某項目海底管線環(huán)焊縫的質(zhì)量控制

＊常永剛王長安楊專釗吳金輝于剛

（1.北京隆盛泰科石油管科技有限公司 北京 100101 2.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 710077 3.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司鋼管公司 內(nèi)蒙古 014010）

某項目海底管線環(huán)焊縫的質(zhì)量控制

＊常永剛1,2王長安1,2楊專釗1,2吳金輝1,2于剛3

（1.北京隆盛泰科石油管科技有限公司 北京 100101 2.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 710077 3.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司鋼管公司 內(nèi)蒙古 014010）

海底管道建設(shè)方興未來，海底管道施工存在著很多自身特點。相比于陸地管道，投資大、鋪設(shè)難度大，受很多外界因素的影響。這給環(huán)焊縫質(zhì)量的控制也帶來了很多阻力。本文通過某項目海底管道建設(shè)，介紹了海底管道環(huán)焊縫質(zhì)量的控制。

海底管道；環(huán)焊縫；射線檢驗

隨著全球范圍內(nèi)的能源緊缺，2004年開始，我國海洋油氣資源開發(fā)進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)階段。預(yù)計石油儲量為275．3億噸，天然氣儲量為10．6萬億立方米。目前原油的發(fā)現(xiàn)率僅為18．5%，天然氣發(fā)現(xiàn)率僅為9．2%，極具開發(fā)潛力。開發(fā)海洋油氣資源已成為國家重大能源戰(zhàn)略舉措。

隨著海洋油氣資源的大規(guī)模開發(fā)，作為海洋油氣資源重要輸送工具的海底長輸管道建設(shè)也迎來了高峰。質(zhì)量是建設(shè)海管的重中之重。為了確保質(zhì)量我們就得從施工過程中每一個細(xì)節(jié)抓起。本文就以某項目海底管道建設(shè)為例，重點闡述在海管建設(shè)中如何控制環(huán)焊縫的質(zhì)量。

1.海管鋪設(shè)的流程

(1)鋪管船的作業(yè)線介紹

該項目海底管道的施工單位為韓國現(xiàn)代重工公司，韓國現(xiàn)代重工海上施工經(jīng)驗豐富，曾參與過多處海洋工程的施工，鋪管船裝備先進(jìn)，工作效率較高。此次參與該項目的鋪管船均為大型專業(yè)船只。鋪管船的作業(yè)線如圖1所示。

圖1 鋪管船作業(yè)線示意圖

(2)海管鋪設(shè)各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制要點

由于管道鋪設(shè)的所有的工作都要在面積有限的甲板上進(jìn)行，要順利開展工作，工作線上的各個環(huán)節(jié)就必須保證流暢、環(huán)環(huán)緊扣。鋪管作業(yè)線環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制要點包括：首先配重鋼管管端嚴(yán)禁接觸銅、金等低熔點金屬；其次是檢驗管子的水泥配重層是否滑脫、斷裂等，以及配重管的長度、直度、橢圓度等外觀參數(shù)；第三是管端坡口加工、預(yù)熱、組對時應(yīng)該注意坡口角度、鈍邊厚度等參數(shù)，以及注意預(yù)熱溫度的控制、錯邊量、對口間隙的控制；第四是焊接時要注意焊絲的角度、焊接速度、焊接電流、電壓的控制，同時注意保護(hù)氣體的供給；第五是焊縫表面的打磨、外觀檢驗、射線探傷，這個環(huán)節(jié)應(yīng)該注意射線曝光參數(shù)的控制以及射線的防護(hù)工作；第六是防腐、澆注馬蹄脂、下水。這個環(huán)節(jié)應(yīng)該注意，在纏繞熱縮帶之前環(huán)焊縫表面的飛濺等雜物應(yīng)該清理干凈，以及澆注馬蹄脂時必須盡量充分。

2.鋼管的焊接

(1)海管施工過程的受力特點

海上施工受到環(huán)境的約束很大，風(fēng)、浪、涌無時無刻都在干擾施工，鋼管在海水中受力是非常錯綜復(fù)雜的，海管在鋪設(shè)時受到的力有：自重而產(chǎn)生的應(yīng)力、涌浪沖擊而引起的應(yīng)力、漲緊器產(chǎn)生的張力而產(chǎn)生的縱向應(yīng)力、管道外部的靜水壓力、以及海床的起伏引起的管道在垂直方向和水平方向彎曲而產(chǎn)生的應(yīng)力。

(2)焊接工藝的選擇

海底管線的復(fù)雜受力情況要求，鋼管從施焊到入水的周期要盡可能的短，這樣才有利于管道的安全,而作為管線質(zhì)量的薄弱點的環(huán)焊縫，其質(zhì)量本身應(yīng)該穩(wěn)定，少出現(xiàn)缺陷，少出現(xiàn)返修。這樣也就有效的縮短了管線在水中漂浮的時間。焊接質(zhì)量很大程度上取決于焊接工藝，因此焊接工藝的選擇就尤為重要。由于傳統(tǒng)的手工焊方法，生產(chǎn)效率低、難以保證環(huán)焊縫質(zhì)量，不能適應(yīng)海上施工特殊環(huán)境的需要。故此該項目管線鋪設(shè)工程采用U型坡口、多層雙絲熔化極氣體保護(hù)電弧焊的焊接工藝。保護(hù)氣體采用：CO2和Ar2的混合氣體。此焊接方式相比于手工焊的優(yōu)點有：有更高的生產(chǎn)率；增加焊接覆蓋面；能改善焊后環(huán)焊縫的強(qiáng)度、韌性；減少焊接缺陷及人為誤差；降低焊工體力勞動強(qiáng)度；焊接技術(shù)易于掌握；對大管徑，厚壁管減少勞動量和設(shè)備；易于適應(yīng)質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的要求。

(3)管端坡口的選擇

選擇合適的坡口形式不僅可以節(jié)省焊材，同時可以有效減少缺陷發(fā)生的幾率。針對本工程所采用的自動焊的特點，該工程所采用的各層焊道設(shè)計如圖2所示：共分為四道焊接，第一道焊接為根焊、第二道為焊接填充焊道1、第三道為焊接填充焊道2、第四道為蓋面焊。

這種焊接工藝的優(yōu)異，可以通過施工反映出來。表1是對該工程28〞部分海底管線不合格焊縫的統(tǒng)計。相比于同等管徑的陸地管線，其焊口一次合格率大大提高。

圖2 管端坡口及各層焊道的設(shè)計

表1 28〞部分海底管線不合格焊縫的統(tǒng)計

3.環(huán)焊縫的無損探傷

利用海底管道輸送油氣，雖然一次性投資很大，但鋪設(shè)后，由于海底管道本身不受天氣的影響，從而可以使其經(jīng)濟(jì)效益顯現(xiàn)出來。而要確保這種輸送工具的安全可靠，我們在安裝的時候就要確保其質(zhì)量。這種保證來自于無損探傷對環(huán)焊縫質(zhì)量的評定。

(1)環(huán)焊縫的無損探傷方法

從世界范圍內(nèi)看，就已建成的海底管道看，對環(huán)焊縫質(zhì)量的檢測主要采用射線檢驗這種方式，由于它檢測速度快，檢測結(jié)果直觀、可靠，并且有底片這種記錄介質(zhì)，利于資料的保存。因此本工程采用了：100%RT+100%UT（6點位置存在鋼絲繩處）的檢驗方法。

(2)環(huán)焊縫射線檢驗的要求

對海管環(huán)焊縫射線檢驗要求有：

①海上施工費用高，受氣候影響大，要求爭分奪秒的加快施工速度，以便縮短工期，降低成本。整個鋪管工作為一流水作業(yè)線，射線檢驗是其中一個重要環(huán)節(jié)，要求檢驗時間越短越好，不能因為檢驗而影響施工進(jìn)度。焊接完畢的焊縫到達(dá)第5站時，盡管焊縫還很熱，但是在墊了隔熱層之后，立即拍片。拍片動作要快，沖片時間要短，對焊縫的質(zhì)量評定要迅速準(zhǔn)確。②射線檢驗應(yīng)在外觀檢驗合格后進(jìn)行。采用的射線拍片工藝是X射線爬行器360°周向曝光法。③所有環(huán)焊縫均需進(jìn)行100%射線檢驗。不合格的最多經(jīng)兩次返修，返修部位檢驗合格后方可走管，否則必須重新焊接。④為了保證射線檢驗的質(zhì)量，必須事先編制檢驗程序。對檢驗所用的設(shè)備材料工藝射線底片黑度范圍靈敏度以及驗收標(biāo)準(zhǔn)操作人員資質(zhì)等做出要求。國內(nèi)海管建設(shè)方面目前基本使用的標(biāo)準(zhǔn)為DNV和API相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。⑤射線檢驗安全防護(hù)措施：射線拍片現(xiàn)場必須具備鉛房，射線檢驗人員工作時佩帶射線監(jiān)測儀表，同時編制安全操作制度。

(3)對環(huán)焊縫主要缺陷的分析

如圖3所示，為了控制管線的質(zhì)量，作者對該工程28〞部分海底管線不合格焊縫進(jìn)行了統(tǒng)計，并且對結(jié)果進(jìn)行了分析。環(huán)焊縫的一次合格率達(dá)到98%以上，比同類管線合格率約高出10個百分點。并且缺陷的種類也相對單一，如圖3所示，在所有103道不合格環(huán)焊縫中，未焊透共有84道，占所有缺陷的81．6%。

圖3 各種缺陷所占比例

①未焊透影像表面特征：焊縫中心部分呈規(guī)則性的邊緣整齊的直線，成連續(xù)的或間斷的黑色條紋，產(chǎn)生原因是焊縫坡口鈍邊的根部未完全熔化。②未焊透的類型及形狀：分為雙面未焊透與單面未焊透兩種。本工程由于焊接工藝原因，未焊透缺陷產(chǎn)生的部位為焊縫根部。③未焊透的危害：它是一種比較危險的缺陷，其危害性取決于缺陷的形狀、深度、長度。它不僅降低了焊縫接頭的機(jī)械性能，而且在未焊透外的缺口和端部形成應(yīng)力集中點，承載后往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷，在受壓焊縫中，一般是不允許存在的。④未焊透產(chǎn)生的原因：針對本工程的焊接工藝特點以及坡口的設(shè)計形式，未焊透缺陷的原因主要是對口間隙過小和焊接速度過快等原因共同作用產(chǎn)生的。⑤未焊透的防止措施：嚴(yán)格執(zhí)行坡口的加工工藝，注意控制對口間隙以及焊機(jī)的焊接速度和其他相關(guān)參數(shù)。

4.結(jié)束語

本文通過對某工程海管鋪設(shè)的質(zhì)量控制點進(jìn)行了簡單介紹，并對海上施工的特殊工藝進(jìn)行闡述進(jìn)一步對環(huán)焊縫缺陷產(chǎn)生的原因加以分析，并在工作過程中反饋給相關(guān)崗位，加以改進(jìn)，最終將環(huán)焊縫的一次合格率提高到了98．4%。這個為工程的順利完工打下了堅實的基礎(chǔ)，目前該條管線已經(jīng)投入使用，運(yùn)行狀態(tài)良好。通過寫出作者本人現(xiàn)場的實際經(jīng)歷及總結(jié)，希望能對以后的海管建設(shè)項目提供些許參考。

[1]中國機(jī)械工業(yè)學(xué)會無損檢測分會．射線檢測,機(jī)械工業(yè)出版社,2004．2．

[2]王寶昌．海底輸氣管道強(qiáng)度設(shè)計．石油規(guī)劃設(shè)計,1997．4．

[3]王鴻捷．管道環(huán)焊縫的自動焊系統(tǒng)．天然氣與石油,1994．4．

[4]段紹林．鋪管作業(yè)中海底管道焊縫的射線檢驗．中國海上油氣(工程),1994．4．

常永剛（1979～），男，中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，研究方向：油氣輸送管道及石油裝備無損檢測、質(zhì)量控制。

(責(zé)任編輯高鎮(zhèn)峰）

The quality control methods of girth-weld of ChunXiao submarine pipelines project

Chang Yonggang1,2, Wang Chang’an1,2, Yang Zhuanzhao1,2, Wu jinhui1,2, Yu gang3
(1.Beijing Longshine Oil Tubular Technology Co. Ltd, Beijing, 100101 2.CNPC Tubular Goods Research Institute, Shanxi, 710077 3. Baosteel Seamless Tube Mill, Neimenggu, 014010)

The construction of submarine pipelines is in the ascendant, it has many different aspects compared to pipelines on land． Such as: more investment、more difficult to construct、more easier affected by environment and weather． All this make the quality control methods of girthweld more difficult． This paper introduced the quality control methods of girth-weld of via the project。

submarine pipelines；girth-weld；X-ray inspection

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