讓納若爾油田天然氣處理及綜合利用工程焊接技術(shù)

賈倫

一、工程概況及特點

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期項目位于哈薩克斯坦共和國阿克糾賓州的穆戈賈爾區(qū)，整套裝置的基礎(chǔ)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計由中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限公司西南分公司負(fù)責(zé)，我公司負(fù)責(zé)其中17臺容器的焊接及制造。

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，對容器抗腐蝕能力要求較高。因此，該工程有10臺容器材質(zhì)設(shè)計為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）試驗和抗硫化物應(yīng)力開裂（SSCC）試驗。

我們項目部根據(jù)材料的特殊性、國際項目的重要性、設(shè)計的相關(guān)要求及施工細(xì)節(jié)的具體要求，參考了國內(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，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

10臺容器材質(zhì)為Q345R(RHIC)、Q245R（R-HIC），介質(zhì)為含濕H2S的燃料天然氣。這10臺容器中筒體最長為段塞流捕集器，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272m，環(huán)縫總長532m。設(shè)計要求接觸介質(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）試驗和抗硫化物應(yīng)力開裂（SSCC）試驗。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)單絲同時同步外環(huán)縫焊接以及內(nèi)外焊縫同時同步埋弧焊接工藝。φ2 000mm以下殼體內(nèi)環(huán)縫采用自動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，而且超聲一次檢測合格率高。小直徑接管與法蘭的對接焊口使用鎢極氬弧焊，單面焊雙面成形，無需打磨處理。

焊接工藝評定

3.焊接工藝評定

按照此項目容器的設(shè)計溫度及相關(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)備焊接工藝評定》進(jìn)行焊接工藝評定，具體評定項目如附表所示。

通過評定結(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)縫焊接同時進(jìn)行。第一道內(nèi)環(huán)縫與第二道外環(huán)縫同時焊接減小了筒體焊接變形，保證了筒體直線度。同時第一道內(nèi)環(huán)縫的焊接也起到了對第一道外環(huán)縫焊后消氫的作用。

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

圖2 筒體雙機(jī)組同時焊接環(huán)縫

（2）管徑≤2 000mm筒體B類焊縫焊接 采用自動MAG焊。MAG焊焊縫成形美觀，同時減少了工人在狹窄作業(yè)空間的勞動強(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)定的軸向射流過渡和脈沖射流過渡，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，實現(xiàn)自動化焊接，減少了焊條電弧焊的使用，焊接效率大大提高，減少了人為因素對焊接合格率的影響。使用該焊接方法超聲一次檢測合格率很高。

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

5.焊接檢測系統(tǒng)的使用

使用德國HKS焊接檢測系統(tǒng)對過程質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)測。檢測的過程中完成了以下工作：①焊接過程參數(shù)的記錄。②對焊接記錄進(jìn)行篩選、統(tǒng)計。③焊接缺陷的在線探測。④焊接質(zhì)量的評定。⑤焊接設(shè)備的校準(zhǔn)。⑥焊接過程的分析。⑦通過分析，做工藝評定及優(yōu)化焊接工藝。⑧通過分析，識別設(shè)備及工件出現(xiàn)問題。

通過此對此監(jiān)測系統(tǒng)的全面應(yīng)用，保證了對產(chǎn)品過程質(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，實芯氣體保護(hù)焊焊絲S-6。

圖3 半自動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臺懸臂式埋弧焊機(jī)，2臺小車式埋弧焊機(jī)，5臺半自動氣體保護(hù)焊焊機(jī)（配備5臺氣體配比器），馬鞍口埋弧焊機(jī)1臺，鎢極氬弧焊焊機(jī)1臺，德國HKS焊接監(jiān)測系統(tǒng)1套。這些設(shè)備的合理應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率，同時保證了產(chǎn)品一次無損檢測合格率。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HKS焊接監(jiān)測系統(tǒng)

圖6 林肯埋弧焊機(jī)

四、結(jié)語

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，同時制定了合理的焊接工藝措施，僅用了127天的時間就圓滿的完成了17臺大型容器的預(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強(qiáng)度，節(jié)約了焊工勞務(wù)費(fèi)，無損檢測費(fèi)用。整個工程節(jié)省資金146.2萬元，并且工效得到了大幅度的提高。