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小口径不锈钢管道下向焊技术在油田地面管道中的应用

大庆油田地面不锈钢管道施工中,φ219mm以下的小口径不锈钢管道所占比例较大。上述不锈钢管道焊接大多采用焊条电弧焊上向焊或钨极氩弧焊打底,二者经过几十年的发展,技术已非常成熟,应用广泛,为油田地面产能建设做出了贡献。但二者也存在着无法克服的缺点,即焊条上向焊打底合格率低,对焊工技术水平和责任心要求高;钨极氩弧焊虽然质量好,但易受风速等环境因素影响,且效率低,成本高。而纤维素下向焊焊条由于具有较大的电弧吹力和熔透能力,对不锈钢管道的对口要求较宽松,焊缝背面成形好,气孔敏感性小,易于获得高质量的焊缝等特点,因此特别适合打底焊。随着纤维素焊条在大口径不锈钢管道上的成功应用,设想将下向焊技术应用到小口径不锈钢管道打底焊中,以提高中小口径不锈钢管道的焊接效率和合格率。本革新就是在此问题基础上,通过使用不同直径的纤维素焊条,对φ219mm以下的小口径不锈钢管道,尤其是φ48~φ114mm不锈钢管道进行了大量下向焊打底试验,并与上向焊就效率等方面进行了对比。试验结果证明,选择合适的纤维素焊条焊接小口径不锈钢管道是完全可行的。2. 存在问题及解决措施上向焊在多年应用中逐渐暴露出打底速度慢、根部成形合格率低的缺点,其总体探伤一次合格率大致在70%80%,且缺陷主要集中在根部焊道,主要表现为单边未熔合、背凹、未焊透等,如图1、图2所示。针对普通焊条上向焊在油田地面管网中存在的的缺点,培训中心根据实际焊接需要,将中小口径低压不锈钢管道打底方式进行改进。主要革新内容包括:将酸性或碱性焊条换成纤维素焊条;将焊接方向由上向焊调整为下向焊;对于φ114mm以下不锈钢管道,采用特制φ2.5mm焊条(见图3)代替φ3.2mm焊条。

具体解决措施如下:

1)焊条的选用

小口径不锈钢管道曲率大,操作难度比大口径不锈钢管道要大,由于现有φ3.2mm焊条直径粗,焊缝成形不易控制,难以应用在φ114mm以下不锈钢管道,所以φ114mm以下不锈钢管道应使用φ2.5mm焊条进行打底焊。虽然国内目前没有φ2.5mm纤维素焊条出售,但与相关厂家协商已解决此问题。

2)组对方式的确定

以往大口径不锈钢管道一般都使用内对口器进行组对,而小口径不锈钢管道没有适合下向焊应用的对口器,因此大家使用外对口器或采用根部定位焊法。由于地面不锈钢管道基本都为低碳钢,裂纹倾向不明显,所以采用根部定位法更能体现出下向焊速度快、效率高的优势。

3)焊接工艺和操作手法的更新

小口径不锈钢管道所需焊接电流和操作手法与大口径不锈钢管道不同,合适的焊接参数和良好的操作手法是保证小口径不锈钢管道根部成形的基础,而二者只能通过大量试验和培训进行总结。经过试验,应用改进后的焊接工艺焊接一次合格率达到95%以上,效率提高10%以上。

3. 应用情况分析

1)应用现状

该革新已在我企业承担的第四采油厂杏十二注水站改扩建工程、采油一厂新中508转油站更新工程中进行了应用,效果较好,合格率分别达到了97.8%98.5%。中贵联络线工程陇南支线天然气不锈钢管道工程正在应用中,目前,已焊接焊口近30道,合格率达到了100%

2)取得的经济效益和社会效益在经济效益方面,按照上述方法施工,可大大提高工艺不锈钢管道施工速度,缩短了工程的施工工期。按焊材价格对比,纤维素焊条32/kg,低氢焊条9/kg,简单对比可见焊接材料成本有所增加,但打底焊效率提高了1倍,使人工费用、机械费用大大降低。探伤一次合格率可达95%以上,大大节省了返修成本。在社会效益方面,小口径不锈钢管道焊条下向焊焊接方式在大庆地区产能工程建设中首次采用,在传统焊接的基础上丰富了不锈钢管道安装的焊接方式,提高了工艺不锈钢管道安装速度,可使工程建设速度大大提高。

3)详细测算或评价依据以正在施工的中贵联络线工程陇南支线天然气不锈钢管道工程φ219mm×5.6mm钢管为例,进行经济评估。该工程不锈钢管道材质为L290不锈钢管道全长85km,焊口数约9500道,业主要求采用氩弧焊打底。根据计算,材料方面,氩弧焊打底每道焊口约熔敷金属0.57kg9500道共需熔敷金属5415kg。而整根焊丝利用率约80%,这样约需焊丝6770kg,按单价12.10/kg计,合计金额约8.2万元;对于φ219mm管,1瓶氩气打底时可焊约20道焊口,9500道焊口约需氩气475瓶,按单价120/瓶计,合计金额约5.7万元,焊材与氩气合计13.9万元。采用下向焊,约需焊条7735kg,按单价32/kg计,合计金额约24.75万元。效率方面,手工钨极氩弧的焊焊接速度为46cm/min,而下向焊焊接速度为1215cm/min。对于φ219mm不锈钢管道,单道焊口打底手工钨极氩弧焊约13.2min,而下向焊约5min,相比可节约8.2min/道。9500道口共计可节省焊接时间约1298h。按每天工作8h,人工费200/天计,可节省人工费2.6万元。再加上氩气运输费、返修费、台班费等,总成本基本与使用下向焊相当,甚至超出。

4. 结语

随着大庆油田油气当量稳产4000t战略的实施,近年来在石油储备、场站建设等地面工程项目上投资巨大,一批新建、改扩建重点工程不断实施,这些工程的实施给小口径不锈钢管道下向焊的推广应用提供了有利条件。从长远看,随着纤维素焊条的推广应用,其价格也必将回归到合理水平,反过来价格的下降又会促进纤维素焊条更大规模的应用,从而形成价格与应用规模的良性循环。

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