讓納若爾油田天然氣處理及綜合利用工程焊接技術

賈倫

一、工程概況及特點

哈薩克斯坦讓納若爾油田天然氣處理及綜合利用工程第三油氣廠II、III期項目位于哈薩克斯坦共和國阿克糾賓州的穆戈賈爾區，整套裝置的基礎設計和詳細設計由中國石油集團工程設計有限公司西南分公司負責，我公司負責其中17臺容器的焊接及制造。

該地區年氣溫從-40℃（1、2月份）到40℃（7月份）溫差較大，而且讓納若爾油田的天然氣含硫量偏高，介質為含濕H2S的燃料天然氣，對容器抗腐蝕能力要求較高。因此，該工程有10臺容器材質設計為Q345R(R-HIC)、Q245R（R-HIC），并要求殼體主要受壓元件材料及焊縫需進行抗氫致開裂（HIC）試驗和抗硫化物應力開裂（SSCC）試驗。

我們項目部根據材料的特殊性、國際項目的重要性、設計的相關要求及施工細節的具體要求，參考了國內外先進的、適合我公司現有設備和技術能力的焊接方式方法。在焊接材料選取、焊接參數選擇等方面進行了多次試驗，以保證焊接接頭的焊接質量及低溫韌性符合要求。最終對不同的容器直徑及焊接部位分別制定了適用、高效的焊接方法及工藝。

二、關鍵焊接技術

1.焊接工程主要施工特點

10臺容器材質為Q345R(RHIC)、Q245R（R-HIC），介質為含濕H2S的燃料天然氣。這10臺容器中筒體最長為段塞流捕集器，由4段殼體組成，每段殼體分為上下兩層，上層8m，下層60m。容器殼體直縫總長272m，環縫總長532m。設計要求接觸介質的殼體主要受壓元件材料及焊縫應具有抗HIC和SSCC性能，受壓元件材料和焊縫應做抗氫致開裂（HIC）試驗和抗硫化物應力開裂（SSCC）試驗。因此在焊接材料選取方面選用專用焊接材料，焊接工藝方面合理選擇焊接參數，控制焊接熱輸入，以保證焊接接頭的焊接質量及低溫韌性要求。

2.焊接方法選擇

直縫采用埋弧焊，環縫根據殼體直徑大小采用不同的焊接，工藝。φ2 000mm以上殼體環縫焊接根據生產情況采用了雙機單絲同時同步外環縫焊接以及內外焊縫同時同步埋弧焊接工藝。φ2 000mm以下殼體內環縫采用自動MAG焊（75%～80%Ar+25%～20%CO2配比混合氣體保護焊），外環縫采用埋弧焊。

直徑為500mm的接管及配件與殼體的焊接采用半自動MAG焊。我公司常用的是80%Ar+20%CO2的混合氣體，由于混合氣體中氬氣占的比例較大，故常稱為富氬混合氣體保護焊。在這批產品中采用MAG焊短路過渡進行焊接，包括與產品筒體接觸的正接管、斜插管、大小口、大法蘭等，從而使產品獲得穩定的焊接工藝性能和良好美觀的焊接接頭。≥φ500mm的接管為了提高生產效率還使用了馬鞍形埋弧焊。焊接效率遠遠大于焊條電弧焊，而且超聲一次檢測合格率高。小直徑接管與法蘭的對接焊口使用鎢極氬弧焊，單面焊雙面成形，無需打磨處理。

焊接工藝評定

3.焊接工藝評定

按照此項目容器的設計溫度及相關參數，并依據TGS Z6002《固定式壓力容器安全技術監察規程》的要求，根據廠內設備、工裝及人員條件選取合理的焊接方法，并按NB/T47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》進行焊接工藝評定，具體評定項目如附表所示。

通過評定結果顯示所采用的焊接材料、焊接方法、焊接熱輸入能夠滿足材料力學性能、化學成分的要求，因此可以此為依據制訂焊接工藝。

圖1 筒體內外環縫同時同步焊接

4.關鍵焊接工藝方法

（1）管徑≥2 000mm筒體B類焊縫焊接 采用雙機單絲內外環焊縫同時同步埋弧焊（見圖1）。使用同一焊接滾輪架，外環縫采用伸縮臂式埋弧焊機，內環縫采用伸縮臂式埋弧焊機或小車式埋弧焊。第一道外環縫焊接完成后，內環縫清根的同時可以焊接下一道外環，清根結束后馬上進行第一道內環縫的焊接，第二道外環縫焊接同時進行。第一道內環縫與第二道外環縫同時焊接減小了筒體焊接變形，保證了筒體直線度。同時第一道內環縫的焊接也起到了對第一道外環縫焊后消氫的作用。

此外，也采用了外環縫雙機臂單絲同時同步埋弧焊的焊接方法（見圖2）， 由于都為兩道環縫同時同步，因此與單機臂埋弧焊相比，焊接效率大大提高的同時焊接合格率也不會受到影響。

圖2 筒體雙機組同時焊接環縫

（2）管徑≤2 000mm筒體B類焊縫焊接 采用自動MAG焊。MAG焊焊縫成形美觀，同時減少了工人在狹窄作業空間的勞動強度，大大的提高了生產效率，外環縫采用埋弧焊。

（3）管徑≤500mm接管、墊板、其他配件與筒體以及筒體內件焊接 采用半自動熔化極混合氣體保護焊（MAG）+藥芯焊（FCAW），提高了電弧的穩定性，不僅焊接飛濺小，而且在較小的臨界電流下能夠獲得穩定的軸向射流過渡和脈沖射流過渡，熔敷效率高，元素燒損程度輕，焊縫成形美觀（見圖3）。

(4) DN≥500mm大接管與殼體的焊接 使用馬鞍形埋弧焊，實現自動化焊接，減少了焊條電弧焊的使用，焊接效率大大提高，減少了人為因素對焊接合格率的影響。使用該焊接方法超聲一次檢測合格率很高。

（5）小直徑接管與法蘭的焊接 對接焊口使用鎢極氬弧焊焊接，單面焊雙面成形，無需打磨處理。

5.焊接檢測系統的使用

使用德國HKS焊接檢測系統對過程質量進行在線監測。檢測的過程中完成了以下工作：①焊接過程參數的記錄。②對焊接記錄進行篩選、統計。③焊接缺陷的在線探測。④焊接質量的評定。⑤焊接設備的校準。⑥焊接過程的分析。⑦通過分析，做工藝評定及優化焊接工藝。⑧通過分析，識別設備及工件出現問題。

通過此對此監測系統的全面應用，保證了對產品過程質量的控制，減少了缺陷的產生，大大提高了產品一次檢測合格率。

三、焊接設備、焊接材料應用情況

1.焊接材料

在此工程焊接過程中使用的焊材有焊條J427SHA、J507SHA，氬弧焊絲ER50—6，埋弧焊絲H09MnSHA，埋弧焊劑SJ204SHA，實芯氣體保護焊焊絲S-6。

圖3 半自動熔化極混合氣體保護焊（MAG）+藥芯焊（FCAW）

2.焊接設備

本工程使用的主要焊接設備有：2臺懸臂式埋弧焊機，2臺小車式埋弧焊機，5臺半自動氣體保護焊焊機（配備5臺氣體配比器），馬鞍口埋弧焊機1臺，鎢極氬弧焊焊機1臺，德國HKS焊接監測系統1套。這些設備的合理應用大大提高了生產效率，同時保證了產品一次無損檢測合格率。部分焊接設備如圖4～圖7所示。

圖4 馬鞍口埋弧焊機

圖5 德國HKS焊接監測系統

圖6 林肯埋弧焊機

四、結語

圖7 奧太氣體保護焊機

由于合理的配備了人力物力資源，同時制定了合理的焊接工藝措施，僅用了127天的時間就圓滿的完成了17臺大型容器的預制任務，而且焊接合格率大大提高，其中主體焊縫射線一次合格率99.5%，產品檢驗合格率100%。此外，該工程大大降低了焊材使用成本以及焊工勞動強度，節約了焊工勞務費，無損檢測費用。整個工程節省資金146.2萬元，并且工效得到了大幅度的提高。