导航： >> 安全论文>> 机械安全论文>>正文

渤海湾海底管道焊接及安全性控制技术研究

文档作者：牛虎理2 李春润1 2 王志坚3 吕忠义3 张潇3 关幼耕3 文档来源： 1．中国石油集团工程技术研究院 2．中国石油集团海洋工程重点实验室 3．中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部		点击数：	更新时间： 2021年07月07日
下载地址：点击这里	文件大小： 313.98 KB 共4页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共4页]

本文件共4页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：313.98 KB 共4页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

下一篇：中小型安全PLC等安全保护产品在机器人焊…

上一篇：不同强度匹配10CrNi3MoV船体钢焊接结构的…

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

第36卷第5期 石油工程建设 25
牛虎理 ，2，李春润L 2， 王志坚3， 吕忠义3 张 潇3，关幼耕3
(1．中国石油集团工程技术研究院，天津300451；2．中国石油集团海洋工程重点实验室，天津300451
3．中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部，山东青岛266555)
摘要：采用铺管船法进行海底管道的铺设，要求铺设速度快、焊接质量高，文章根据工程要求，
结合标准规范，通过开展焊接工艺、喷淋工艺及CTOD断裂力学安全性评价技术的研究，成功将铺
管船法施工技术应用于渤海湾NP1—29井组海底管道铺设项目中，由于技术先进，工艺恰"-3，海上
施工工期大大缩短，质量提高，并形成了一套完整、高效、经济、可操作性强的海底管道焊接和安
全性控制技术。
关键词：海底管道； 焊接；喷淋工艺； CTOD值；安全性控制
中图分类号：TE973．3 文献标识码：A 文章编号：1001—2206(2010)05-0025-04
O 引言
海洋石油开发具有高投入、高风险的特点。海
底管道作为一种典型的海洋油气设施，其铺设施工
通常要求以尽可能高的铺设速度最大限度地缩短海
上工期，以减少工程总投入，缩短油气田开发周
期；同时海底管道铺设还要求极高的铺设质量，以
最大限度地降低风险_l】。
在NP1—29井组海底管道铺设施工项目中，由
于采用了先进的焊接工艺和安全性控制技术，海上
施工工期大大缩短，质量提高，并形成了一套完
整、高效、经济、可操作性强的海底管道焊接和安
全性控制技术。
1 海底管道焊接工艺技术
海底管道的管壁厚， 且材质为低合金高强
钢，同时焊接质量要求很高。因此，对焊接工艺
技术的要求很高，尤其是焊缝力学性能指标中的
低温冲击韧性。为使采用的焊接工艺达到API
1104技术规范的质量要求，必然对焊接设备的选
择、焊接材料的匹配、焊接工艺试验进行深入研
究。
l-l 焊接设备
用于海上施工作业的焊接设备，一方面要考虑
设备的性能，另一方面还要考虑设备的可靠性和安
全性
铺管船法进行海底管道的铺设，费用高，对焊
接速度和质量要求高，需进行大规范、连续焊接，
这就要求所选择的熔化极焊接设备，在负载持续率
为100％ 的情况下，具有较大的输出功率，且性能
稳定可靠；同时，在海面上作业，周围的水汽环境
具有较强的腐蚀性，因此，要求设备的抗潮耐湿性
要好；另外，由于焊接在铺管船上进行，设备的放
置和操作空间小，要求设备尽可能体积小，重量
轻。
当前，国内外焊接电源很多，为满足工程的使
用要求，项目组对国内外现有品牌的电源进行比
较、分析和试验，从中选择确定了LINCOLN DC一
400、S1Tr等焊接电源。
1．2 焊材的匹配
通过对收集到的焊接材料进行工艺性能和力学
性能对比筛选，确定采用如表1所示的焊接材料进
行焊接工艺试验。
表1 焊接工艺试验用的焊材
焊道 型号 牌号 生产厂家
E6010 PIPELINER 6P+ LINC0LN
打底
ER70S-G JM一58 锦泰
E8O1O-P1 PIPELINER 8P+ LINC0LN
填充、盖面
E81T8一G Primacore SW 一88P LINCOLN
￥ ￥ 羊 ￥ ￥
★ ★ ★
石油工程建设 2010年10月
1．3 焊接工艺试验
1．3．1 焊接工艺
根据依托工程的施工特点，结合施工单位现有
焊接设备的实际情况(无RMD焊接设备)，并结
合本课题的要求，采用以下几种工艺组合。利用下
向焊方法进行海底管道的焊接：
(1)S，rr打底+自保护药芯焊丝半自动焊填
充、盖面。
(2)手工焊打底+自保护药芯焊丝半自动焊
填充、盖面。
(3)手工焊打底+手工焊填充、盖面。
执行标准为API Std 1104 (2005年版)。
1．3．2 坡口型式
焊接过程中，采取同直径、同壁厚钢管对接，
钢管水平固定(5G位置)方式。
对于手工焊打底，为方便焊工操作，提高焊
接质量，采用如图1所示60。V型坡口。由于纤
维素焊条具有较高的含氢量，若焊接产生的扩散
氢无法及时排出，则容易出现延迟裂纹等焊接缺
陷。该坡口型式由于开口较大，有利于焊接过程
中扩散氢的逸出，因此对于焊接质量的控制具有
较好的作用。
图1 手工焊打底坡口不意
1．3．3 焊接参数
试验管按图1所示开坡口，预热温度为100～
200 oC，焊接方法为手工焊、S1Tr及RMD半自动
根焊，手工焊和自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖
面，典型的焊接参数见表2和表3。
表2 典型的根焊焊接参数
焊材直径 焊接电流 焊根焊方法 填充材料 极性 焊接方向 接 电压 送丝速度 焊接速度 气体流量
／mm ／A ／V ／(mm／min) ／(mr~min) ／(L／min)
手工 PIPELINER 6P+ 3．2 DCEN 下向 80～85 25～26 130～203
STT JM一58 1．2 DCEP 下向 55，38O 19 120～15O 68～114 l8～22
表3 典型的填充、盖面焊接参数
填盖方法 填充材料 焊材直径／mm 极性 焊接方向 电流／A 电压／V 送丝速度／(m／rain1 焊接速度／(mm／min)
手工 E8O108一P1 4．O DCEP 下向 l1O～116 25～26 13O～203
半自动 E81T8-G 2．O DCEN 下向 160～225 l9 6．O～8．O 68～114
1．3．4 焊接接头力学性能试验
按照API 1 104(2005年版)，对焊缝进行无损
检测后，加工试样，进行力学及其他性能测试，典
型的结果见表4～6。
表4 典型的拉伸试验数据
拉伸强度／MPa 642 633
断裂位置 母材 母材
表5 典型的低温夏比冲击试验数据
缺 口位置 焊缝 熔合线 距熔合线 距熔合线 温度
2mm 5 mm ，℃
冲击功／J 82，94， 58，156， 128，196， 292，252，
- 30
l10 120 158 290
最小冲击功，J 82 58 128 252 -30
平均冲击功，J 95 1ll 161 278 —30
表6 典型的日 。硬度试验数据
测量点 日 1o值 测量点 H 10值
1 166 9 157
2 172 1O 171
3 173 1l 178
4 153 12 177
5 134 13 159
6 146 14 177
7 l76 l5 l86
8 164 16 181
试验结果证明，各项指标符合标准要求，完成
的焊接工艺可以应用于指导NP1—29井组海底管道
工程施工。为保证其质量及安全性，在工艺试验中
邀请中国船级社的相关部门对工艺进行全程监控，
按CCS规定的技术规程，完成了焊接工艺的认证。
2 喷淋工艺
采用铺管船法进行海底管道铺设施工时，为保
第36卷第5期 牛虎理等：渤海湾海底管道焊接及安全性控制技术研究 27
证管道及时下水，提高施工效率，缩短施工周期，
在焊接完成后，需采用AUT (自动超声检测)立
即进行无损检测， AUT的探头适用工作温度范围
一般为O 50℃，而刚刚完成焊接的焊缝边缘仍具
有很高的温度。此时无法直接进行检测，因此，需
采取措施对焊缝进行冷却降温。
目前，在采用铺管船法进行海底管道铺设施工
时，国内外均采用喷淋工艺对焊接接头进行冷却处
理。即通过设计合理的喷淋装置，利用冷水喷淋，
使焊接接头得到快速冷却，从而保证后续探伤环节
的顺利进行。但是，在高温状态下，冷水喷淋有可
能对焊缝组织进行淬火处理．从而影响其金相组织
及接头性能，因此，需通过试验研究，确定喷淋水
的流量等工艺参数，控制冷却速度，使焊缝组织合
理，进而保证接头性能达到规范的要求。
2．1 喷淋装置
进行喷淋工作，首先需自行设计喷淋装置。研
制的喷淋装置如图2所示。
1．喷头；2．水阀1；3．出水管；4．调节螺栓；5．水箱；6．进水管；
7．支架；8．水槽；9．水阀2；10．水泵；11．流量计；12．水阀3。
图2 试验用喷淋装置示意
2．2 喷淋措施
对于X65和X70高强管道钢，其典型的CCT
(连续冷却转变曲线)如图3所示。
9oo
800
700
600
嚣so0
赠400
300
20O
100
7 10 100 1 0oo
冷却时间／s(1 300℃开始)
图3 典型的高强管道钢CCT图
由图3可知．合理控制冷却速度，可避免马氏
体的出现．保证焊缝的韧性。当焊接接头在300 qC
以下时，无论多快的冷却速度都不会导致马氏体埠
硬组织的出现，因此，此时喷淋流量可尽量大，以
快速冷却降温，而不会降低焊接接头的韧性。
试验过程中，首先将喷管支架架于两根钢管
的接头处，然后将喷管平稳地放在支架上，打开
水阀，并握紧喷管一端，在3O。角度范围内前后
转动喷管，以使钢管沿轴向均匀冷却。将水阀调
至2．4 ma／h流量时，喷淋时间4O～50 S，可使海底
管道焊接接头从180～200 oC降至30℃ 。其冷却
曲线如图4所示。
25O
2【x】
足150
鬟lo0
50
0 2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42
时间／s
图4 喷淋后的焊接接头冷却曲线
通过对比经自然冷却与喷淋冷却的焊接接头硬
度及金相组织可知，采取试验中确定的流量来进行
冷却，三种规格的钢管，其金相组织和硬度等都基
本相同，不影响焊接接头的韧性。并且由于焊后进
行喷淋时，接头温度已降至300 以下，可适当
加大喷淋水的流量，以提高冷却速度，保证施工效
率，其结果对接头的性能不会产生影响。
3 质量及安全性控制
海底管道作为一种典型的焊接结构，其焊接过
程常常使焊接接头的组织性能劣化及产生缺陷。而
焊接缺陷处有较大的应力集中，在使用过程中往往
成为裂纹的源头，而管道一旦从焊接接头处发生断
裂，常常是突发性和灾难性断裂。由此看来，焊接
接头是管道系统的薄弱环节，严格评定其强度、寿
命和安全可靠性，对保证管道安全可靠的使用具有
重要的现实意义。
本文根据BS 7448t 】和API Std 1 104—2005[41
的标准，测试焊缝和热影响区断裂韧度CTOD值．
并以此为依据，通过对冀东南堡油田NP1—29P至
NP1—2D海底油气混输管道焊接接头铺设阶段的安
全性分析，确定了平面缺陷的允许尺寸，为管道
铺设时缺陷的验收提供依据。由文献[5]可知，
28 石油工程建设 2010年10月
C D试验结果和允许的平面缺陷合格尺寸分别见
表7和表8。
表7 Cm D试验各试样测试结果
缺口位置 试样编号 CToD|mIn
01一W 一1 0．601 2
焊缝 01一W一2 O．617 1
01一W 一3 0．525 8
01一H—l 1．306 9
热影响区 01一H一2 1．420 8
01一H一3 1-31O 1
表8 平面缺陷合格尺寸
表面缺陷 埋藏缺陷
缺陷高度／mm 缺陷长度／ram 缺陷高度／mm 缺陷长度／ram
0～ 1．905 67_31 0 1．905 67_31
1．905 ～ 5．O8 48．01 1．905 ～ 5．08 48．01
>5．O8 0 >5．O8 0
4 -r-业应用情况
4．1 工程简介
冀东南堡油田NP1—29P至NP1—2D海底管道
项目(南堡1—29井组海上集输工程)于2009年5
月初开工铺设。该工程包括如下海底管道：
(1)一条从NP1—29PRP至NP1—2D人工岛海底
混输管道，长2．36km，内管D 168．3mmX 12．7 mm，
外管D 323．9 mm X 14．3 mm，材质X65的双层保温
管，设计寿命15年。
(2)一条从NP1—29WHPC至NP1—2D人工岛
海底供水管道，长2．45 km，D 168．3 mm×19．1 1Tim，
材质X70的单层管，设计寿命15年。
由于铺管船法具有较快的铺设速度(大约是浮
拖法和牵引法的5～6倍)，焊接质量平稳可靠，
并且抗风能力强(可抗阵风1O级)，综合造价约
1 400～1 500万元 m．相对浮拖法和牵引法1 700～
1 800万元／km成本较低，再加上铺设距离较短，
且冀东油田人工岛场地有限，不适于建造岸边临时
场地，因此施工方决定租用中海油新改造的俊吴3
铺管船进行铺设施工。
4．2 现场施工
现场焊接施工中，对于X65钢混输管道采用
《WPS一66》焊接工艺规程，X70注水管道采用
(WPS一67》焊接工艺规程。由胜利油田胜利建设监
理有限责任公司进行监理，四川派普公司进行现场
AUT探伤．施工依据标准为DNV—OS—F101(主规
范)和API l104 (焊接规范)。
4．3 应用结果分析
NP1—29井组海上集输工程中，共计完成注水
管道节点焊接190道，长2 325 133，累计返修8道，
焊接一次合格率为95．8％ ；完成?昆输管道节点焊接
184道，累计长2 257 m，外管累计返修1道，内
管累计返修3道，内管焊接一次合格率为97．8％ ，
外管焊接一次合格率为98．8％ ，完全达到预期目
标。
由于焊接施工工艺合理，组织得当，该工程得
以顺利进行。并提前完成，共计节约租船、培训、
返修等综合成本1 015．2万元，取得了明显的经济
效益。
5 结论
(1)通过对X65及X70管道钢焊接性的分析，
按照API 1104和船级社规范要求，开展了焊接工
艺技术研究，形成了一套适合于NP1—29井组海底
管道工程的焊接工艺技术。
(2)结合高强钢的CCT曲线，设计研制了流
量可控的快速冷却喷淋装置，制订出合理的喷淋工
艺，满足了海底管道焊后AUT快速探伤的需要。
(3)依据API 1104和BS 7448标准，对海底
管道焊接接头的安全性进行分析，确定了平面缺
陷的允许尺寸，为管道铺设阶段的安全性提供了
依据。
(4)通过技术研究，保证了“NP1—29井组集
输工程” 的现场焊接质量，并使工程提前完成，焊
接合格率提高到98．8％，节约了租船、返修等大量
综合成本，取得了明显的经济效益。
参考文献：
[11李小巍．绥中36—1油田II期工程海底管道铺设新技术的开发和
应用[J】．中国海上油气(工程)，2001，13(1)：7-10．
【2]BS 7448：Part l：Method for determination of KIC，critical CTOD and
critical J values ofmetallic materials(1991)[s】．
【3】BS 7448：Part 2：Method for determination of KIC，critical CTOD and
critical J values of welds in metallic materials(1991)[S】．
『4】APIStd 1104，WeldingofPipelines andRelatedFacilities(2005)[S]，
【5]李春润，牛虎理，侯泽峰，等．南堡油田NP1—29P海底管道焊接接
头安全性分析『JI．石油工程建设，2010，36(3)：37—4O．
作者简介：牛虎理(1978一)， 男， 河北石家庄人，工程师，
2005年毕业于天津大学，工学硕士， 现主要从事石油工程
焊接设备和技术的研究开发工作。
收稿日期：2010—05—31；修回日期：2010—07—26

网友评论 more

机械安全论文最新内容

03-05