韓鋒林

【摘要】海底管線的布置應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。直埋管道穿越海底的覆土深度應(yīng)根據(jù)水流沖刷條件和管道穩(wěn)定性條件確定。海底管線上的閥門應(yīng)能承受管道的軸向荷載，宜采用鋼制閥門及焊接連接。直埋管道變徑處或壁厚變化處，應(yīng)設(shè)補(bǔ)償器或固定墩，固定墩應(yīng)設(shè)在大管徑或壁厚較大一側(cè)。直埋海底管線的補(bǔ)償器，變徑管等關(guān)鍵應(yīng)采用焊接連接。本文從海底管線敷設(shè)中的新技術(shù)的應(yīng)用和海底管線焊接中新技術(shù)的應(yīng)用介紹，分析了海底管線鋪設(shè)焊接的技術(shù)應(yīng)用，并通過例子詳細(xì)介紹了海底管道鋪設(shè)自動焊接工藝介紹以及海底管道鋪設(shè)自動焊接海上試驗。

【關(guān)鍵詞】海底管線 鋪設(shè) 焊接 應(yīng)用

一、海底管線敷設(shè)中的新技術(shù)的應(yīng)用

1、管材的選擇

海底管線內(nèi)壓一般都比較低，由內(nèi)壓引起的總體一次薄膜應(yīng)力一般高于允許值。發(fā)生直接爆破破壞的可能性很大。因此，在選擇管材時，應(yīng)主要從抗疲勞性能來考慮。這就要求選擇塑形比較好，易焊接的材質(zhì)。同時軸向溫度應(yīng)力與管壁橫截面積的大小無關(guān)，增加壁厚并不能降低管壁內(nèi)的軸向應(yīng)力。相反，它可能增加對固定墩的推力和過渡段的熱伸長量。因此，管壁應(yīng)盡可能選擇較薄的規(guī)格。在實際工程中有時由于供貨條件的原因，同一直徑的管子可能有兩種以上的規(guī)格。此時，應(yīng)注意避免不同規(guī)格的管子混合使用。

2、管道的鋪設(shè)

海底管線的布置應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。直埋管道穿越海底的覆土深度應(yīng)根據(jù)水流沖刷條件和管道穩(wěn)定性條件確定。海底管線上的閥門應(yīng)能承受管道的軸向荷載，宜采用鋼制閥門及焊接連接。直埋管道變徑處或壁厚變化處，應(yīng)設(shè)補(bǔ)償器或固定墩，固定墩應(yīng)設(shè)在大管徑或壁厚較大一側(cè)。直埋海底管線的補(bǔ)償器，變徑管等關(guān)鍵應(yīng)采用焊接連接。海底管線的高處宜設(shè)放氣閥，低處宜設(shè)放水閥。管道應(yīng)利用轉(zhuǎn)角自然補(bǔ)償，100-60°的彎頭不宜用作自然補(bǔ)償。從干管直接引出分支管時，在分支管上應(yīng)設(shè)固定墩或抽象補(bǔ)償器或彎管補(bǔ)償器，并應(yīng)符合下列規(guī)定：第一，分支點至支線上固定墩的距離不宜大于5m。第二，分支點至軸向補(bǔ)償器或彎管的距離不宜大于20m。第三，分支點有干線軸向位移時，軸向位移量不宜大于50mm。三通、彎頭等應(yīng)力比較集中的部位，應(yīng)進(jìn)行驗算，驗算不通過時可采取設(shè)固定墩或補(bǔ)償器等保護(hù)措施。當(dāng)需要減少管道軸向力時，可采取設(shè)置補(bǔ)償器或?qū)艿肋M(jìn)行預(yù)處理等措施。當(dāng)?shù)鼗浻膊灰恢聲r，應(yīng)對地基做過渡處理。埋地固定墩處應(yīng)采取可靠的防腐措施，鋼管、鋼架不應(yīng)該裸露。軸向補(bǔ)償器和管道軸線應(yīng)一致，距補(bǔ)償器12m范圍內(nèi)管段不應(yīng)有變坡和轉(zhuǎn)角。

二、海底管線焊接中新技術(shù)的應(yīng)用

1、焊接材料的選擇

當(dāng)前合金結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展，滿足了焊接結(jié)構(gòu)多方面的要求，如高強(qiáng)度、耐高溫、耐低溫及耐腐蝕等，并在海底管線焊接領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。上述合金結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)越性能是靠調(diào)整鋼中碳及合金元素的含量或配以適當(dāng)?shù)臒崽幚韥韺崿F(xiàn)的，碳及合金元素的增加往往會給鋼的焊接性帶來不利的影響。不同鋼種所出現(xiàn)的焊接性問題不同，在合金結(jié)構(gòu)鋼中，隨著碳及合金元素含量增多，勢必會引起結(jié)構(gòu)的脆化、軟化及裂紋傾向增大。這些焊接性問題的出現(xiàn)，往往會降低焊接結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的可靠性，造成焊接結(jié)果的早起破壞。國內(nèi)從80年代就從冶煉入手開始研制并生產(chǎn)焊接性良好的微合金控軋鋼，并開始研究下一代超細(xì)晶粒鋼。

2、焊接的設(shè)備

當(dāng)前自動CRC焊接系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，其包括具有4把焊槍的內(nèi)焊機(jī)、P260熱焊系統(tǒng)、P600雙焊槍焊接系統(tǒng)。4把焊槍內(nèi)焊機(jī)的顯著特點是集對口器和根焊機(jī)于一體，根焊在管口的內(nèi)圓周完成，焊接速度快、質(zhì)量高。該系統(tǒng)操作簡單，除了電弧電壓外，所有重要焊接參數(shù)的控制均由固定在小車上的控制箱完成，其中包括各種操作、故障診斷及解除、控制焊機(jī)行走、擺動、送絲、保護(hù)氣體和電流所需的控制電路。其編程、操作、實時修改參數(shù)等都采用計算機(jī)技術(shù)，不但可以降低焊工勞動強(qiáng)度，保證焊接質(zhì)量，提高焊接生產(chǎn)效率，還降低了對焊工操作技能的要求。其中P600型雙焊槍焊接系統(tǒng)采用水冷式焊槍、外掛推絲式送絲和帶有熔滴過渡控制單元cDT的脈沖焊接電源。焊接參數(shù)可編程，適用于窄間隙疊焊或?qū)掗g隙排焊，焊接效率與單焊頭自動外焊機(jī)相比提高50%以上。P600型雙焊槍焊接系統(tǒng)具有根據(jù)弧壓來調(diào)節(jié)焊槍的上下和左右位置的功能，以保證整個焊接過程中焊槍始終處于焊道的正中間位置，保證焊口的質(zhì)量。

三、海底管道鋪設(shè)自動焊接工藝介紹

1、工藝總體方案

海底管道鋪設(shè)對于焊接的基本要求是：在保證焊接質(zhì)量的前提之下，要求盡可能高的焊接效率。

采用高效率的雙絲焊接完成根焊、填充焊和蓋面焊的完整過程。采用帶鋼襯墊的內(nèi)對口器進(jìn)行根焊，襯墊的使用使得在保證背面焊透的前提下，能夠采用較大的焊接規(guī)范獲得較高的焊接效率。采用坡口角度為4～5°的窄坡口，對于壁厚為12.7mm的管道而言，管道兩端對口之后外表面距離僅為7.0mm左右，大幅度提高了焊接效果率、減少了金屬填充量。

2、工藝實驗

焊接試驗管道為API5LX65無縫鋼管，外徑為323.9mm，壁厚為12.7mm，角度為4°窄坡口，鈍邊厚2mm，不留組對間隙。選用的焊絲型號為AWS A5.18ER70S-6，焊絲直徑1.0mm。焊接保護(hù)氣體為50%CO2和50%Ar的混合氣體。

采用內(nèi)對口器進(jìn)行管道組對，測量相對偏差，將偏差控制在容許范圍之內(nèi)。焊接之前采用感應(yīng)電加熱進(jìn)行管道預(yù)熱。管道左右2個半圓各自采用1臺焊接小車，其焊接過程均是雙炬焊接，根焊1遍、填充2遍、蓋面1遍。

焊接電源TPS4000采用一元化控制，通過設(shè)定送絲速度，焊接電流和焊接電壓自動與之匹配。半個圓周從平焊位置到仰臉焊位置分為12個區(qū)域，即P0～P12，每個15°為1個區(qū)域，按照區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的焊接參數(shù)。

以管道根焊為例，焊車速度109～113cm/min，焊槍擺動速度80～110cm/min，擺動寬度1.6mm，坡口兩側(cè)滯留時間0.1s，前槍送絲速度為11.8～13.0m/min，后槍送絲速度為10.0～11.2m/min。

3、管道焊接接頭性能檢驗

管道接頭性能試驗包括拉伸、彎曲、刻槽斷裂、沖擊等力學(xué)性能試驗，試驗結(jié)果也都符合規(guī)定的要求。

四、海底管道鋪設(shè)自動焊接海上試驗

1、建造場地模擬試驗

自動焊接設(shè)備在海上試驗之前，先在建造場地進(jìn)行了模擬試驗，焊接管道接頭通過了超聲檢驗。

2、海上試驗

試驗風(fēng)速為8m/s，風(fēng)向NW，流速17cm/s，水深5m，溫度-6℃。自動焊接試驗在焊接作業(yè)線工棚內(nèi)進(jìn)行，風(fēng)速小于1.5m/s，溫度同外部環(huán)境溫度。

海上試驗按照試驗大綱進(jìn)行，總計焊接成功4各管道接頭，接頭全部通過了超聲檢驗。

結(jié)束語：

總之，當(dāng)前新技術(shù)在海底管線敷設(shè)焊接中得到了廣泛的引用，比如海底管線焊接采取現(xiàn)場加工，對口不留間隙，內(nèi)部根焊完成后不需要進(jìn)行清根處理，并且緊跟超聲波檢測保證焊接質(zhì)量。所以施工過程中，對開坡口的速度及質(zhì)量、布管的速度及質(zhì)量、組對設(shè)備一級其他輔助設(shè)備和人員都提出更高的要求。

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