基于全生命周期高含硫用雙金屬復合管的施工質量控制

劉雨果，孫玉偉，付強(西南油氣田公司安全環保與技術監督研究院，四川 成都 610000)

0 引言

劍閣區塊礁灘氣藏試采地面工程是西南油氣田公司2020年氣田開發重點地面建設項目，H2S含量為6.54%(摩爾分數)，屬于高含硫氣田，其內部集輸工程部分線路使用UNS N08825雙金屬復合管作為采氣管線，UNS N08825復合鋼管基于API Spec 5LD設計，并根據高含硫氣田的而相關要求對技術要求進行了補充，遵循基材承壓、襯層防腐的原則，旨在應用UNS N08825耐蝕合金層解決運行過程中高含H2S的腐蝕問題[1]。油氣管道的全生命周期是一項關乎全局又注重細節的系統性工程，隨著完整性管理技術的不斷進步，制造、施工階段是油氣管道全生命周期管理的關鍵環節?；诠艿廊芷诘墓芾硖攸c，在制造、施工階段對高含硫用UNS N08825雙金屬復合管質量管控進行分析。

1 工程用雙金屬復合管介紹

工程用UNS N08825合金襯里復合鋼管采用內脹式水壓復合工藝制造，基管使用L360QS無縫鋼管，厚度為8 mm，執行API Spec 5L 附錄H酸性環境用管要求，襯里使用UNS N08825直縫焊管，厚度為2.5 mm。管端不小于50 mm范圍內采用堆焊工藝堆焊后進行機加工，便于現場施工焊接。

2 制造階段的質量控制

2.1 基管性能要求

基管在進入內襯復合工序前，進行化學成分、力學性能、耐蝕性能等相關的技術要求復驗。要求鋼管母材平均晶粒度不低于7級?；艿牧W性能進行橫向低溫夏比沖擊試驗，并滿足試驗溫度-15 ℃，平均沖擊功不低于50 J，單個沖擊功不低于38 J的要求。

2.2 襯里復合質量

襯里復合鋼管的制造工藝為液壓復合工藝。復合鋼管裝配時濕度低于80%，碳鋼和耐腐蝕合金層表面溫度應至少保持在露點溫度5 ℃以上。裝配期間溫度和濕度連續測量并記錄，間隔時間不超過1 h。襯里復合鋼管制造過程中，采取有效措施確保夾層無水氣滲入。

2.3 堆焊管端

本工程中襯里復合鋼管管端均采用堆焊處理。管端的制造精度直接影響現場使用的組對焊接質量[2]。管端堆焊焊材為AWS ERNiCrMo-3，堆焊層不少于2層，管端堆焊層與UNS N08825合金內襯層結合處圓滑過渡，過渡臺階高度小于0.6 mm。利于現場組對及后續的返修，管端堆焊長度不小于50 mm，堆焊層厚度應為 3 mm(0，+2)。

2.4 成品管檢驗要求

2.4.1 尺寸及偏差

襯里復合鋼管管體的管體橢圓度不超過1.5%D，且最大不超過10 mm，管體外徑公差范圍：±0.75%。單根鋼管全長的直線度公差應小于0.15%L；直線度的最大偏差應為任意一米小于1.5 mm，鋼管整個長度的直線度偏差應在12 mm以下。應在兩個或兩個以上圓周位置測量鋼管的直線度。

2.4.2 硬度檢測

從已完成的襯里復合鋼管取樣進行襯里耐腐蝕合金管縱向直焊縫的維氏硬度檢測，硬度測試位置示意圖如圖1所示，襯里耐腐蝕合金管縱向直焊縫各區域的硬度平均值不得超過315 HV10，單個值不得超 345 HV10。

圖1 襯里耐腐蝕合金管縱向直焊縫硬度測試位置圖

2.4.3 腐蝕試驗

UNS N08825襯里復合鋼管需進行的腐蝕試驗內容、檢驗位置、檢驗方法及檢驗結果要求從下列方式選取。

(1)應力腐蝕開裂試驗(SCC)。采用ASTM G39“ 四點彎曲法”對耐腐蝕合金層母材及其縱向直焊縫、堆焊層進行試驗，要求試樣在10倍顯微鏡下觀察，其受拉應力面上不應有任何SCC表面裂紋或開裂。

(2)晶間腐蝕試驗。①采用ASTM G28 A法晶間腐蝕試驗對耐腐蝕合金母材及其縱向直焊縫進行試驗，要求不得超過0.5 mm/a。②采用ASTM G28 A法晶間腐蝕試驗對堆焊層進行試驗，要求不得超過1.0 mm/a。

(3)點腐蝕試驗。①采用ASTM G48 方法A 對腐蝕合金層母材及直焊縫進行試驗，要求平均腐蝕速率應不超過4 g/m2。②采用ASTM G48 方法A 對堆焊層進行試驗，要求平均腐蝕速率應不超過4 g/m2。

(4)氫致開裂HIC。采用NACE TM0284標準中試驗方法對基材進行試驗，要求裂紋長度率(CLR)≤10%，裂紋厚度率(CTR)≤3%，裂紋敏感率(CSR)≤1%。

2.4.4 水壓試驗

對于不同類型及規格的復合鋼管，均進行水壓試驗，且試驗壓力產生的環向應力達到基管名義屈服強度的95%。每根復合鋼管在室溫下進行水壓試驗，且穩壓時間不小于 20 s。復合鋼管水壓試驗完成后，管子應被干燥。用于試壓的新鮮水中Cl-濃度不高于50 mg/kg。

2.4.5 襯里復合管塌陷試驗

為避免外防腐涂層施工對襯里復合鋼管性能的影響，襯里復合鋼管進行塌陷試驗。 完成堆焊后，每個試驗批抽取一根復合鋼管，對整根復合鋼管加熱到240 ℃，保溫15 min后，對內襯管進行內窺鏡檢查，應無鼓包、波痕、彎曲和裂紋。

3 施工階段的質量控制

3.1 焊接工藝確定

基于雙金屬復合管本身的特性，焊接時容易出現復層和基層的界面處出現缺陷，同時，基層碳鋼中的碳元素向耐蝕合金層擴散，會降低焊縫的耐蝕性能。整體采用AWS ERNiCrMo-3作為焊接材料進行復合管的焊接。在參考管材制造廠家管端堆焊的焊接工藝評定的基礎上，結合施工現場的施工條件，確定水平段采用自動焊、斜坡段采用手工氬弧焊作為現場施工的焊接工藝[3]。要求施工單位編制專項施工方案，焊接前進行焊接工藝評定，焊接工藝評定的檢驗內容需包含技術規格書中涉及的力學性能、金相、HIC、SSC、SCC、晶間腐蝕、點蝕等全部內容，并邀請見證商全程見證，發現焊接工藝評定過程中易出現的問題并記性記錄，在現場施工作業時避免類似問題再次出現。

施工作業前編制焊接工藝規程，對作業過程中的各項質量控制措施進行詳細規定，并派擬進行焊接作業的人員接收管材制造廠家的焊接工藝及操作培訓，考試合格后方可上崗焊接。

3.2 無損檢測方法確定

確定焊接工藝后，根據現場焊接采用的焊接工藝，確定使用AUT、PAUT、X射線檢測等與焊接工藝相適用的無損檢測方法，對已焊接的焊縫實施無損檢測。要求在焊接完成6 mm厚時進行第一次檢測，檢測方法使用X射線數字成像，實時出具檢測結果。

3.3 作業現場焊接質量控制

基于雙金屬復合管的特殊性，坡口打磨時使用專用磨具。根據技術規格書的要求篩選橢圓度相似的管道組對，條件允許試時必須使用內對口器，均勻錯邊，保證耐蝕合金復合層的組對質量。根焊焊接前進行背部保護氣氧體積分數的測量，氧氣體積分數降到焊接工藝規程要求以下時，方可進行根焊焊接。焊縫金屬填充6 mm以上時方可撤除背部充氬氣的氣體保護。焊接作業時嚴格執行焊接電流、電壓及送絲速度，控制焊接線能量，嚴格控制焊縫金屬的稀釋率，把焊接缺陷風險降到最低[4]。

4 結語

基于管道全生命周期的雙金屬復合管質量控制是一項系統性工程，在制造階段質量控制決定現場施工作業的施工工藝與質量控制措施，是雙金屬復合管長期平穩運行的基礎。施工現場的焊接工藝及質量控制措施需依據關鍵質量控制點進行，焊縫無損檢測的方法及評定結果是焊接接頭質量的根本保證。UNS N08825雙金屬復合管作為高含硫氣田開發用集輸管道是一項技術復雜的應用，本文總結的質量控制措施對高含硫氣田雙金屬復合管的應用具有一定的參考價值。