高酸气田集输管道焊缝热处理及质量控制

冯灏

摘 要：高酸气田集输管道焊缝热处理是在天然气系统高酸性环境和野外自然环境下，对输送高H2S和硫化物介质的管道焊缝进行消除焊缝残余应力，软化焊缝淬硬部位，增强焊缝的韧性和塑性，提高焊缝抗硫化物应力开裂的能力的工艺技术。采用焊缝高温回火焊后热处理工艺消除集输管道残余应力造成的质量缺陷。提高高酸气田集输管道焊缝热处理的质量要依赖于先进的工艺技术和施工现场的全过程的质量控制。

关键词：高酸气田 热处理 焊缝高温回火工艺 质量控制

中图分类号：TE973.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0065-01

高酸气田集输管道是气田采输天然气的输送大动脉，其主要任务是将高含硫化氢（H2S）和硫化物（C2S）的天然气从集气井输送到集气站，再由集气站输送到天然气净化厂进行脱硫处理。若集输管道焊缝内存在焊缝残余应力，在管道焊缝残余应力和高硫化氢（H2S）、硫化物介质的共同作用下极易产生突发性脆性破坏，先导致硫化物应力裂纹和氢致开裂纹，这种脆性破坏多是沿晶界（焊缝）断裂。这不仅直接影响集输管道运行的安全性和稳定性，减少集输管道运行寿命，而且，还会造成十分严重的生命和财产的威胁。因而，高酸气田集输管道焊缝热处理就显得十分重要。

1 高酸气田集输管道焊缝热处理的特点

高酸气田集输管道焊缝热处理是气田集输管道焊接施工作业的一道关键工序，与一般金属焊缝热处理工艺技术比较起来，具有不同的特殊特点。

高酸气田集输管道焊缝热处理是在高酸气田天然气系统酸性环境下热处理工艺技术。高酸气田集输管道输送介质中既含高H2S，又含（C2S）硫化物。在集输管道焊缝残余应力和管道输送介质高硫化氢（H2S）、硫化物的共同作用下导致硫化物应力腐蚀性裂纹（Sulfide Stree Cracking，简称SSC）和氢诱发裂纹（Hydrogen Inducced Cracking，简称HIC），并在晶界处发生突发性硫化物脆性断裂。因而，在管道焊接后采用热处理的工艺技术和工艺方法，消除管道焊缝残余应力，以增强集输管道焊缝的韧性和塑性，提高焊缝抗硫化物脆性开裂的能力。

其是在高酸气田野外自然环境下热处理工艺技术。影响因素有三：地形地貌对集输管道焊缝热处理的影响。高酸气田野外自然环境要求热处理的工艺机具要小巧轻便，功能齐全，方便操作和搬运、移动，方便热处理作业。人员、机具的安全防护措施要齐备周全，适应复杂的地貌地形特点。

2 高酸气田集输管道焊缝热处理的工艺技术

2.1 高酸气田集输管道焊缝热处理的技术作用

高酸气田集输管道焊缝热处理的主要技术作用是采取工艺技术的方法，消除焊缝残余应力，软化焊缝淬硬部位，改善焊缝和热影响区的组织结构和性能，提高管道焊缝的塑性和韧性和焊缝的抗脆断能力，稳定焊缝组织结构的尺寸，消除焊缝残余应力造成的质量缺陷。

2.2 集输管道焊缝残余应力定义及危害

高酸气田集输管道焊缝残余应力是指管道焊接过程结束，焊缝的温度降到环境温度后，残留于焊缝结构内的应力。也就是焊缝结构内，客观地存在于任意截面上能自平衡的内应力。这在高酸气田集输管道建设中焊缝残余应力不可避免地存在于管道焊缝结构中，将直接影响焊缝的结构质量和使用性能。集输管道焊缝残余应力在管道内是十分有害的。其总结如下：（1）对集输管道刚度的影响；（2）对集输管道焊缝静载强度的影响；（3）对集输管道焊缝的精度及稳定性产生影响。

3 高酸气田集输管道焊缝热处理的质量控制

3.1 高酸气田集输管道焊缝热处理质量控制要素

高酸气田集输管道焊缝热处理质量控制有6个基本要素：人员素质：含热处理工艺作业培训以及质量保证体系；机具设备：含工器具；材料：采集、采购、验收和使用全过程的质量控制；工艺规程：焊缝热处理的工艺流程、工艺参数、工艺纪律等。作业过程：保证管道焊缝热处理质量的关键环节；作业环境：是提高焊缝热处理质量的重要保证，千万不能忽视。

3.2 作业准备阶段的质量控制

设备选型原则：各类热处理设备实际对比测试，综合比较。结合高酸气田集输管道焊缝热处理特殊施工作业条件，以适应性和经济性为原则。

3.3 作业过程的质量控制

3.3.1 温控设备及配套元件安装与敷设

其主要包括温控设备安装位置选择、热电偶的焊接与固定、热电偶用专用补賞线的正确敷设。

3.3.2 电加热设备及配套元件安装与敷设

使用哈夫加热器时，尽可能将哈夫加热器的中间位置对准热电偶的头部，并紧固哈夫加热器的紧固装置。使用履带式陶瓷加热时，按规定紧固加热器，加热器与焊缝处用钢带和铁丝扎紧；要注意加热器不能重叠置放。

3.3.3 电源及接地的安装

电源采取小型发电机方式（30 kW～60 kW），三相四线制。只有采用三相四线制才能保证三相电流平衡。控制设备输出电压220 V，只有三相四线制380V电压才能满足控制设备输出电压的需要。接地微电脑工作是否正常取决于接地电阻，智能控制设备的接地不能与其他联网。若接地电阻达不到4欧，可用富兰克林降。

4 结语

2009年3月，四川油建成都分公司配合石油容器厂在四川龙岗高酸气田内部集输管道φ406×12.5集输管道施工中，采用焊缝高温回火技术，对18 km的L360NCS管道焊缝进行焊后热处理施工作业，并按照程序进行质量控制。经质量检验，热处理后的焊缝硬度为维氏HV≤248；焊缝热处理质量完全达到设计要求。

参考文献

[1] 油田设备抗硫化物应力开裂的金属材料[S].美国腐蚀工程师协会标准NAC EMR0175.

[2] 天然气地面设施抗硫化氢应力开裂金属材料要求[S].SY/T0599-98.endprint