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        讓納若爾油田天然氣處理及綜合利用工程焊接技術(shù)

        2015-08-29 01:16:30賈倫
        金屬加工(熱加工) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:筒體合格率焊縫

        賈倫

        一、工程概況及特點(diǎn)

        哈薩克斯坦讓納若爾油田天然氣處理及綜合利用工程第三油氣廠II、III期項(xiàng)目位于哈薩克斯坦共和國(guó)阿克糾賓州的穆戈賈爾區(qū),整套裝置的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)由中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限公司西南分公司負(fù)責(zé),我公司負(fù)責(zé)其中17臺(tái)容器的焊接及制造。

        該地區(qū)年氣溫從-40℃(1、2月份)到40℃(7月份)溫差較大,而且讓納若爾油田的天然氣含硫量偏高,介質(zhì)為含濕H2S的燃料天然氣,對(duì)容器抗腐蝕能力要求較高。因此,該工程有10臺(tái)容器材質(zhì)設(shè)計(jì)為Q345R(R-HIC)、Q245R(R-HIC),并要求殼體主要受壓元件材料及焊縫需進(jìn)行抗氫致開裂(HIC)試驗(yàn)和抗硫化物應(yīng)力開裂(SSCC)試驗(yàn)。

        我們項(xiàng)目部根據(jù)材料的特殊性、國(guó)際項(xiàng)目的重要性、設(shè)計(jì)的相關(guān)要求及施工細(xì)節(jié)的具體要求,參考了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的、適合我公司現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)能力的焊接方式方法。在焊接材料選取、焊接參數(shù)選擇等方面進(jìn)行了多次試驗(yàn),以保證焊接接頭的焊接質(zhì)量及低溫韌性符合要求。最終對(duì)不同的容器直徑及焊接部位分別制定了適用、高效的焊接方法及工藝。

        二、關(guān)鍵焊接技術(shù)

        1.焊接工程主要施工特點(diǎn)

        10臺(tái)容器材質(zhì)為Q345R(RHIC)、Q245R(R-HIC),介質(zhì)為含濕H2S的燃料天然氣。這10臺(tái)容器中筒體最長(zhǎng)為段塞流捕集器,由4段殼體組成,每段殼體分為上下兩層,上層8m,下層60m。容器殼體直縫總長(zhǎng)272m,環(huán)縫總長(zhǎng)532m。設(shè)計(jì)要求接觸介質(zhì)的殼體主要受壓元件材料及焊縫應(yīng)具有抗HIC和SSCC性能,受壓元件材料和焊縫應(yīng)做抗氫致開裂(HIC)試驗(yàn)和抗硫化物應(yīng)力開裂(SSCC)試驗(yàn)。因此在焊接材料選取方面選用專用焊接材料,焊接工藝方面合理選擇焊接參數(shù),控制焊接熱輸入,以保證焊接接頭的焊接質(zhì)量及低溫韌性要求。

        2.焊接方法選擇

        直縫采用埋弧焊,環(huán)縫根據(jù)殼體直徑大小采用不同的焊接,工藝。φ2 000mm以上殼體環(huán)縫焊接根據(jù)生產(chǎn)情況采用了雙機(jī)單絲同時(shí)同步外環(huán)縫焊接以及內(nèi)外焊縫同時(shí)同步埋弧焊接工藝。φ2 000mm以下殼體內(nèi)環(huán)縫采用自動(dòng)MAG焊(75%~80%Ar+25%~20%CO2配比混合氣體保護(hù)焊),外環(huán)縫采用埋弧焊。

        直徑為500mm的接管及配件與殼體的焊接采用半自動(dòng)MAG焊。我公司常用的是80%Ar+20%CO2的混合氣體,由于混合氣體中氬氣占的比例較大,故常稱為富氬混合氣體保護(hù)焊。在這批產(chǎn)品中采用MAG焊短路過(guò)渡進(jìn)行焊接,包括與產(chǎn)品筒體接觸的正接管、斜插管、大小口、大法蘭等,從而使產(chǎn)品獲得穩(wěn)定的焊接工藝性能和良好美觀的焊接接頭?!荭?00mm的接管為了提高生產(chǎn)效率還使用了馬鞍形埋弧焊。焊接效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于焊條電弧焊,而且超聲一次檢測(cè)合格率高。小直徑接管與法蘭的對(duì)接焊口使用鎢極氬弧焊,單面焊雙面成形,無(wú)需打磨處理。

        焊接工藝評(píng)定

        3.焊接工藝評(píng)定

        按照此項(xiàng)目容器的設(shè)計(jì)溫度及相關(guān)參數(shù),并依據(jù)TGS Z6002《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求,根據(jù)廠內(nèi)設(shè)備、工裝及人員條件選取合理的焊接方法,并按NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,具體評(píng)定項(xiàng)目如附表所示。

        通過(guò)評(píng)定結(jié)果顯示所采用的焊接材料、焊接方法、焊接熱輸入能夠滿足材料力學(xué)性能、化學(xué)成分的要求,因此可以此為依據(jù)制訂焊接工藝。

        圖1 筒體內(nèi)外環(huán)縫同時(shí)同步焊接

        4.關(guān)鍵焊接工藝方法

        (1)管徑≥2 000mm筒體B類焊縫焊接 采用雙機(jī)單絲內(nèi)外環(huán)焊縫同時(shí)同步埋弧焊(見圖1)。使用同一焊接滾輪架,外環(huán)縫采用伸縮臂式埋弧焊機(jī),內(nèi)環(huán)縫采用伸縮臂式埋弧焊機(jī)或小車式埋弧焊。第一道外環(huán)縫焊接完成后,內(nèi)環(huán)縫清根的同時(shí)可以焊接下一道外環(huán),清根結(jié)束后馬上進(jìn)行第一道內(nèi)環(huán)縫的焊接,第二道外環(huán)縫焊接同時(shí)進(jìn)行。第一道內(nèi)環(huán)縫與第二道外環(huán)縫同時(shí)焊接減小了筒體焊接變形,保證了筒體直線度。同時(shí)第一道內(nèi)環(huán)縫的焊接也起到了對(duì)第一道外環(huán)縫焊后消氫的作用。

        此外,也采用了外環(huán)縫雙機(jī)臂單絲同時(shí)同步埋弧焊的焊接方法(見圖2), 由于都為兩道環(huán)縫同時(shí)同步,因此與單機(jī)臂埋弧焊相比,焊接效率大大提高的同時(shí)焊接合格率也不會(huì)受到影響。

        圖2 筒體雙機(jī)組同時(shí)焊接環(huán)縫

        (2)管徑≤2 000mm筒體B類焊縫焊接 采用自動(dòng)MAG焊。MAG焊焊縫成形美觀,同時(shí)減少了工人在狹窄作業(yè)空間的勞動(dòng)強(qiáng)度,大大的提高了生產(chǎn)效率,外環(huán)縫采用埋弧焊。

        (3)管徑≤500mm接管、墊板、其他配件與筒體以及筒體內(nèi)件焊接 采用半自動(dòng)熔化極混合氣體保護(hù)焊(MAG)+藥芯焊(FCAW),提高了電弧的穩(wěn)定性,不僅焊接飛濺小,而且在較小的臨界電流下能夠獲得穩(wěn)定的軸向射流過(guò)渡和脈沖射流過(guò)渡,熔敷效率高,元素?zé)龘p程度輕,焊縫成形美觀(見圖3)。

        (4) DN≥500mm大接管與殼體的焊接 使用馬鞍形埋弧焊,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接,減少了焊條電弧焊的使用,焊接效率大大提高,減少了人為因素對(duì)焊接合格率的影響。使用該焊接方法超聲一次檢測(cè)合格率很高。

        (5)小直徑接管與法蘭的焊接 對(duì)接焊口使用鎢極氬弧焊焊接,單面焊雙面成形,無(wú)需打磨處理。

        5.焊接檢測(cè)系統(tǒng)的使用

        使用德國(guó)HKS焊接檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)過(guò)程質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。檢測(cè)的過(guò)程中完成了以下工作:①焊接過(guò)程參數(shù)的記錄。②對(duì)焊接記錄進(jìn)行篩選、統(tǒng)計(jì)。③焊接缺陷的在線探測(cè)。④焊接質(zhì)量的評(píng)定。⑤焊接設(shè)備的校準(zhǔn)。⑥焊接過(guò)程的分析。⑦通過(guò)分析,做工藝評(píng)定及優(yōu)化焊接工藝。⑧通過(guò)分析,識(shí)別設(shè)備及工件出現(xiàn)問(wèn)題。

        通過(guò)此對(duì)此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全面應(yīng)用,保證了對(duì)產(chǎn)品過(guò)程質(zhì)量的控制,減少了缺陷的產(chǎn)生,大大提高了產(chǎn)品一次檢測(cè)合格率。

        三、焊接設(shè)備、焊接材料應(yīng)用情況

        1.焊接材料

        在此工程焊接過(guò)程中使用的焊材有焊條J427SHA、J507SHA,氬弧焊絲ER50—6,埋弧焊絲H09MnSHA,埋弧焊劑SJ204SHA,實(shí)芯氣體保護(hù)焊焊絲S-6。

        圖3 半自動(dòng)熔化極混合氣體保護(hù)焊(MAG)+藥芯焊(FCAW)

        2.焊接設(shè)備

        本工程使用的主要焊接設(shè)備有:2臺(tái)懸臂式埋弧焊機(jī),2臺(tái)小車式埋弧焊機(jī),5臺(tái)半自動(dòng)氣體保護(hù)焊焊機(jī)(配備5臺(tái)氣體配比器),馬鞍口埋弧焊機(jī)1臺(tái),鎢極氬弧焊焊機(jī)1臺(tái),德國(guó)HKS焊接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1套。這些設(shè)備的合理應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率,同時(shí)保證了產(chǎn)品一次無(wú)損檢測(cè)合格率。部分焊接設(shè)備如圖4~圖7所示。

        圖4 馬鞍口埋弧焊機(jī)

        圖5 德國(guó)HKS焊接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

        圖6 林肯埋弧焊機(jī)

        四、結(jié)語(yǔ)

        圖7 奧太氣體保護(hù)焊機(jī)

        由于合理的配備了人力物力資源,同時(shí)制定了合理的焊接工藝措施,僅用了127天的時(shí)間就圓滿的完成了17臺(tái)大型容器的預(yù)制任務(wù),而且焊接合格率大大提高,其中主體焊縫射線一次合格率99.5%,產(chǎn)品檢驗(yàn)合格率100%。此外,該工程大大降低了焊材使用成本以及焊工勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)約了焊工勞務(wù)費(fèi),無(wú)損檢測(cè)費(fèi)用。整個(gè)工程節(jié)省資金146.2萬(wàn)元,并且工效得到了大幅度的提高。

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