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高含硫天然氣管道閥門(mén)熱處理
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摘 要：本文以輸系統(tǒng)輸氣管道熱處理施工為例，詳細(xì)介紹了高含硫天然氣管道閥門(mén)熱處理集輸管道焊縫熱處理施工的特點(diǎn)、難點(diǎn)及熱處理施工技術(shù)。在集輸系統(tǒng)施工過(guò)程中，針對(duì)此部分管道壁厚厚，材質(zhì)復(fù)雜且跨越冬季施工等難點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化熱處理工藝，改進(jìn)熱處理方法等措施，克服困難，有力地保證了整個(gè)系統(tǒng)管道熱處理施工質(zhì)量，具有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：高含硫 管道 熱處理
高含H2S天然氣藏是重要的氣藏類(lèi)型，資源十分豐富，主要分布于加拿大、美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、中國(guó)及中東等國(guó)家和地區(qū)。我國(guó)高含H2S、CO2天然氣探明儲(chǔ)量約占天然氣總儲(chǔ)量的1/6，主要分布在四川和渤海灣盆地。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥,電動(dòng)球閥,氣動(dòng)球閥,電動(dòng)閘閥,氣動(dòng)閘閥,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。近年來(lái)，隨著石油天然氣資源需求的增加，各國(guó)加大了高含H2S天然氣藏的開(kāi)采。普光氣田開(kāi)發(fā)建設(shè)具有“壓力高、含H2S高、含CO2高”的三高特點(diǎn)，這一特點(diǎn)給氣田安全開(kāi)發(fā)增大了危險(xiǎn)系數(shù)。由于硫化氫對(duì)集輸管道、設(shè)備有強(qiáng)烈腐蝕作用。含硫天然氣在有游離水組成的H2S+CO2+H2O腐蝕環(huán)境下，對(duì)管道和設(shè)備的腐蝕主要表現(xiàn)為硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕（SSC）、氫致開(kāi)裂腐蝕（HIC），對(duì)管道、設(shè)備造成嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕。普光氣田涉酸管道主要采用L360QCS、L360MCS、A333 Gr.6，Inconel825、不銹鋼復(fù)合管等材質(zhì)；管道zui高設(shè)計(jì)壓力40Mpa，管道直徑zui大DN700mm，管道壁厚zui厚25mm。為保證高含硫天然氣集輸管道的焊接質(zhì)量，焊接工藝評(píng)定要求對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。整個(gè)普光氣田地面集輸工程建設(shè)經(jīng)過(guò)了兩個(gè)冬季，熱處理施工難度較大。為了保證熱處理的施工質(zhì)量，在熱處理工藝的選擇和熱處理具體實(shí)施方面采取了新的技術(shù)措施，從而保證了管道安裝施工質(zhì)量。
一、熱處理的作用
對(duì)普光氣田高含硫天然氣集輸管道焊縫進(jìn)行熱處理主要是為了降低或消除管道焊接后焊縫的殘余應(yīng)力，防止焊接區(qū)出現(xiàn)裂紋、應(yīng)力腐蝕，確保管道運(yùn)行的安全性和可靠性。
二、熱處理選擇的時(shí)機(jī)
普光氣田高含硫天然氣集輸管道，主要采用L360QCS、L360MCS、A333 Gr.6三種材質(zhì)，按照焊接工藝評(píng)定要求，此類(lèi)管道在焊縫焊接完畢后，需立即對(duì)焊縫進(jìn)行消氫處理，且焊縫消氫前的溫度需大于或等于100℃。消氫溫度為250-350℃，保溫時(shí)間2h。焊接24小時(shí)后，焊縫進(jìn)行*射線檢測(cè)和*的超聲波檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)合格后，進(jìn)行焊縫熱處理。
三、熱處理參數(shù)選擇
選擇熱處理參數(shù)時(shí)，參照設(shè)計(jì)文件、相應(yīng)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及管道焊接工藝評(píng)定要求執(zhí)行。冬季施工時(shí)，需考慮室外環(huán)境溫度較低，為消除厚壁管道內(nèi)壁升溫溫度相對(duì)于外壁溫度滯后的影響，熱處理施工時(shí)采取延長(zhǎng)恒溫時(shí)間的措施，以確保整個(gè)焊縫熱處理質(zhì)量，普光氣田地面集輸系統(tǒng)管道工程熱處理施工要求如下：熱處理升溫速度為400℃以上時(shí)，不大于200℃/h，保溫溫度621±10℃，保溫時(shí)間1h，降溫速度400℃以上時(shí)，不大于260℃/h。消氫處理和焊后熱處理工藝曲線見(jiàn)下圖。
四、熱處理加熱范圍
工藝管道焊縫熱處理時(shí)，其加熱范圍為焊縫兩側(cè)各不小于焊縫寬度的3 倍，且不少于25mm，加熱范圍以外的100mm 范圍內(nèi)應(yīng)予以保溫，且管道兩端管口應(yīng)封閉。進(jìn)入冬季施工時(shí)，考慮到室外環(huán)境溫度較低，為避免保溫以?xún)?nèi)的區(qū)域和保溫以外的區(qū)域溫度梯度過(guò)大，要相應(yīng)增加保溫范圍，加熱范圍以外的300mm 范圍內(nèi)應(yīng)予以保溫，為保證加熱效果，普光氣田采用電加熱的方式進(jìn)行加熱，加熱設(shè)備為RWK-C-60型熱處理設(shè)備，加熱片寬度為300mm。
五、熱電偶設(shè)置
1.熱電偶數(shù)量、檢驗(yàn)要求
根據(jù)集輸管道的材質(zhì)和管道直徑大小，在滿(mǎn)足施工規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對(duì)于直徑較大的管道，為了確保整個(gè)焊縫圓周方向的熱處理溫度相同，要相應(yīng)增加熱電偶的設(shè)置數(shù)量，且每個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)電加熱片，即每個(gè)對(duì)應(yīng)的熱電偶和電加熱片都能單獨(dú)控制溫度，以確保整個(gè)焊縫的熱處理質(zhì)量。熱電偶數(shù)量選擇見(jiàn)表1。此外參照《電熱法消除焊接應(yīng)力工藝規(guī)程》的要求，熱電偶在投入安裝運(yùn)行前應(yīng)做測(cè)試鑒定，合格后方可投入安裝運(yùn)行。
表1熱電偶數(shù)量選用表
2.熱電偶安裝位置
當(dāng)設(shè)置1 個(gè)熱電偶時(shí)：對(duì)于水平管道，設(shè)置在正下方（見(jiàn)下圖a）；豎直管道可隨意設(shè)置。當(dāng)設(shè)置2個(gè)熱電偶時(shí)：對(duì)于水平管道，分別設(shè)置在正上方和正下方（見(jiàn)下圖b）；對(duì)于豎直管道，2 個(gè)熱電偶均布。當(dāng)設(shè)置3 個(gè)熱電偶時(shí)：對(duì)于水平管道，在正下方設(shè)置1 個(gè)，其余兩個(gè)均布（見(jiàn)下圖c）；對(duì)于豎直管道，3 個(gè)熱電偶均布。當(dāng)設(shè)置4 個(gè)熱電偶時(shí)：對(duì)于水平管道，在正下方設(shè)置1 個(gè)，其余3 個(gè)均布（見(jiàn)下圖d）；對(duì)于豎直管道，4個(gè)熱電偶均布。
3.熱電偶安裝
普光氣田集輸管道工程焊縫熱處理施工采用接觸式熱電偶，熱電偶頭部頂在焊道上，然后用鐵絲將熱電偶綁扎牢固，以保證熱電偶與管道之間接觸良好。同時(shí)在加熱片和熱電偶之間采用保溫棉隔離開(kāi)，以保證熱電偶測(cè)溫準(zhǔn)確。
六、電加熱片安裝
根據(jù)天然氣集輸管道直徑的不同選擇電加熱片的型號(hào)和數(shù)量，電加熱片安裝時(shí)要用鐵絲綁扎牢固，電加熱片與管道之間要結(jié)合緊密，以避免兩者之間縫隙過(guò)大，導(dǎo)致管道受熱不均勻、熱處理溫度達(dá)不到焊接工藝評(píng)定的要求。在加熱片外面采用保溫棉覆蓋好，外面再用鐵絲綁扎好，以防止熱量流失，影響熱處理效果。
熱處理過(guò)程中，要求每一個(gè)電加熱片都能夠單獨(dú)進(jìn)行控制，以使熱處理各部位溫度均勻，對(duì)于集氣站內(nèi)的小管徑彎管和三通采用繩式加熱器進(jìn)行加熱。
七、熱處理過(guò)程控制
1.熱處理前要對(duì)熱處理設(shè)備及部件進(jìn)行仔細(xì)檢查，以避免在熱處理過(guò)程中突然發(fā)生斷偶和加熱片燒斷現(xiàn)象。同時(shí)在恒溫期間各測(cè)點(diǎn)的溫度都應(yīng)在熱處理要求溫度范圍內(nèi)。
2.管道管口應(yīng)封閉，防止管道內(nèi)氣體流動(dòng)，影響熱處理效果。
3.在熱處理過(guò)程中要設(shè)置專(zhuān)人對(duì)熱處理溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)焊縫熱處理溫度進(jìn)行抽測(cè)，并與相應(yīng)的熱電偶溫度顯示器的溫度進(jìn)行對(duì)比，如出現(xiàn)異常情況要及時(shí)進(jìn)行處理，以保證整個(gè)熱處理過(guò)程質(zhì)量合格。
4.嚴(yán)格控制熱處理過(guò)程，要隨時(shí)檢查加熱器、溫控柜、熱處理溫度曲線記錄儀等工作是否正常。監(jiān)控?zé)崽幚頃r(shí)的升溫、恒溫、降溫、記錄是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。
5.如出現(xiàn)保溫棉脫離、張開(kāi)和保溫棉外表面溫度大于60℃時(shí)應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，確保熱處理全過(guò)程正常進(jìn)行。
6.采取防風(fēng)、防雨、防雪等措施。寒冷、雨、雪天氣，室外管道焊縫熱處理應(yīng)搭設(shè)可靠的固定式或移動(dòng)式防護(hù)棚。
八、熱處理記錄曲線
要求每個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕级家陔娔X顯示器上顯示溫度，同時(shí)也都在記錄儀上記錄曲線。當(dāng)同時(shí)進(jìn)行多道焊縫熱處理時(shí)，焊縫熱處理開(kāi)始時(shí)間要有一定的時(shí)間間隔，以保證每道焊縫的熱處理曲線都是單獨(dú)的，不能互相重合。打印曲線時(shí)，為使曲線之間便于分辨，采取使用6 種顏色的記錄儀記錄曲線。焊縫熱處理完畢后，要及時(shí)在熱處理曲線上作好標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)內(nèi)容主要有：曲線對(duì)應(yīng)的管線號(hào)、焊縫編號(hào)、熱處理操作人、升溫速率、恒溫溫度及時(shí)間、降溫速率、熱處理日期、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員等。此外在管道焊縫一側(cè)進(jìn)行熱處理標(biāo)記，防止與未進(jìn)行熱處理施工的焊縫混淆。
九、熱處理效果檢驗(yàn)
1.焊縫熱處理完畢后，應(yīng)檢查熱處理溫度的記錄曲線、加熱區(qū)域?qū)挾?。根?jù)熱處理曲線分析熱處理的技術(shù)效果。
2.焊縫熱處理后，應(yīng)在母材、焊縫和熱影響區(qū)選取數(shù)點(diǎn)測(cè)量硬度值；與熱處理前硬度值進(jìn)行比較，檢查熱處理效果；硬度值應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件的規(guī)定。如果硬度值不合格需重新進(jìn)行熱處理。
十、結(jié)束語(yǔ)
在普光氣田集輸系統(tǒng)管道安裝施工過(guò)程中，通過(guò)采用以上熱處理施工技術(shù)，成功解決了高含硫氣田天然氣集輸管道焊縫熱處理施工難度大和冬季施工環(huán)境惡劣等難題，有力的保證了管道的焊接施工質(zhì)量，確保了氣田地面集輸管道工程順利中交，做到一次投產(chǎn)成功，到目前已安全運(yùn)行近4年，對(duì)類(lèi)似工程具有一定的借鑒作用。與本文相關(guān)的論文有：礦山電動(dòng)插板閥
