高压天然气管道不停输带压焊接可靠性研究

谢晨光

摘要：与普通输气管道焊接作业相比，不停输带压焊接作业的难点在于不停输以及带压两个方面，为了可以更加准确地对该类焊接作业的可靠性进行研究，笔者将从准备工作、静态焊接、动态焊接等方面对该类焊接作业的实验过程进行详细地阐述，希望以下内容可以对从事天然气运输管道焊接岗位的相关工作人员有所裨益。

关键词：高压天然气管道；不停输带压焊接；可靠性研究

引言：

低碳经济的发展逐渐成为未来几年国内能源消耗的重要趋势，而天然气作为一种清洁、环保、高效的新型能源，其在能源匮乏的当今社会中有着非常巨大的发展空间。天然气在运输过程中不可避免地会出现一些故障问题，为了可以尽可能地避免因输气管道的局部故障而影响输气管道的整体运输效率，工作人员通常会采用不停输且带压焊接的方式来完成局部管道故障的处理，这也是笔者将要与大家进行重点探究的核心内容。

一、天然气管道

顾名思义，该类输气管道主要是指工作人员在输送天然气的过程中所使用的干线管道，一般情况下，该类管输气管道的起始点一般以油田、LNG接收站为主，而终点则主要以城市内的配气分站点为主。由于天然气中含有大量的甲烷气体，且平均含量约在80%以上，同时还含有乙烷、丙烷等气态烃，此外还会含有少量的氦气、氩气等惰性气体，因此工作人员在传输天然气之前需要先对其进行净化处理，以确保最终传输所得的天然气所体现出的基本性能不会在传输过程中发生改变。

二、施工设备分析

与普通的输气管道相比，高压状态下的输气管道对于相关机械设备的要求更为严苛，随着公路工程项目的数量在近几年的不断攀升，工作人员对输气管道在运输过程中所使用的设备性能也提出了更高的要求和标准[1]。目前与天然气输气设备相关的施工设备有开孔器、液压站设备、开孔联箱、封堵器、开孔刀、封堵联箱等等。工作人员人员需要结合输气管道具体的焊接情况来选择合适的机械设备来辅助工作人员完成相应的焊接作业。

三、焊接实验研究

（一）准备工作

该焊接实验中工作人员主要以L360的输气管道为主，其所对应的法兰组件为Q345B，焊接材料则以4.0mm的J507焊条，输气管道的压力值以0.8MPa为标准，开孔率则以0.8为主，工作人员通过使用两种静态焊接实验方法和两种动态焊接实验方法对其来模拟输气管道在高压状态下进行天然气运输的过程中其内部气体真实的流动情况，以此来更好地辅助工作人员完成对天然气管道的带压焊接作业[2]。

（二）L360+Q345B静态焊接

工作人员可以对L360和Q345B两种不同型号的型钢构件进行J507焊接实验，在这个过程中所使用的法兰组件的平均厚度为19mm，焊接实验中所使用的输气管道厚度约为8mm。工作人员通过对不同型、贝氏体钢构件进行实验，并且对实验后试件基本性能的检测，将最终所得到的参数信息进行汇总如表1所示。通过金相实验我们可以得出在焊接管道的过程中，焊接金属组织中先后分解出了不同含量的铁素体PF、铁素体FSP、铁素体AF、贝氏体、马氏体等等。通过拉伸实验工作人员可以得出焊接实验中的型钢在整个焊接过程中的不同焊接点位置处所对应的维氏硬度的具体数值，在此基础上我们可以更加准确地判断出静态焊接实验中输气管道在焊接过程中所体现出的可靠性情况[3]。对于天然气输送管道中的绝大多数焊接作业来说，输气钢管自身的材料、热影响区以及焊缝等位置出现不同程度上的断裂情况均会对带压焊接作业最终在实际应用中所体现出的可靠性造成一定程度上的负面影响，对此工作人员应当结合GB/T 9711-2011《天然气管线输送钢管》等相关设计标准来检测最终的焊接效果，若能够达到设计标准则该带压静态焊接作业便具有良好的可靠性，反之亦然。

（三）L360+Q345B动态焊接

与上述我们所提到的静态焊接实验相对应的则是动态焊接实验，为了可以更加直观地帮助工作人员明确输气管道在不停止运输的状态下如何在较短的时间内完成带压焊接作业，实现对输气管道的快速抢修目标。针对这种情况工作人员设计了针对高压状态下输气管道的动态焊接实验，相关参数信息如下：输气管道内的压力值约为0.8MPa，法兰组件Q345B的厚度约为19mm，输气管道L360的厚度约为8mm，焊接材料与静态焊接实验中所使用的焊接材料种类相类似，以4.0mm的J507焊条为主，工作人员在使用该类材料模拟焊接实验的过程中所给予的焊接电流在140A-170A的范围之内，与其相对应的焊接电压则处于20V-25V的范围以内。经过工作人员在高压状态下对输气管道所进行的动态模拟实验，我们对动态焊接实验后的输气材料进行参数信息的检测，最终得出相應的实验结果如下：编号为1的焊接试件宽度为25.6mm，厚度为8.0mm，断裂荷载为104kN，抗拉强度为508kN，断裂位置为热影响区；编号为2的焊接试件宽度为25.1mm，厚度为8.0mm，断裂荷载为101kN，抗拉强度为503kN，断裂位置为母材；编号为3的焊接试件宽度为25.7mm，厚度为8.0mm，断裂荷载为109kN，抗拉强度为530kN，断裂位置为热影响区[4]。通过动态焊接拉伸实验我们可以得出以下结论：输气管道处于高压状态下进行焊接作业时，最容易出现断裂情况的部位分别为母材和热影响区。在金相实验中我们可以进一步检测出输气管道焊接位置处暂未残留马氏体等物质，该检测结构符合GB/T 9711-2011这一标准中对于焊接钢管所提出的金相实验检测标准，因此我们可以进一步明确高压运输管道在不停输状态下可靠性最高的焊接参数如下：焊接材料为J507，焊接电流为140-170A，焊接电压为22-25V，焊脚尺寸为14-16mm。

四、结束语

虽然现阶段国内一些用于运输天然气的输气管道在实际应用中依然会出现一些裂缝问题，对此工作人员应当及时地采取相应的焊接处理来有效地提高其自身的可靠性，为人们提供更加优质的天然气供应服务，从而更好地为国内的天然气运输领域的长远发展添加助力。

参考文献

[1]崔强.天然气管道不停输带压封堵工艺技术研究[J].石化技术，2017，24（02）：296+292.

[2]马振涛.天然气管道不停输带压封堵施工创新技术[J].建材与装饰，2017（47）：112-113.

[3]杨志炜，张琼飞，蔡婷等.天然气管道不停输带压封堵施工创新技术[J].天然气工业，2012，32（02）：195-197.

[4]金勇.管道不停输带压封堵施工新技术研究[J].科技创新导报，2013（34）：112-115.

（作者单位：辽河油田建设有限公司工程安装四分公司）