新疆天业天然气制氢工程工艺管道焊接方案.doc

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新疆天业天然气制氢工程

工艺管道焊接方案

中国化学工程第四建设公司

二00七年七月十五日

目录

1．编制说明及依据

2．工程简介

3．施工方法及工艺

4．焊接质量检验

1.编制说明及依据

1.1编制说明

天然气制氢生产属于石油化工产业，其装置具有高温防爆、防毒的生产工艺条件。

方案中规定输送工艺介质管道，全部采用氩电联焊工艺，确保管内焊缝接头平滑过渡。

1.2编制依据

1.2.1《现场设备、工业管道焊接工程及验收规范》GBJ50236-97；

1.2.2《石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范》

SHJ501-85；

1.2.3《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级标准》GBJ3323-87；

1.2.4《工程建设交工技术文件规定》；

1.2.5公司焊接工艺评定。

2.工程简介

装置中输送的介质大部分具有高温、高压、有毒、易爆、熔点高等特性，对焊接的质量要求高。

预计两个车间工艺管道1600余米，主要材质有20#、15CrMo、OCr18Ni9Ti等。

3.施工方法及工艺

3.1材料管理

3.1.1建设单位活发包方在供应装置所用钢材和焊材时，应同时提供符合设计要求的出厂合格证和质量证明书（内容包括牌号、钢号、规格、化学成分、力学性能等），施工单位妥善保管以备交工用。

3.1.2经验收合格的不锈钢板、管材，应按品种、规格分别堆放在垫木上，严禁与碳钢板混堆或接触，不锈钢管件应按品种、规程置于库房货架上。

3.1.3用于不锈钢焊接的氩气纯度不得低于99.9%，含水量不得大于50mg/m3.

3.1.4施工现场必须设有符合工艺要求的焊材二级库，二级库设有烘干、去湿、去污设施，并建严格的保管、烘干、发放和不锈钢焊条头回收制度。

3.1.5在焊条二级库中，焊材应按品种、规格及进货的先后次序分垛堆放，库内要保证通风干燥（室温宜保持10-20℃，相对湿度小于50%），堆放时要用木板垫高200mm，并与墙保持一定距离，以使空气畅通，防止受潮。

3.1.6焊条在使用前必须按说明书进行烘干，不同牌号的焊条不能混在一炉中烘干，焊条领出后要立即装入焊条保温筒。

3.1.7焊条在领用、烘干时，都必须仔细核对牌号，分清规格，作好记录，当焊条端头有油漆着色或药皮上即有字时，要仔细核对，以防用错。

3.2焊前准备

3.2.1焊接接头的坡口型式和尺寸应符合SHJ501-85和GB50236-98要求,其加工方法如下:

3.2.1.1不锈钢管道应用机械方法或专用砂轮片加工坡口。

3.2.1.2不锈钢管道可采用角磨砂轮磨削，当用等离子切割时，应彻底修其表面。

3.2.1.3碳钢管道及公用工程管道可采用氧炔焰切割但必须除净其表面氧化皮，并将影响焊接质量凸处磨平。

3.2.2壁厚相同的管子、管件组对时应使内壁平齐，其错边量不应超过下列规定：

Ⅰ、Ⅱ级焊缝不应超过管壁厚度的10%，且不大于1mm。

Ⅲ、Ⅳ级焊缝不应超过管壁厚度的20%，且不大于2mm。

3.2.3壁厚不同的管子、管件组对应按GB50236-98要求进行加工，否则不准组对和焊接。

3.2.4焊接前应将坡口表面及坡口边缘内外不小于10mm范围内的油漆、污垢、毛刺等清除干净，坡口表面不得有裂纹、夹层等缺陷。

3.2.5不锈钢坡口两侧各100mm范围内涂上白垩粉或其它防飞溅涂料，以防手工电弧焊时焊接飞溅物沾污焊件表面。

3.3焊材选择

序号

母材

焊条

焊丝

备注

1

20#

T422Φ3.2

HO8Mn2SiAΦ2.0

2

Ocr18Ni9

A002Φ2.5Φ3.2

HOCr20Ni10TiΦ2.0

3

15CrMo

Φ2.5Φ3.2

Φ2.0

3.4焊接工艺

3.4.1一般要求

3.4.1.1管件组对时,定位焊选用的焊接材料及工艺措施应与正式焊接要求相同,手工定位焊缝的尺寸见下表:

定位焊缝尺寸（mm）

焊件厚度

焊缝高度

焊缝长度

间距

S<4

<2

5~10

50~100

S>4

<3

10~30

100~300

3.4.1.2定位焊接时，不得在焊接坡口外引弧，定位焊引起的缺陷应清除，并按焊接工艺重新焊接。

A、B级管道和不锈钢管道的点固焊焊点均应磨成缓坡形。

3.4.1.3规定DN<50采用氩弧焊，DN≥50采用氩弧焊打底，手工电弧焊盖面。

3.4.1.4焊工在施焊前应了解所焊钢管的材质、所用的施焊工艺，如坡口型式、焊条牌号及规格、焊接电流以、层间温度、焊接线能量及预热和热处理要求等。

焊接过程中，焊工应严格按“焊接工艺指导书”的要求施焊。

3.4.1.5焊接场地应有防风、雨、雪的措施，不使焊件直接受到侵袭。

当焊接环境出现下列任何一种情况时，必须采取有效措施，否则不得施焊。

3.4.1.5.1风速：

手工焊时大于8m/S，气体保护焊时大于3m/S；

3.4.1.5.2相对湿度大于90%；

3.4.1.5.3下雨；

3.4.1.5.4下雪；

3.4.1.5.5焊接环境温度低于-5℃。

3.4.1.6不得在焊件表面引弧或试验电流，不锈钢表面不得有电弧擦伤等缺陷。

3.4.1.7在焊接中应确保起弧与收弧处的质量，收弧应将弧坑填满，多层焊口应将层间接头相互错开。

3.4.1.8室外管道焊接时，应把管道两端用塑料布包扎好，防止管内形成风道。

3.4.2奥氏体不锈钢管道焊接

为了确保不锈钢管道内壁焊缝清洁和光滑，防止晶间腐蚀，采用焊接方法如下：

3.4.2.1壁厚=2.1mm不锈钢管对接焊口，不开坡口、不留间隙，采用手工钨极氩弧焊，单面单道焊比面成型；壁厚=2.5mm的不锈钢管，不开坡口，留1~1.5mm间隙，采用手工钨极氩弧焊，二遍成形；壁厚为3.0~5mm的不锈QMQ管对接焊口，单面开30-35°坡口，留1~2mm间隙，采用手工钨极氩弧焊，壁厚≥6mm，管径≥159mm的不锈钢管采用手工氩弧焊打底，手工电弧焊填充盖面；

3.4.2.2在保证焊透及熔合良好的条件下，应选用小的焊接规范，短电弧和多层多道焊工艺，层间温度不宜过高，例如：

平焊时电流I=（25-35）d（A），在立焊或仰焊时，焊接电流还要减少10-20%，为防止焊芯中合金元素烧损，应尽量采用短弧焊接，弧长一般为2-3mm。

3.4.2.3焊接位置：

工艺管道预制和现场安装要分开进行，管道在预制过程中，应尽量采用转动平焊位置，当现场安装必须进行水平固定时，应使用比平焊时较小直径焊条。

3.4.2.4运条：

焊接不锈钢时，要采用短弧快速焊。

焊接时不允许焊条作横向摆动，而以直线前进，以利于提高焊缝金属抗晶间腐蚀能力和减少产生热裂纹倾向。

3.4.2.5在焊接非标设备时，抗腐蚀性要求较高的双面焊缝与介质接触一侧应最后施焊。

3.4.2.6不锈钢管道，采用手工钨极氩弧焊时或采用手工钨极氩弧焊打底时，管内一定要进行充氮保护，以确保根部成型良好，防止氧化，使管内壁平整、光滑、无凸痕，满足生产工艺要求，充氮室可采用易溶纸，也可采用胶皮挡块等办法实现，开始充氩时流量要大些（8-10升/分），当把管内空气置换完后，降至4-5升/分。

3.4.2.7在焊接超低碳不锈钢时，尽量采用转动多层焊，层间要仔细打磨，为使铁素体含量不超过规定值，使用的磨具应采用碳化硅或碳化铝磨料制成的砂轮片，施焊时应选用小规范，焊接层间温度不应超过150℃，在保证焊透的前提下，加快焊接速度。

在预制厂一个焊工可同时兼焊两个焊口，往复交叉进行焊接作业，即便于控制层间温度，也能提高工作效率。

3.4.2.8焊道清理时必须用不锈钢丝刷，严禁用碳钢丝刷。

3.4.2.9奥氏体不锈钢焊接时，通常不必进行预热，但当气温低于-5℃时，各种壁厚不锈钢管预热40°是有益的。

3.4.2.10除设计另有规定外（如管道保温、保冷），奥氏体不锈钢焊缝应进行酸洗与钝化处理，最好使用上海大明铁工厂生产的不锈钢酸洗——钝化膏。

此膏具有酸洗—钝化，一步清的功效，使用方法见说明，也可选用SHJ501-85规范表4.3.11酸洗钝化液配方。

3.4.2.11酸洗钝化时应采取防止对碳钢件腐蚀的措施。

3.4.2.12经酸洗钝化的不锈钢表面不得有黑色流痕及铁红锈痕，表面金属光泽一致，酸洗钝化后用中性肥皂水擦洗后再用清水冲洗。

3.4.2.13酸洗、钝化时应注意安全，不要涂抹到眼睛或皮肤上。

3.4.3设备现场组焊：

分段到货的设备需要现场组焊，在电动转胎上用瑞典伊沙A10-500溶化极半自动氩弧机进行焊接，确保焊接质量。

3.4.4手工钨极氩弧焊注意事项：

3.4.4.1根据管道材质、规格及工艺条件正确选用焊丝（见同钢种焊材选用原则）。

3.4.4.2焊丝在使用前应用丙酮清洗表面油污、锈斑，使之露出金属光泽。

3.4.4.3手工钨极氩弧焊焊接不锈钢工艺参数见下表：

壁厚

（mm）

对接接头加填充焊线

电流种类

极性

喷咀

（mm）

电弧电压

（伏）

电流（安）

氩气流量（升/分）

1.5

50-80

4-5

直流正接

8-10

10-20

2

60-90

5-6

直流正接

8-10

10-20

3-5

90-110

6-12

直流正接

8-10

10-20

3.4.4.4焊接前用丙酮将坡口面上的油污、锈斑清洁干净。

3.4.4.5钨极端部形状以锥台为好，但亦可磨成30°锥形如不符合要求应及时修磨。

3.4.4.6平焊时应用左焊法，管道焊接时，其焊接方向不限，向上或向下均可，在焊接过程中必须保持电弧一定高度（2-4mm）以及焊枪均匀移动，焊丝末端应处于氩气保护区内，填丝动作要轻，不可扰动氩气保护层。

3.4.4.7起弧操作技术：

引弧后先用电弧将母材加热待形成熔池后，立即填加焊丝，为防止产生裂痕，始焊速度应适当减慢，并多填焊丝，使焊缝加厚。

3.4.4.8收弧操作技术：

使用不带电流衰减装置的简易钨极氩弧焊设备时，当焊接即将终止时应多填焊丝以便填满弧坑，停焊时采用将电弧引至坡口边缘再熄灭的方法，断电后焊枪应在焊缝上保持8-10秒钟，直到钨极和熔池区冷却再停止供气。

3.4.4.9接头操作技术：

为保证焊缝质量，封底焊应一气呵成，不允许中途停止，当焊接大直径管道必须接头时，亦应尽量减少接头次数并采用“热接头”法。

3.4.4.10凡焊接操作空间位置开旷，宜采用外填丝法，反之困难位置宜采用内填丝法。

3.4.4.11焊接过程中，焊工应随时注意观察焊缝表面的颜色，供以判断氩气保护效果。

4.焊接质量检验

4.1工艺管道探伤数量

管段名称

焊缝等级

X探伤比例

合金钢管道

Ⅲ

15%

不锈钢管道

Ⅲ

5%

天然气管道

Ⅱ

15%

抽查焊缝由业主指定。

4.2焊接质量检验

4.2.1焊接接头应进行外观检查与无损探伤，外观检查应在无损探伤及管道强度与严密性，试验之前进行。

4.2.2焊接表面的质量应达到中石化SHJ501-85表4.5.2的要求，即外观成型良好，焊渣清除干净，焊缝周围无飞溅物、无裂纹、可见气孔、夹渣、咬肉等缺陷。

4.2.3焊缝内部质量应达到GB3323-87标准要求。

4.2.4夹套管的角焊缝和法兰焊缝均需进行着色试验检查，合格后才能进行下道工序。

对于夹套管奥氏体不锈钢与碳素钢异种钢焊缝的每一层都必须作着色检验，检验合格后方可焊接下一层焊缝。

夹套管内高压管道100%射线探伤检查按GB3323-87Ⅱ级合格。

夹套管内管中低压管道（0

4.2.5无损探伤发现不合格的焊缝时，应按下列处理：

4.2.5.1B级管道按不合格数量加倍探伤，如仍有不合格则全部探伤。

4.2.5.2C级管道的不合格数如超过探伤数的25%时，按不合格数加倍探伤，如仍有不合格则应全部探伤。

4.2.6不合格的焊缝应进行质量分析，采取措施及时返修，并重新探伤，同一焊缝返修次数不得超过下列规定：

4.2.6.1B、C级不锈钢管道2次（对夹套管焊缝不应超过1次）。

4.2.6.2B、C级碳素钢管道3次（对夹套管焊缝不应超过2次）。

4.2.7A、B级管道的焊接应有管道焊接工作记录，A级管道应划管段图。

4.2.8凡是Dg25以下（含Dg25）管道焊缝不做X射线检查，但要按SHJ501-85要求做着色检查。

4.2.9法兰角焊缝和插接三通焊缝按SHJ501-85要求做着色检查。