高壓天然氣管道不停輸帶壓焊接可靠性研究

謝晨光

摘要：與普通輸氣管道焊接作業相比，不停輸帶壓焊接作業的難點在于不停輸以及帶壓兩個方面，為了可以更加準確地對該類焊接作業的可靠性進行研究，筆者將從準備工作、靜態焊接、動態焊接等方面對該類焊接作業的實驗過程進行詳細地闡述，希望以下內容可以對從事天然氣運輸管道焊接崗位的相關工作人員有所裨益。

關鍵詞：高壓天然氣管道；不停輸帶壓焊接；可靠性研究

引言：

低碳經濟的發展逐漸成為未來幾年國內能源消耗的重要趨勢，而天然氣作為一種清潔、環保、高效的新型能源，其在能源匱乏的當今社會中有著非常巨大的發展空間。天然氣在運輸過程中不可避免地會出現一些故障問題，為了可以盡可能地避免因輸氣管道的局部故障而影響輸氣管道的整體運輸效率，工作人員通常會采用不停輸且帶壓焊接的方式來完成局部管道故障的處理，這也是筆者將要與大家進行重點探究的核心內容。

一、天然氣管道

顧名思義，該類輸氣管道主要是指工作人員在輸送天然氣的過程中所使用的干線管道，一般情況下，該類管輸氣管道的起始點一般以油田、LNG接收站為主，而終點則主要以城市內的配氣分站點為主。由于天然氣中含有大量的甲烷氣體，且平均含量約在80%以上，同時還含有乙烷、丙烷等氣態烴，此外還會含有少量的氦氣、氬氣等惰性氣體，因此工作人員在傳輸天然氣之前需要先對其進行凈化處理，以確保最終傳輸所得的天然氣所體現出的基本性能不會在傳輸過程中發生改變。

二、施工設備分析

與普通的輸氣管道相比，高壓狀態下的輸氣管道對于相關機械設備的要求更為嚴苛，隨著公路工程項目的數量在近幾年的不斷攀升，工作人員對輸氣管道在運輸過程中所使用的設備性能也提出了更高的要求和標準[1]。目前與天然氣輸氣設備相關的施工設備有開孔器、液壓站設備、開孔聯箱、封堵器、開孔刀、封堵聯箱等等。工作人員人員需要結合輸氣管道具體的焊接情況來選擇合適的機械設備來輔助工作人員完成相應的焊接作業。

三、焊接實驗研究

（一）準備工作

該焊接實驗中工作人員主要以L360的輸氣管道為主，其所對應的法蘭組件為Q345B，焊接材料則以4.0mm的J507焊條，輸氣管道的壓力值以0.8MPa為標準，開孔率則以0.8為主，工作人員通過使用兩種靜態焊接實驗方法和兩種動態焊接實驗方法對其來模擬輸氣管道在高壓狀態下進行天然氣運輸的過程中其內部氣體真實的流動情況，以此來更好地輔助工作人員完成對天然氣管道的帶壓焊接作業[2]。

（二）L360+Q345B靜態焊接

工作人員可以對L360和Q345B兩種不同型號的型鋼構件進行J507焊接實驗，在這個過程中所使用的法蘭組件的平均厚度為19mm，焊接實驗中所使用的輸氣管道厚度約為8mm。工作人員通過對不同型、貝氏體鋼構件進行實驗，并且對實驗后試件基本性能的檢測，將最終所得到的參數信息進行匯總如表1所示。通過金相實驗我們可以得出在焊接管道的過程中，焊接金屬組織中先后分解出了不同含量的鐵素體PF、鐵素體FSP、鐵素體AF、貝氏體、馬氏體等等。通過拉伸實驗工作人員可以得出焊接實驗中的型鋼在整個焊接過程中的不同焊接點位置處所對應的維氏硬度的具體數值，在此基礎上我們可以更加準確地判斷出靜態焊接實驗中輸氣管道在焊接過程中所體現出的可靠性情況[3]。對于天然氣輸送管道中的絕大多數焊接作業來說，輸氣鋼管自身的材料、熱影響區以及焊縫等位置出現不同程度上的斷裂情況均會對帶壓焊接作業最終在實際應用中所體現出的可靠性造成一定程度上的負面影響，對此工作人員應當結合GB/T 9711-2011《天然氣管線輸送鋼管》等相關設計標準來檢測最終的焊接效果，若能夠達到設計標準則該帶壓靜態焊接作業便具有良好的可靠性，反之亦然。

（三）L360+Q345B動態焊接

與上述我們所提到的靜態焊接實驗相對應的則是動態焊接實驗，為了可以更加直觀地幫助工作人員明確輸氣管道在不停止運輸的狀態下如何在較短的時間內完成帶壓焊接作業，實現對輸氣管道的快速搶修目標。針對這種情況工作人員設計了針對高壓狀態下輸氣管道的動態焊接實驗，相關參數信息如下：輸氣管道內的壓力值約為0.8MPa，法蘭組件Q345B的厚度約為19mm，輸氣管道L360的厚度約為8mm，焊接材料與靜態焊接實驗中所使用的焊接材料種類相類似，以4.0mm的J507焊條為主，工作人員在使用該類材料模擬焊接實驗的過程中所給予的焊接電流在140A-170A的范圍之內，與其相對應的焊接電壓則處于20V-25V的范圍以內。經過工作人員在高壓狀態下對輸氣管道所進行的動態模擬實驗，我們對動態焊接實驗后的輸氣材料進行參數信息的檢測，最終得出相應的實驗結果如下：編號為1的焊接試件寬度為25.6mm，厚度為8.0mm，斷裂荷載為104kN，抗拉強度為508kN，斷裂位置為熱影響區；編號為2的焊接試件寬度為25.1mm，厚度為8.0mm，斷裂荷載為101kN，抗拉強度為503kN，斷裂位置為母材；編號為3的焊接試件寬度為25.7mm，厚度為8.0mm，斷裂荷載為109kN，抗拉強度為530kN，斷裂位置為熱影響區[4]。通過動態焊接拉伸實驗我們可以得出以下結論：輸氣管道處于高壓狀態下進行焊接作業時，最容易出現斷裂情況的部位分別為母材和熱影響區。在金相實驗中我們可以進一步檢測出輸氣管道焊接位置處暫未殘留馬氏體等物質，該檢測結構符合GB/T 9711-2011這一標準中對于焊接鋼管所提出的金相實驗檢測標準，因此我們可以進一步明確高壓運輸管道在不停輸狀態下可靠性最高的焊接參數如下：焊接材料為J507，焊接電流為140-170A，焊接電壓為22-25V，焊腳尺寸為14-16mm。

四、結束語

雖然現階段國內一些用于運輸天然氣的輸氣管道在實際應用中依然會出現一些裂縫問題，對此工作人員應當及時地采取相應的焊接處理來有效地提高其自身的可靠性，為人們提供更加優質的天然氣供應服務，從而更好地為國內的天然氣運輸領域的長遠發展添加助力。

參考文獻

[1]崔強.天然氣管道不停輸帶壓封堵工藝技術研究[J].石化技術，2017，24（02）：296+292.

[2]馬振濤.天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創新技術[J].建材與裝飾，2017（47）：112-113.

[3]楊志煒，張瓊飛，蔡婷等.天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創新技術[J].天然氣工業，2012，32（02）：195-197.

[4]金勇.管道不停輸帶壓封堵施工新技術研究[J].科技創新導報，2013（34）：112-115.

（作者單位：遼河油田建設有限公司工程安裝四分公司）