天然氣管道工程用清管三通標(biāo)準(zhǔn)探析

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0引言

在天然氣長輸管道建設(shè)施工過程中，由于各種原因會殘留下來很多的水及泥土、焊渣等施工遺留物。這些遺留物會導(dǎo)致天然氣管道在低溫下結(jié)冰或使閥門等管道配件產(chǎn)生堵塞，這將給管道的正常輸氣和安全運行造成極大的影響。因此，在天然氣管道通氣之前需進(jìn)行管道的清管作業(yè)，可以有效地清除管道內(nèi)的水以及施工遺留物，以及清除FeS鐵粉，提高管壁光潔度和管輸效率［1－3］。天然氣管道清管作業(yè)主要是將清管器放入管道中形成密封，利用管輸介質(zhì)推動清管器前進(jìn)，進(jìn)而達(dá)到清除管內(nèi)沉積物、管壁結(jié)垢和結(jié)蠟等的目的。但是，因管道變形、機械損傷、在三通處卡球等各種不同的原因也會導(dǎo)致清管器失效或堵塞。因此，通常推薦使用擋條清管三通來避免發(fā)生三通處卡球的事故［4－6］。本文詳細(xì)對比和分析了國內(nèi)外油氣輸送管道清管三通的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合清管三通的熱加工工藝，提出了清管三通擋條修復(fù)焊接后的熱處理建議。

1國內(nèi)外清管三通標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及生產(chǎn)情況對比

1．1三通標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求對比

目前，高強度大口徑三通的制造通常采用熱擠壓成型的方式，熱擠壓三通生產(chǎn)工藝是一個熱形變加淬火和回火的過程，即將毛坯管經(jīng)壓扁和反復(fù)的熱鼓包、拉拔成型，得到所要求的支管形狀和尺寸，最后通過調(diào)質(zhì)熱處理得到綜合性能滿足設(shè)計要求的三通。目前油氣輸送管道用三通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)版本較多。國外標(biāo)準(zhǔn)中主要采用MSSSP－75《HighStrengthWroughtButt－weldingFit-tings》、ISO15590－2《PetroleumandNaturalGasIndus-tries—InductionBends，F(xiàn)ittingsandFlangesforPipelineTransportationSystems—Part2:Fittings》、ASMEB16．9《Factory－madeWroughtButt－weldingFittings》等管件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)中大部分主要規(guī)定了工廠制造的無縫和電弧焊接、碳鋼和低合金鋼的對焊管件的尺寸、公差、材料、化學(xué)成分、拉伸性能、韌性和熱處理等方面的技術(shù)要求。目前我國的管件標(biāo)準(zhǔn)主要包括GB/T29168．2－2012《石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)用感應(yīng)加熱彎管、管件和法蘭第2部分:管件》、SY/T0609《優(yōu)質(zhì)鋼制對焊管件規(guī)范》等。這些標(biāo)準(zhǔn)中主要規(guī)定了管件設(shè)計、選材、制造、產(chǎn)品檢測及驗收方面的技術(shù)要求。我國的管件標(biāo)準(zhǔn)是吸收了近年來國內(nèi)外管道工程建設(shè)方面工藝技術(shù)研究成果及實踐經(jīng)驗，如產(chǎn)品選材、加工工藝方法，以及管材強度、韌性等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量評價方法，系統(tǒng)的高強度管件的熱加工技術(shù)及評價體系，并進(jìn)行了技術(shù)集成、修正與整合。清管三通一般也采用熱擠壓方式進(jìn)行生產(chǎn)加工，生產(chǎn)工藝基本與普通熱擠壓三通生產(chǎn)過程相同，即卷曲成型、焊接、壓扁、淬火、整形、拉拔、開孔、鼓包、回火等。但是清管三通需要在支管和主管交匯處焊接三通擋條。關(guān)于清管三通等特殊用途管件標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外已有少量的技術(shù)規(guī)范。如現(xiàn)有的國外關(guān)于清管三通的技術(shù)規(guī)范，殼牌公司標(biāo)準(zhǔn)DEP31．40．21．30－Gen．《PipelineFittings》，其是ISO15590－2的補充技術(shù)條件，與ISO15590－2一起使用。DEP31．40．21．30－Gen．中主要規(guī)定了清管三通擋條的設(shè)計、數(shù)量及焊接方法，而針對清管三通的擋條焊接方式以及焊后熱處理、擋條修復(fù)等沒有明確的要求。國內(nèi)清管三通的技術(shù)規(guī)范，如中石油CDP－S－OGP－MA－008－2017－2《油氣管道工程清管三通技術(shù)規(guī)格書》，其主要規(guī)定了鋼制清管三通的設(shè)計、材料、制造、檢驗、驗收、包裝和運輸?shù)确矫娴淖畹鸵?。但是?biāo)準(zhǔn)中未對清管三通的擋條數(shù)量、材質(zhì)和焊接方式進(jìn)行具體要求，需結(jié)合具體的工程數(shù)據(jù)單進(jìn)行。該標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了清管三通應(yīng)在完成擋條焊接后再進(jìn)行最終熱處理，對擋條修復(fù)后的熱處理未明確要求。北京天然氣管道有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SYJS0126－2012《清管三通擋條技術(shù)要求》中對不同尺寸三通的擋條數(shù)量、焊接方法等進(jìn)行了具體要求。但未明確規(guī)定清管三通的擋條焊后熱處理要求，以及擋條修復(fù)后的熱處理要求。

1．2清管三通生產(chǎn)情況對比

由于在我國很多天然氣管道工程建設(shè)中，均沒有明確的清管三通技術(shù)條件，通常在工程數(shù)據(jù)單只給出清管三通的擋條選材和設(shè)置要求。國內(nèi)多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)的清管三通制造工藝和流程與管道用三通相同，但是在三通擋條材質(zhì)、焊接工藝以及熱處理方式上有所不同。例如由于標(biāo)準(zhǔn)要求不明確，各生產(chǎn)企業(yè)所采用的擋條材質(zhì)區(qū)別較大，如Q235B、20號鋼、X80鋼或與其材質(zhì)接近的材料。而在清管三通熱處理工藝方面，均采用淬火+回火的熱處理方法。但是對于清管三通的擋條焊后熱處理，目前國內(nèi)多數(shù)廠家均先進(jìn)行擋條焊接，并在完成擋條焊接后，將清管三通進(jìn)行整體熱處理(即將焊后熱處理和回火熱處理同時進(jìn)行)，從而同時達(dá)到改善三通性能和消除應(yīng)力的作用。而部分企業(yè)則采用三通整體回火熱處理后，再進(jìn)行擋條焊接的加工方法。

1．3清管三通標(biāo)準(zhǔn)體系

根據(jù)目前油氣輸送管道用三通的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)，對于管道線路用標(biāo)準(zhǔn)三通，國內(nèi)外管件標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成了較完整的技術(shù)體系。但是國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于清管三通的專業(yè)技術(shù)規(guī)范較少，且標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)條款陳述規(guī)范性差，在擋條選材、焊接、驗收、修復(fù)等方面沒有明確的要求，在適用范圍、技術(shù)指標(biāo)等方面有很多不完善，這對油氣輸送管道的建設(shè)和安全運行有很多不利影響。如某天然氣管道工程在運行時，發(fā)現(xiàn)部分管線段異響。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)清管三通擋條部分?jǐn)嗔选Ｓ捎诂F(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范中均未對清管三通擋條的修復(fù)和熱處理進(jìn)行明確要求，而若整體更換清管三通，則會增加管線成本，同時由于焊接難度較大，也會使三通環(huán)焊縫接頭處的斷裂風(fēng)險增加。同時，由于沒有統(tǒng)一的清管三通技術(shù)要求，目前國內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)工藝也不相同，這都會對清管三通的采購以及后期維護(hù)更換等帶來較大的影響。因此，對于清管三通的擋條焊接、焊后熱處理以及修復(fù)更換等要求應(yīng)深入研究，在標(biāo)準(zhǔn)中增加相關(guān)技術(shù)要求，為油氣管道建設(shè)和安全運行提供技術(shù)依據(jù)。

2國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于熱處理的要求對比分析

目前清管三通在工廠加工時，一般采用擋條焊接后的整體三通回火熱處理。三通的最終整體回火熱處理目的是達(dá)到改善三通性能和消除應(yīng)力的作用。但是在管線運行后，若進(jìn)行清管三通的擋條修復(fù)更換，則不能采用三通整體回火熱處理的方式。對于油氣管道工程現(xiàn)場焊接后的熱處理要求，如SY/T4103—2006《鋼質(zhì)管道焊接及驗收》標(biāo)準(zhǔn)、SY/T4125—2013《鋼質(zhì)管道焊接規(guī)程》、GB/T31032—2014《鋼質(zhì)管道焊接及驗收》、API1104—2013《WeldingofPipelinesandRelatedFacilities》等標(biāo)準(zhǔn)，均對油氣鋼制管道焊接接頭力學(xué)性能、無損檢測的檢測方法和驗收要求進(jìn)行了規(guī)定。但焊后熱處理工藝要求較少，未給出具體的焊后熱處理技術(shù)要求和規(guī)定。在國內(nèi)外壓力容器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，針對焊后熱處理進(jìn)行了明確的要求。如GB150．4《壓力容器第4部分:制造、檢驗和驗收》，規(guī)定了GB150適用范圍內(nèi)的鋼制壓力容器的制造、檢驗與驗收要求。標(biāo)準(zhǔn)中對焊后熱處理(PWHT)的厚度、范圍、熱處理操作等均進(jìn)行了明確的技術(shù)要求。ASMEVIII《RulesforConstructionofPressureVesselsDivision3》－2015標(biāo)準(zhǔn)中對焊接件的預(yù)熱和焊后熱處理兩部分進(jìn)行了明確的規(guī)定。如整體熱處理、分段熱處理、內(nèi)加熱整體熱處理和局部熱處理，在實際應(yīng)用中，應(yīng)首選爐內(nèi)整體熱處理。對于鋼管和管道的環(huán)向連接點、支管頸部處和焊接附件等位置可用局部熱處理的方法。

3建議

根據(jù)目前的標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)調(diào)研情況，現(xiàn)行清管三通標(biāo)準(zhǔn)中要求擋條焊接后的清管三通整體熱處理有兩個目的，一是通過回火工藝來配合淬火工藝完成對三通性能的改善，二是通過焊后熱處理，消除擋條焊接后的應(yīng)力。通過對現(xiàn)行油氣輸送管道用三通標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該系列標(biāo)準(zhǔn)大多都是針對標(biāo)準(zhǔn)三通的生產(chǎn)制造、材料性能方面的要求，而對于特殊管件，如清管三通，在焊接、熱處理等方面的要求不完善。對于目前的現(xiàn)行清管三通技術(shù)規(guī)范，應(yīng)補充完善清管三通擋條的材質(zhì)、類型，對于焊后熱處理和調(diào)質(zhì)熱處理的要求應(yīng)分別進(jìn)行要求，同時對于清管三通擋條的修復(fù)焊接質(zhì)量應(yīng)進(jìn)行要求。建議應(yīng)系統(tǒng)地開展清管三通擋條的焊接及熱處理對三通服役性能的影響的研究工作，分析焊后熱處理對三通性能的影響，從而明確三通的擋條焊接以及修復(fù)的焊后熱處理要求。結(jié)合壓力容器應(yīng)用規(guī)范，也推薦采用壓力容器規(guī)范中配件的焊后熱處理工藝進(jìn)行清管三通的熱處理，同時一定要選取合適的焊接工藝(較低的焊接線能量)，以避免擋條焊接時對三通的性能產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

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作者：王鵬 池強 李為衛(wèi) 單位：中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點實驗室