浅谈雅丹地貌地段大口径长输管道冬期焊接质量管理.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：杨成伟（1984），男，汉族，山东东阿人，兰州理工大学工商管理硕士，中国石油天然气第一建设有限公司，经济师，研究方向为工程管理。-91-浅谈雅丹地貌地段大口径长输管道冬期焊接质量管理 杨成伟 窦 巍 张俊峰 陈永雷 中国石油天然气第一建设有限公司，河南 洛阳 471023 摘要：摘要：西气东输四线天然气管道工程（吐鲁番-中卫）主线路工程起自我国新疆吐鲁番地区止于宁夏中卫。其中，第二标段位于新疆哈密境内，管线途径哈密著名的雅丹地貌地群。在建设期间由于时间紧任务重，在 2022 年 11月至 2023 年 3 月期间组织进行冬季施工。冬季寒冷干燥，气温低下，如何控制管道焊接质量就成了一个难题。本文介绍了西气东输四线雅丹地貌段冬季施工期间，从技术准备、施工过程管理等方面对焊接质量控制的一些做法和经验。关键词：关键词：雅丹地貌；长输管道；冬季施工；焊接质量；管理 中图分类号：中图分类号：TG441 1 工程概况 西气东输四线天然气管道工程（吐鲁番-中卫）项目起自吐鲁番联络站，止于中卫联络站，途经新疆、甘肃、宁夏 3 省区所辖共计 17 市（县），管道全长1745km，其 中，新 疆 段 长 585.1km，甘 肃 段 长1077.3km，宁夏段长 82.6km，设计压力 12MPa，管径1219mm，设计输量 150108Nm3/a。全线采用内涂层L555M/X80M 钢管。管道沿线共设置 11 座工艺站场，河流大中型穿越共计 41 处。我公司承建的第二标段位于新疆哈密市伊州区境内，全长 372.5km。管线沿途经过冲洪积平原、雅丹地貌、山间洼地、剥蚀缓丘及中低山等复杂地貌，其中，雅丹地貌段为困难地段。并且，起始段的 30km 全部位于当地有名的“百里风区”，自然条件恶劣，施工有效工期短。2 冬季施工定义及必要性 2.1 冬季施工定义 日平均气温连续五天低于 5时，进入冬季施工。日平均气温连续五天高于 5时，冬季施工结束。2.2 冬季施工的必要性 按照业主方招标文件中下达的综合进度计划，各线路标段管道施工应于 2022 年 7 月到场进行施工，我公司负责承建西气东输四线天然气管道工程。得益于施工区域位于戈壁滩无人区，征地协调手续办理相对顺利，按照业主方要求，焊接机组于 9 月份才陆续进场进行施工准备。自 9 月底打火开焊，10 月份上旬全自动焊机组完成了“百口磨合”。截止 2022 年 12月 21 日，两个全自动焊机组焊接完成 25.6km。剩余4.4km 均为雅丹地貌山区困难段，除个别区域能够进行全自动焊“二接一、三接一”预制，其余山区需采用组合自动焊进行施工。受当地“百里风区”影响，每年 3 月-6 月、9 月-11 月为“风季”，阵风经常性达 10 级以上。考虑大风天气的施工风险高，山区段施工工效低，所以必须利用冬季少风天气进行管线下沟和山区段组合自动焊施工。为天气转暖后的土方回填和管线试压等创造条件。3 技术准备 3.1 焊接工艺 在开焊前，由业主方根据设计文件要求的施工与验收规范结合焊工技术水平编制设计与工程建设准则，根据主线路钢材材质（X80M）等因素拟定合适的焊接坡口、焊接电流、电压、焊接速度、送丝速度等参数，指导焊接作业，实施焊接工艺评定工作。3.2 冬季施工方案报批 冬季施工前施工单位根据本标段冬季施工内容编制冬季施工技术方案，尤其是针对施工难点和控制性工程项目结合实际，编制有针对性的、切实可行的方案，并对施工过程进行严密监控，确保冬季施工的质量、HSE 保证措施得以落实。由监理部、业主方审批后执行。3.3 焊接设备、材料 中国科技期刊数据库 工业 A-92-表 1 全自动焊接主要工艺参数 焊道 焊接 方法 焊接 方向 极性 电流(A)电压(V)摆动 宽度(mm)边缘 停留(s)送丝 速度(in./min)保护气 体流量(L/min)焊接 速度(cm./min)热输入（kJ/mm）根焊 GMAW 下向 DCEP 160-217 19-25/310-440 20-36 62-74 0.34-0.39 热焊（单枪）GMAW 下向 DCEP 173-273 20-25 0-1.3 0.00-0.02 440-575 20-36 56-77 0.39-0.50 填充（双枪）GMAW 下向 DCEP 115-228 20-26 1.7-3.4 0.02-0.05 255-470 20-36 29-52 0.45-0.71 盖面（双枪）GMAW 下向 DCEP 91-148 20-26 3.0-4.5 0.04-0.06 220-275 20-36 32-60 0.31-0.41 表 2 组合自动焊接主要工艺参数 焊道 焊接 方法 焊接 方向 极性 电流(A)电压(V)摆动 宽度(mm)边缘 停留(s)送丝 速度(in./min)保护气 体流量(L/min)焊接 速度(cm./min)热输入（kJ/mm）根焊 GTAW 上向 DCEN 113-170 9-14/10-18 5-8 1.29-1.68 热焊 GTAW 上向 DCEN 144-200 10-15/10-18 6-9 1.52-1.94 填充（单道）FCAW-G 上向 DCEP 152-216 20-26 2.7-8.2 0.23-0.55 190-269 25-36 16-24 1.10-1.35 填充（双道）FCAW-G 上向 DCEP 150-220 20-26 2.2-4.1 0.2-0.55 185-269 25-36 19-25 1.04-1.28 盖面 FCAW-G 上向 DCEP 155-209 20-26 3.1-5.2 0.15-0.55 190-250 25-36 17-27 1.09-1.21 管道焊接所用的组合自动焊机、全自动焊机、吊管机、焊条烘干箱等应选择工况良好、性能稳定，能满足现场作业需要的设备，设备上的仪表应齐全完好，以便于工艺参数的监测。为应对西气东输四线天然气管道工程冬季施工困难，我公司组织各施工机组采取了以下措施：3.3.1 发动机的预热及启动 考虑冬季设备提前预热，过程中人停机不停等确保设备运转正常，吊管机、移动电站、等使用-30#柴油、防冻液，配备低温润滑油等设备用油。设备启动，发动机、水箱均采用可燃油加热器或电加热器来解决，此外，还配备了适应低温环境的大容量蓄电池。全自动内焊机采用碘钨灯等设备进行加热，保证设备正常运行。3.3.2 启动后设备的保温和控温措施 为保证设备在低温环境下正常使用，采取了加装简易保温和控温装置：保温被、酒精干燥罐等，在保障温度的同时，在保温被材质方面考虑防火安全的要求。3.3.3 焊接工程车及电焊机 焊接设备及所用仪表一般能适应-20。全自动焊接采用熊谷 A808/48 内焊机和 A-610 全自动双枪焊机，组合自动焊接采用熊谷 A-305 全自动单枪焊机，其一般适应低温环境温度为-30。焊机开始使用前，宜进行焊接工艺参数适应性调试，待输出不失真后方可进行正式焊口焊接。焊机电源均设置于焊接工程车内部，利用设备扩散余热，可良好改善焊机周围环境温度。每个焊接工程车配备防风保温棚，保温棚内配备浴霸、碘钨灯、中频加热器或电加热器等加热措施，以保证每台焊接工程车在焊接过程中满足焊接工艺规程中环境温度及预热层间温度的控制。3.3.4 管道内焊机的气动内对口器 内焊机的气动内对口器在低温环境下使用时，会因压缩空气的冷凝产生冰冻（冰堵）现象，影响对口器启动马达、刹车装置、操作和控制阀等的正常工作，故宜在对口器和空压机之间加装空气干燥器，降低压缩空气的水分。起到防冻作用。当环境温度低于 0时，宜在内对口器匹配的空气压缩机出口处安装酒精罐，以使混有挥发的酒精的压缩空气进入对口器气体运行回路中，进而避免供气回路出现冰冻（冰堵）现象。3.3.5 焊接材料的控制 我公司在主线路和连头施工采用的焊丝为 ER80S-G 型号伯乐焊丝、ER80S-Ni1 型号林肯焊丝和 E91T1-中国科技期刊数据库 工业 A-93-K2MJH4 型号 HOBART 焊丝，使用时均不需要烘干预热。但返修采用的 E10016-G 型号神钢焊材使用前需按相关规定要求进行烘干。根据现场实际情况，E10016-G型号焊材作为冬季施工焊接材料管理重点。焊接材料储存库采取适当加热措施，保证室内温度达到 5以上，相对湿度不超过 60%，室内保持干燥、整洁、不存放有害物质。烘干箱应完好可靠，烘干时严格按照相应焊材烘干温度进行烘干处理，低氢型焊条的烘干温度为 350430，恒温时间为 1h2h。经烘干的低氢型焊条，应存入温度为 100150的恒温箱内，随用随取。在性能良好的保温筒内且不应超过 4h。施工现场当天未用完的焊条应回收存放，重新烘干后首先使用。重新烘干的次数不得超过两次。出现药皮裂纹、脱落及引弧帽脱落等质量问题的焊条不应用于管道焊接。库管人员根据烘干、发放回收情况做好记录，保证焊材使用跟踪。质量管理人员定期对焊材使用情况进行监督检查。当日未使用完的焊丝，如不从送丝机上拆除，焊丝盘采用保鲜膜进行包裹进行防潮处理，次日焊接时去除至少 2m 进行焊接。3.3.6 施工人员冬施保障措施 施工人员除常规劳保用品配备外，根据 HSE 管理要求，施工人员现场需配备冬季棉衣、棉鞋、棉手套、冬季安全帽等，每个机组现场需配备满足人员休息的暖棚、热水等，确保管理人员及施工人员冬季施工能够正常轮换休息。4 焊接过程的质量控制 冬季施工的焊接质量，我单位根据业主方关于加强在建工程冬季施工质量安全管理工作的通知、焊接工艺规程、质量管理体系等文件进行管控。4.1 焊前准备 4.1.1 堆管及管线布设 堆管场管道堆放不要超过 2 层，并采用加楔块或防滑档管等防滚管措施，派人经常进行巡查，防止滚管伤人。对于热煨弯头、冷弯管的堆放，管口必须进行封堵严密，禁止两端上翘，以防止雪水融化对管材产生腐蚀。冬季装卸材料和钢管时，特别注意吊车行走道路的路况及吊车摆放位置，吊车四脚必须垫实。起吊过程要轻吊轻放，以防止碰伤防腐层。严禁使用冻土块作为管道支墩。布管时的管墩顶部铺垫土袋与管道防腐层进行隔离，防止冻土块损伤防腐层。布管时，应保护好两侧管口的封堵，避免管子进沙土、雨雪。堆管墩时不应用含冰雪的冻土块，以免损伤防腐层。坡地已布管材应有防滑防滚管措施。4.1.2 管端清理与打磨 冬季施工管口组对前，首先去除管外端距管口 1m范围内的冰霜及管内的所有积雪或冰霜，清除钢管内表面的落土等污物。采用钢丝刷或电动钢丝刷将坡口端面及坡口处管端内外表面 20mm 油、漆、锈、毛刺等污物。管端内外制管焊缝的余高应打磨至 0.5 至1.0mm，打磨宽度不小于 15mm。4.1.3 管口组对 管口组对采用内对口器或内焊机组对，对口间隙、错边要符合焊接工艺规程要求，严禁强力组对和锤击。全自动焊接应在完成整周长根焊后方可撤离，若根部焊道承受敷设应力比正常情况高，且有可能产生裂纹时，宜在完成热焊道后撤离内焊机。组合自动焊接组对无法使用内对口器，针对外对口器组对时，应在根部完成管周长 50%以上方可拆卸外对口器，所完成的根焊应分为多段，且应均匀分布。组对完成后，在管工自检完成后，应由焊工按照焊接工艺规程要求进行验收，如验收不合格，焊工有权不进行焊接，并应及时向质检人员及组对管工反映情况。如焊工焊接组对不合格的焊口，由管工、焊工、质量管理人员共同承担相应责任。4.1.4 焊前预热 为防止低温裂纹及应变脆性裂纹、气孔等缺陷的产生，根据焊接工艺规程要求，焊前必须进行预热，而冬季施工焊前预热应高于焊接工艺规程要求下限值。而返修作业，不管环境温度和钢管壁厚是多少，都应进行预热，最低预热温度为 120。预热不应破坏钢管的内涂层和外防腐层。冬季施工管口预热范围为管端两侧各 75mm，预热过程中应检测预热温度是否均匀且达到预热温度的要求。预热方式采用中频感应加热进行焊口预热。无论采用哪种加热方式，均应保证焊口在 10min 内达到预热温度，且整个焊口温度均匀。4.1.5 焊接过程管理 焊接过程管控为冬季施工焊接质量管理的重中之重，焊接过程管理应严格执行焊接工艺规程、冬季施工技术措施等文件要求。当环境温度低于-10时，宜在整个焊接过程中采用伴随加热的方式来保证道间温度。组对、焊接过程中应在管端采取临时封堵措施，中国科技期刊数据库 工业 A-94-防止焊口快速冷却，焊缝没测保温宽度应不小于500mm。冬季施工焊接必须在防风保温棚内进行，保温棚内圈应与管子密实结合。环境温度低于-10时，不宜采用流水作业。环境温度大于-10时，流水作业的焊口宜在每层焊道完成后立即用干燥的保温被覆盖焊口，下道焊接工序开始前再清除焊口表面的熔渣。组合自动焊的送丝机、保护气体的气瓶等装置宜放置在防风保温棚内。当天焊接工作完成后，应注意封堵管端，防止冰雪吹入管腔。环境温度低于 5时，当天不能完成的焊口，应至少完成壁厚的 70%，且壁厚18.4mm 不少于 6 道，22mm 不少于 8 道，26.4mm 不少于 10 道，均应严于焊接工艺规程要求。环境温度低于-10时，当天焊口应当天完成。当环境温度低于-10时，连头短节切割前应对切割部位进行预热，预热温度不低于 60。连头组对的自由端长度不小于 60 米。连头焊接应当日完成。冬季施工返修施工必须严格执行冬季施工技术措施，缺陷清除后，应检查打磨部位及其附近的焊缝金属和母材，确认没有因打磨引起扩展裂纹。连头及返修施工必须提前 24h 通知监理人员现场旁站，未经监理人员旁站的连头口及返修口必须进行割口处理。监理人员对返修口、连头口进行旁站时，需着重检查确认机组返修口、连头口施工管理人员到岗履职情况、设备运行情况、相应施工焊工资质是否与实际施工内容相符、焊接工艺规程执行情况、冬季施工设施落实情况等，实际表明，这些检查内容对焊接质量及进度起到非常明显的作用。4.1.6 焊后缓冷及外观管理 盖面焊完成后，焊工及机组质检员应根据焊接工艺规程要求及时检查焊缝外观质量，对余高、咬边等缺陷进行修补，监理人员对焊缝外观质量进行抽查并监督检查质检员焊缝外观检查履职情况。外观检查结束后应立即采用保温石棉带（被）等进行焊后保温，保温宽度应不小于 500mm，长度比管道周长长 0.2 米，保温带要平整，厚度均匀、捆扎紧密，以焊缝为中心进行覆盖。待焊口冷却至 25以下时，方可撤除保温被进行清渣。拆除不用的保温被不能随意放置在雪地上，保温石棉带（被）应有专人收集进行烘干备用，不得随意扔放。条件允许时，可以将保温被放在 100的烘箱内。严禁将带雪或潮湿冰冷的保温带（被）直接覆盖在焊口上。5 质量监督检验 施工单位管理人员、机组质检员及监理人员应对冬季施工焊接质量进行焊前准备、焊接过程、焊后检查、资料及时、完整性进行全过程检查。特别是针对重点、难点部位加强焊接质量管控。项目 QHSE 部及工程技术部要定期针对冬季施工进行现场检查，检查机组管理人员履职情况，施工单位为工程实体质量的主控单位，西四线业主方在冬季施工期间着重检查了施工单位质量管控人员履职情况，检查监理人员的履职情况，并定期通过例会、质量分析会等方式通报冬季施工质量问题，阶段性查找焊口质量问题原因，制定相应管控措施，从管理抓起，逐步拓展到现场实体质量，从人、机、料、法、环五方面对冬季焊接施工从严管理。6 结束语 近年来，我国长输管道行业质量事故时有发生，而质量事故发生的原因绝大多数由焊接质量问题引起。冬季焊接施工作为焊接作业的薄弱环节，其管控措施已成为影响整体焊接质量的重要因素。西气东输四线工程作为国家重点工程，针对冬季施工焊接作业做了大量工作，从技术准备、到实体过程管理、再到总结分析，通过项目各部门和各施工机组的共同努力，圆满完成了建设任务，事实证明，冬季施工焊接质量在体系健全、准备充分、监管有效落实及时的前提下是是可以得到有效保障的。参考文献 1张骁勇,刘涛.油气长输管线现场焊接质量的质量控制J.石油工业技术监督,2005(12).