含硫介质集输管道焊接技术浅谈

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1、含硫介质集输管道焊接技术浅谈【摘要】本文旨在分析含硫环境对管线钢管的腐蚀，探讨焊接方法和焊材的差异，总结含硫集输管道适宜的焊接方案。并以某新建储气库群项目集输管道为例，详细介绍了该类抗硫化氢碳钢管道的焊接方案，为以后同类管道工程的焊接施工提供经验参考。【关键词】含硫介质；集输管道；管道焊接1.引言(1谋储气库群集输管线设计压力较高(最高达42MPa),部分设计参数世界范围内较为罕见，集输管道采用抗硫碳钢+缓蚀剂的方案进行气体输送，在国内外成功应用的先例也较少。在焊接环节面临着焊接工艺评定标准、焊接工艺选择、抗硫焊材选取等没有成熟经验可借鉴的困难。(2)焊接是管道施工中的重要环节，其质量

2、高低对管道运行安全关系紧密，合理选择焊接方案尤其重要。天然气中的H2S会导致管道硫化物应力开裂(SSC)和氢致开裂(HIC),且含硫天然气有毒性，管道腐蚀穿孔可能造成严重事故，直接威胁生命和财产安全。因此，对此类管道需采取有针对性的焊接方案来确保焊接质量，从而保证整个工程的安全性。2.焊接方案的确定对输送酸性天然气管线的质量要求比输送净化气的管线更严格一些，因此在焊接之前从焊接工艺试验评定到焊接规程制订、焊工考试，都要考虑金属材料的敏感性问题。在该类管道焊接过程中，除了考虑满足常规力学性能外，还需对其耐腐蚀性能进行重点研究，以通过标准氢致开裂(HIC)和硫化物应力腐蚀开裂(SSC)实验

3、为最终合格判定标准。2.1焊接工艺的选择。2.1.1根焊。(1)该储气库群集输管道具有管径小、壁厚大的特点。根据厚壁管道的施工需要，并结合国内现有的技术，可选择的焊接工艺有手工电弧焊、氮弧焊和氟电联焊，因为氮弧焊从喷嘴中喷出的氨气有冷却作用，因此焊缝热影响区窄，热输入集中，焊件变形小，是厚壁钢管打底的最优选择，故本工程集输管道采用氮弧焊打底。(2)焊缝根部除金属性能较差之外，表面形状也不规则，熔合不透的根部呈“V”或“M”形,这些形状的尖端部位半径很小，应力集中又最不容易检查到。焊缝根部位于管内壁又直接接触酸性天然气，因此保证焊缝质量重点在于保证焊缝根部的焊接质量。2.1.2热焊、填充

4、和盖面。自保护药芯焊丝半自动焊技术，主要用于热焊、填充和盖面，是目前管道施工中最为常见的焊接工艺，具有焊接效率高、焊缝成形好、抗风能力强、适合野外作业等优点。但实践中，也会受其它因素的制约：现场焊接时常采用纤维素焊条、自保护药芯焊丝等含氢量高的焊材，线能量小，冷却速度快，会增加冷裂纹敏感性，需要采取必要的措施(如焊前预热)；现场焊接位置一般为水平固定或倾斜固定对接，包括平焊、立焊、仰焊、横焊等焊接位置，对于厚壁管因焊接应力的作用焊口根部容易产生裂纹缺陷，管径小焊工在施焊时焊条角度变化较快，焊接电流、电压变化大，掌握起来有一定难度，很容易产生焊接缺陷，因此大壁厚小管径的管道焊接对焊工的操

5、作技能提出了更高、更严的要求。2.1.3±向焊与下向焊的选取。与上向焊工艺相比，下向焊工艺的特点是：焊接速度快,生产效率高；焊接质量好，向下焊电弧吹力大，穿透均匀,焊缝根部成形饱满；操作技术单一，易于掌握。但下向焊工艺的焊层较薄，随着管径减小、壁厚增加焊道层数迅速增加,焊接时间与劳动强度加大，其优点也难以体现。针对集输管道管径从114.3~323.9mm、壁厚从10~30mm不等的情况，推荐DN<200mm的管道采用上向焊,DN>200mm的管道采用下向焊。2.2焊接材料的选取。(1)按药皮性质可将焊条分为酸性和碱性两类。药皮中含有大量酸性氧化物（TiO2、SiO2等）的焊条称为酸性焊

6、条。药皮中含有大量碱性氧化物（CaO、Na2O等）的称为碱性焊条。为保证焊接质量，酸性天然气管道焊接应尽量选择超低氢型碱性焊条，与酸性焊条比较碱性焊条的优点见表1o因其熔渣属碱性，氧化性极低，对去氢和脱硫有良好的效果，不易在焊缝中形成残留物，焊缝组织良好，综合力学性能优越。表1碱性焊条的优点优点原因机械性能好碱性焊条的机械性能好，特别是塑性、韧性好。脱硫能力强碱性焊条含猛量高以及药皮中的CaO成分，使其脱硫能力强，焊缝金属中有害元素S含量较低，焊缝接头热裂纹的倾向小。脱氧能力强当氧溶入金属中，形成的氧化物以点状存在于金属中，或者以细小网状存在于金属结晶边界线上，这些夹渣物将严重影响接头

7、的塑性和韧性，碱性焊条含有硅铁、钛铁，因而其脱氧能力强，氧化物夹渣气孔少。低氢型当氢以原子状态溶于金属中，氢原子进一步结合变成氢分子压力要增到30MPao金属溶入氢能提高屈服点,但要严重地降低延伸率及断面收缩率。在低温状态下，塑性、韧性降低更明显，在焊接试件拉伸试验中，断面上岀现的“白点”，人们称它“鱼眼”，就是氢白点。碱性焊条药皮中有CaF2,它能避免氢溶于金属中，使接头金属中含氢量降低。碱性焊条药皮的去氢作用，使得焊接接头含氢量很低，故碱性