張春河 肖大偉 盧凱鋒 張東輝 張偉 張維禎

1中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司

2中國(guó)石油管道有限責(zé)任公司西部塔里木輸油氣分公司

3中國(guó)石油華北油田分公司對(duì)外合作部

4中國(guó)石油華北油田分公司第四采油廠

“十二五”期間是我國(guó)長(zhǎng)輸管道實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要階段[1]。截至2016年底，我國(guó)路上長(zhǎng)輸管道總長(zhǎng)度達(dá)15×104km[2]。焊接是管道建設(shè)施工和運(yùn)行維護(hù)中重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，我國(guó)已研發(fā)出適用于大口徑 （1 029～1 422 mm）、高壓力 （10～12 MPa）的長(zhǎng)輸管道半自動(dòng)和全自動(dòng)焊接工藝技術(shù)和設(shè)備，建立了管道焊接施工、工藝評(píng)定和無(wú)損檢測(cè)等系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。針對(duì)超期服役管道，焊接維修作業(yè)較頻繁，例如我國(guó)投資50億元對(duì)已運(yùn)行30年的東北輸油管道進(jìn)行安全改造，其中管道穿越河流、鐵路、公路100多次，站場(chǎng)改造60多次，線路閥室改造40多次[5-6]。因此提高管道焊接作業(yè)技術(shù)水平和安全性具有重要意義。

美國(guó)是世界上擁有油氣管道總長(zhǎng)度最長(zhǎng)的國(guó)家，制定了一系列先進(jìn)適用、嚴(yán)格細(xì)致的管道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[7-8]，特別是制定了焊接作業(yè)安全綜合性標(biāo)準(zhǔn)API Std 1104—2013，很有必要研究借鑒該標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和修訂信息。

1 APIStd 1104—2013標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API Std 1104—2013《管道設(shè)施焊接/Welding of Pipelines and Related Facilities》是油氣管道焊接技術(shù)的綜合性標(biāo)準(zhǔn)，宗旨是通過(guò)控制焊工資質(zhì)、焊接工藝、材料和設(shè)備以保證高質(zhì)量焊接作業(yè)，通過(guò)控制無(wú)損檢測(cè)規(guī)程、設(shè)備和無(wú)損檢測(cè)人員資格以保證焊接質(zhì)量正確評(píng)定。新版API Std 1104—2013集中反映了近十年來(lái)美國(guó)油氣管道焊接技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì)，限于篇幅，本研究著重列出新版API Std 1104—2013（簡(jiǎn)稱2013版）修訂的重要技術(shù)性條款，以及與老版API Std 1104—1999（簡(jiǎn)稱1999版）的差異，以供國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制修訂管理機(jī)構(gòu)和管道工程建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)人員參考。

2 重要技術(shù)性條款變更

我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 4103—2006的修改采用了API Std 1104—1999標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要跟蹤研究該標(biāo)準(zhǔn)的變更內(nèi)容，尤其是其中的重要技術(shù)性條款。

2.1 范圍

1999版適用范圍是“原油、成品油、天然氣管道”，2013版適用范圍擴(kuò)大為“原油、成品油、天然氣、二氧化碳、氮?dú)夤艿馈薄?013版范圍新增“適用于新建管道工程和在役管道設(shè)施焊接”，新增“適用于等離子焊、氧炔焊等焊接方法”。

2.2 規(guī)范性引用文件

2013版新增API RP 2201—2003《石油和化工行業(yè)熱開(kāi)孔安全規(guī)范》、ASNT SNT-TC-1A—2016《無(wú)損檢測(cè)人員資質(zhì)認(rèn)證》、ASTM E164—1997《焊縫接觸式超聲波標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)規(guī)程》、AWS A5.23—2011《埋弧焊低合金鋼焊條和焊劑規(guī)范》、BS 7910—2013《金屬結(jié)構(gòu)裂紋驗(yàn)收評(píng)定方法指南》等8項(xiàng)參考標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 術(shù)語(yǔ)和定義

2013版新增以下術(shù)語(yǔ)和定義：反面焊縫焊接修復(fù) （back weld repair）、支管焊接 （branch weld）、蓋面焊道修復(fù)（cover pass repair）、二次修復(fù)（double repair）、焊縫整體性修復(fù)（full thickness repair）、打磨 （grinding）、內(nèi)凹度 （internal concavity）、機(jī)械焊接 （mechanized welding）、焊接修復(fù)（repair weld）。

2.4 一般規(guī)定

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊接方法適用于的管材和管件類型，1999版中主要為API標(biāo)準(zhǔn)和ASTM標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，例如API 5L—2012《管線鋼管規(guī)范》，2013版中擴(kuò)展適用ASME（美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)）、MSS（美國(guó)制造商協(xié)會(huì)）、ANSI（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）等標(biāo)準(zhǔn)化組織的產(chǎn)品規(guī)范。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊接方法對(duì)填充金屬類型的要求，1999版中是美國(guó)焊接協(xié)會(huì)AWS系列標(biāo)準(zhǔn)，即AWS 5.1—2012～AWS 5.29—2010等8項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)；2013版中新增AWSA5.23—2011《埋弧焊低合金鋼焊條和焊劑規(guī)范》。

關(guān)于保護(hù)氣體使用要求，2013版新增“禁止在焊接現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行保護(hù)氣體混合操作”。

2.5 焊接工藝評(píng)定

（1）關(guān)于接頭設(shè)計(jì)的要求，2013版更改為“應(yīng)畫(huà)出接頭的簡(jiǎn)圖，簡(jiǎn)圖應(yīng)指明接頭型式、坡口型式、坡口角度、鈍邊尺寸和根部間隙等”。

（2）關(guān)于焊道之間的時(shí)間間隔的要求，1999版為“應(yīng)規(guī)定完成根焊道之后至開(kāi)始第二焊道之間的最長(zhǎng)時(shí)間間隔”，2013版更改為“應(yīng)規(guī)定完成根焊道之后至開(kāi)始第二焊道之間的最長(zhǎng)時(shí)間間隔，以及完成第二焊道后和后續(xù)焊道之間的最長(zhǎng)時(shí)間間隔”。

（3）2013版新增清理和打磨的要求，即“應(yīng)規(guī)定清理和打磨焊道所使用的電工/手動(dòng)工具”。

（4）2013版刪除了焊接時(shí)焊道層間溫度范圍的要求。

（5）2013版新增焊接后冷卻方法，即“如果采用強(qiáng)制冷卻方法，應(yīng)規(guī)定焊接后冷卻的類型，例如采用強(qiáng)制水冷，以及開(kāi)始強(qiáng)制水冷時(shí)的對(duì)應(yīng)最高金屬溫度?！?/p>

2.6 焊接工藝變更

2.6.1 管材組別變更

1999版按照最小屈服強(qiáng)度低于290 MPa、290～448 MPa和大于448 MPa進(jìn)行管材分組制定焊接規(guī)程，2013版按照API 5L—2012規(guī)定的X42、X42～X65和X65以上等級(jí)進(jìn)行管材分組制定焊接規(guī)程。

2.6.2 保護(hù)氣體和流量

1999版規(guī)定保護(hù)氣體流量范圍顯著增加屬于焊接工藝變更，2013版規(guī)定保護(hù)氣體流量超過(guò)額定流量20%屬于焊接工藝變更。

2.7 對(duì)接焊焊接接頭的試驗(yàn)

2.7.1 適用范圍

2013版刪除了針對(duì)外徑小于或等于33.4 mm管件試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、刻槽錘斷試驗(yàn)和背彎試驗(yàn)的規(guī)定。

2.7.2 拉伸試驗(yàn)評(píng)定方法

1999版規(guī)定“如試樣斷在母材上，且抗拉強(qiáng)度大于或等于管材規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度時(shí)，試樣合格”；2013版規(guī)定“如試樣斷在母材上，且抗拉強(qiáng)度大于或等于管道規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度的95%，試樣合格”。

2013版新增“如果試樣在抗拉強(qiáng)度不低于管材SMTS 95%時(shí)，在焊接和熱影響區(qū)域（HAZ）以外位置發(fā)生斷裂，則試樣認(rèn)為合格。因試樣準(zhǔn)備或試驗(yàn)不當(dāng)發(fā)生故障的試樣必需替換并重新進(jìn)行試驗(yàn)。”

2.7.3 刻槽錘斷試驗(yàn)評(píng)定方法

2013版新增“針對(duì)直徑超過(guò)323.9 mm的試驗(yàn)焊縫，如果一個(gè)刻槽錘斷試樣失效，應(yīng)由失效相鄰位置的兩個(gè)其他試樣替代。如果替換后的任何1個(gè)試樣刻槽錘斷失效，則認(rèn)為焊縫不合格。”

2.7.4 背彎、面彎和側(cè)彎試驗(yàn)評(píng)定方法

2013版新增“針對(duì)直徑超過(guò)323.9 mm的試驗(yàn)焊縫，如果1個(gè)彎曲試樣失效，應(yīng)由失效相鄰位置的2個(gè)其他試樣替代。如果替換后的任何1個(gè)試樣彎曲試驗(yàn)失效，則認(rèn)為焊縫不合格。”

2.8 角焊焊接接頭的試驗(yàn)

針對(duì)角焊焊接接頭的焊接要求，1999版規(guī)定“相鄰?qiáng)A渣之間應(yīng)至少有12 mm的無(wú)缺陷焊接金屬”；2013版變更為“相鄰?qiáng)A渣之間應(yīng)至少有13 mm的無(wú)缺陷焊接金屬”。

2.9 管口焊接

（1）針對(duì)管口組對(duì)、對(duì)口器使用、坡口加工、氣候條件、作業(yè)空間、層間清理的技術(shù)要求，2013版和1999版無(wú)變更。

（2）針對(duì)固定焊和旋轉(zhuǎn)焊，1999版規(guī)定“焊縫余高不大于2.0 mm，局部不大于3 mm”；2013版規(guī)定“焊縫余高不大于1.6 mm”。2013版規(guī)定“焊縫表面單側(cè)寬度應(yīng)大于坡口表面寬度0.5～2 mm”，2013版規(guī)定“焊縫表面單側(cè)寬度應(yīng)大于坡口表現(xiàn)寬度3 mm”。

2.10 無(wú)損檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（1）射線檢測(cè)。針對(duì)根部未焊透（IP）、錯(cuò)邊未焊透（IPD）、中間未焊透（ICP）、表面未熔合（IF）、根部?jī)?nèi)凹（IC）、燒穿（BT）、夾渣、氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷的驗(yàn)收指標(biāo)參數(shù)，2013版和1999版無(wú)變更。針對(duì)夾層未熔合（IFD），1999版規(guī)定“單個(gè)長(zhǎng)度超過(guò)50 mm為不合格”；2013版規(guī)定“單個(gè)長(zhǎng)度超過(guò)25 mm為不合格”。

（2）磁粉檢測(cè)、液體滲透檢測(cè)、超聲波檢測(cè)的驗(yàn)收指標(biāo)參數(shù)，以及咬邊外觀檢查，2013版和1999版無(wú)變更。

2.11 缺陷清除和返修

2013版新增“根焊和蓋面焊的打磨修復(fù)”“反面焊縫焊接修復(fù)”“焊縫二次修復(fù)”以及“焊縫最大允許修復(fù)長(zhǎng)度”的要求。此外新增焊縫修復(fù)作業(yè)規(guī)程、修復(fù)焊縫試驗(yàn)和修復(fù)焊工資質(zhì)評(píng)定程序。

2.12 無(wú)損檢測(cè)規(guī)程

射線檢測(cè)方法中像質(zhì)計(jì)類型有變更。1999版規(guī)定孔型像質(zhì)計(jì)應(yīng)符合ASTM E1025—2018《用于放射學(xué)的孔型像質(zhì)指示計(jì)的設(shè)計(jì)、制造》，線型像質(zhì)計(jì)符合JB/T 7902—2015《線型像質(zhì)計(jì)》或ASTM E747—2018《用金屬絲透度計(jì)進(jìn)行射線實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)方法》。2013版規(guī)定像質(zhì)計(jì)ASTM E747或ISO 19232-1—2013線型像質(zhì)計(jì)要求，刪除了孔型像質(zhì)計(jì)管壁厚與像質(zhì)計(jì)厚度的對(duì)比參數(shù)。磁粉檢測(cè)方法、液體滲透檢測(cè)、超聲波檢測(cè)規(guī)程無(wú)變更。

2.13 焊工資質(zhì)認(rèn)證

針對(duì)焊工資質(zhì)認(rèn)證，2013版和1999版無(wú)變更。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，美國(guó)焊接標(biāo)準(zhǔn)API Std 1104—2013和API Std 1104—1999技術(shù)變更主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）2013版主要在焊接工藝評(píng)定、焊接接頭試驗(yàn)等方面進(jìn)行了技術(shù)更新修訂，在焊接工藝變更、管口焊接等方面僅有少量更改，在焊工資質(zhì)認(rèn)證、無(wú)損檢測(cè)等方面沒(méi)有變化，新增了缺陷清除和返修等內(nèi)容。

（2）2013版重要技術(shù)變更主要是在相鄰焊道之間的允許時(shí)間間隔、基于管材等級(jí)進(jìn)行焊接工藝規(guī)程分類、對(duì)焊接頭拉伸試驗(yàn)評(píng)定方法、焊縫余高允許值、夾層未熔合評(píng)定方法等。

（3）考慮我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 4103—2006采標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)API Std 1104—1999年代比較久遠(yuǎn)，因此建議對(duì)SY/T 4103—2006進(jìn)行修訂，本文列出了新版APIStd 1104—2013的重要技術(shù)性變更，可供參考。

沙漠綠島石西油田