖4所示。

圖4 工藝評定流程

3.2 評定報告(PQR)

當力學性能試驗都合格后，針對焊接工藝評定過程資料整理，每一個焊接工藝評定報告(PQR)都包含以下內容：管材焊材材質單；焊接工藝參數(shù)記錄；外觀檢查報告(VT)；射線檢測報告(RT)；力學性能試驗報告。

力學性能試驗和合格標準按照API1104－2005標準執(zhí)行，并在《中亞天然氣管道工程——線路焊接工藝評定程序文件》補充－10℃低溫沖擊韌性試驗和硬度試驗，補充試驗的驗收標準為：低溫沖擊韌性試驗3個焊縫、3個焊接熱影響區(qū)，試驗溫度－10℃，全尺寸試驗單值最小值45 J，三個試樣平均值最小60 J；焊縫沖擊試樣的V型缺口位置在焊縫中心，焊接熱影響區(qū)沖擊試樣的V型缺口位置在熔合線中心，焊縫和焊接熱影響區(qū)的硬度值最大為280HV10。試驗項目和數(shù)量如表5所示。

表5 試驗項目和數(shù)量

4 焊接質量控制

根據(jù)焊接工藝報告(PQR)編制了線路焊接工藝程序文件并上報業(yè)主批準，批準后作為焊接工藝指導書(WPS)下發(fā)到各個施工單位和機組。為了保證質量根據(jù)焊接工藝要求和實際施工情況，制定有針對性的焊接質量保障措施。

(1)因地制宜，根據(jù)哈國地理環(huán)境合理布置施工機組。

(2)焊工培訓合格并取得中亞天然氣管道工程焊工上崗證方可從事現(xiàn)場施工焊接作業(yè)。

(3)嚴格要求焊工按照焊接工藝規(guī)程操作。

(4)每天作業(yè)前要檢查設備、配件等，焊接完畢后做好設備維護工作，尤其是CRC全自動焊接設備都是高精度零件，更要嚴格檢查和清理。

(5)CRC管道全自動焊接工藝采用的是氣體保護，抗風能力較差，在現(xiàn)場組對焊接過程中，要在防風棚中進行，并且在每個管段的端部加裝盲板，防止由于環(huán)境因素產(chǎn)生氣孔等焊接缺陷。

(6)管口組對時要嚴格檢查錯邊量和對口間隙避免超標，防止引起未焊透和燒穿等缺陷。

5 現(xiàn)場應用情況

自2008年7月中亞天然氣管道開工建設以來，在哈國段先后共投入五個手工＋半自動焊接機組、三個CRC全自動焊接機組和三個內焊＋半自動焊接機組，幾種焊接工藝都充分發(fā)揮了各自功能，并取得了良好效果，目前哈國段B標段機械主體已經(jīng)完工，各工藝現(xiàn)場應用情況如表6所示。

表6 中亞天然氣管道哈國B標段線路焊接施工情況

6 結論

根據(jù)API1104－2005標準和業(yè)主批準的《中亞天然氣管道工程—線路焊接工藝評定程序文件》進行的焊接工藝評定，完全滿足中亞天然氣管道焊接規(guī)范和技術要求，焊接工藝各種試驗結果均為合格。開工之初又分別對三種線路工藝取現(xiàn)場焊接口在哈國焊接實驗室進行檢驗，力學性能指標等均合格，哈國焊接實驗室出具了現(xiàn)場焊口檢驗報告。通過實際應用，證明當初擬定的中亞天然氣管道工程焊接工藝切實可行，完全滿足施工要求。

[1]API 1104－2005《Welding of the Pipeline and Relevant Facilities》(管道及相關設施的焊接標準)[S].

[2]API SPECIFICATION 5L《管線鋼管規(guī)范》[S].

[3]顧紀清，陽代軍.管道焊接技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[4]吳彩勇，周曉輝.大口徑管道自動焊接技術研究[J].電焊機，2009，39(5)：101－103.

Welding process of Lot B line in Kazakhstan natural gas pipeline project

LU Feng-hua，DU Chang-qing，LI Guang-min
(Central-Asia Natural-Gas Pipeline Project Office，Langfang 065000，China)

China's Central Asian gas pipeline is the longest and largest energy strategy channel as well as the key strategic project of Petroleum Corporation.The length is more than 1 800 km.The design pressure is 9.81MPa.The diameter is 1 067 mm.The grade is X70.The wall thickness is 15.9 mm.The wall thickness of the cross section is between 19.1 and 28.6 mm.It is laid in parallel double pipe and double ditch.The external part of the pipeline adopts 3PE antisepsis，and the internal part of it adopts two component drag reduction epoxy coating.The gas volume of one year is 3 billion cubic meters.This paper describes the features，requirements，evaluation process，welding quality control of circuit welding process in the Kazakh－Chinese gas pipeline project，and the application in the natural gas pipeline in Kazakhstan.

welding process；root welding；welding process evaluation；welding quality；welding procedure

book=79,ebook=200

TG457.6

B

1001－2303(2010)10－0079－04

2009－12－22；

2010－09－25

鹿鋒華(1981—)，男，山東單縣人，工程師，碩士，主要從事焊接工藝文件編制及其焊工管理等工作。