小口徑不銹鋼管道下向焊技術(shù)在油田地面管道中的應用

大慶油田地面不銹鋼管道施工中，φ219mm以下的小口徑不銹鋼管道所占比例較大。上述不銹鋼管道焊接大多采用焊條電弧焊上向焊或鎢極氬弧焊打底，二者經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)已非常成熟，應用廣泛，為油田地面產(chǎn)能建設(shè)做出了貢獻。但二者也存在著無法克服的缺點，即焊條上向焊打底合格率低，對焊工技術(shù)水平和責任心要求高；鎢極氬弧焊雖然質(zhì)量好，但易受風速等環(huán)境因素影響，且效率低，成本高。而纖維素下向焊焊條由于具有較大的電弧吹力和熔透能力，對不銹鋼管道的對口要求較寬松，焊縫背面成形好，氣孔敏感性小，易于獲得高質(zhì)量的焊縫等特點，因此特別適合打底焊。隨著纖維素焊條在大口徑不銹鋼管道上的成功應用，設(shè)想將下向焊技術(shù)應用到小口徑不銹鋼管道打底焊中，以提高中小口徑不銹鋼管道的焊接效率和合格率。本革新就是在此問題基礎(chǔ)上，通過使用不同直徑的纖維素焊條，對φ219mm以下的小口徑不銹鋼管道，尤其是φ48～φ114mm不銹鋼管道進行了大量下向焊打底試驗，并與上向焊就效率等方面進行了對比。試驗結(jié)果證明，選擇合適的纖維素焊條焊接小口徑不銹鋼管道是完全可行的。2. 存在問題及解決措施上向焊在多年應用中逐漸暴露出打底速度慢、根部成形合格率低的缺點，其總體探傷一次合格率大致在70%～80%，且缺陷主要集中在根部焊道，主要表現(xiàn)為單邊未熔合、背凹、未焊透等，如圖1、圖2所示。針對普通焊條上向焊在油田地面管網(wǎng)中存在的的缺點，培訓中心根據(jù)實際焊接需要，將中小口徑低壓不銹鋼管道打底方式進行改進。主要革新內(nèi)容包括：將酸性或堿性焊條換成纖維素焊條；將焊接方向由上向焊調(diào)整為下向焊；對于φ114mm以下不銹鋼管道，采用特制φ2.5mm焊條（見圖3）代替φ3.2mm焊條。

具體解決措施如下：

（1）焊條的選用

小口徑不銹鋼管道曲率大，操作難度比大口徑不銹鋼管道要大，由于現(xiàn)有φ3.2mm焊條直徑粗，焊縫成形不易控制，難以應用在φ114mm以下不銹鋼管道，所以φ114mm以下不銹鋼管道應使用φ2.5mm焊條進行打底焊。雖然國內(nèi)目前沒有φ2.5mm纖維素焊條出售，但與相關(guān)廠家協(xié)商已解決此問題。

（2）組對方式的確定

以往大口徑不銹鋼管道一般都使用內(nèi)對口器進行組對，而小口徑不銹鋼管道沒有適合下向焊應用的對口器，因此我們使用外對口器或采用根部定位焊法。由于地面不銹鋼管道基本都為低碳鋼，裂紋傾向不明顯，所以采用根部定位法更能體現(xiàn)出下向焊速度快、效率高的優(yōu)勢。

（3）焊接工藝和操作手法的更新

小口徑不銹鋼管道所需焊接電流和操作手法與大口徑不銹鋼管道不同，合適的焊接參數(shù)和良好的操作手法是保證小口徑不銹鋼管道根部成形的基礎(chǔ)，而二者只能通過大量試驗和培訓進行總結(jié)。經(jīng)過試驗，應用改進后的焊接工藝焊接一次合格率達到95%以上，效率提高10%以上。

3. 應用情況分析

（1）應用現(xiàn)狀

該革新已在我公司承擔的第四采油廠杏十二注水站改擴建工程、采油一廠新中508轉(zhuǎn)油站更新工程中進行了應用，效果較好，合格率分別達到了97.8%和98.5%。中貴聯(lián)絡(luò)線工程隴南支線天然氣不銹鋼管道工程正在應用中，目前，已焊接焊口近30道，合格率達到了100%。

（2）取得的經(jīng)濟效益和社會效益在經(jīng)濟效益方面，按照上述方法施工，可大大提高工藝不銹鋼管道施工速度，縮短了工程的施工工期。按焊材價格對比，纖維素焊條32元/kg，低氫焊條9元/kg，簡單對比可見焊接材料成本有所增加，但打底焊效率提高了1倍，使人工費用、機械費用大大降低。探傷一次合格率可達95%以上，大大節(jié)省了返修成本。在社會效益方面，小口徑不銹鋼管道焊條下向焊焊接方式在大慶地區(qū)產(chǎn)能工程建設(shè)中首次采用，在傳統(tǒng)焊接的基礎(chǔ)上豐富了不銹鋼管道安裝的焊接方式，提高了工藝不銹鋼管道安裝速度，可使工程建設(shè)速度大大提高。

（3）詳細測算或評價依據(jù)以正在施工的中貴聯(lián)絡(luò)線工程隴南支線天然氣不銹鋼管道工程φ219mm×5.6mm鋼管為例，進行經(jīng)濟評估。該工程不銹鋼管道材質(zhì)為L290，不銹鋼管道全長85km，焊口數(shù)約9500道，業(yè)主要求采用氬弧焊打底。根據(jù)計算，材料方面，氬弧焊打底每道焊口約熔敷金屬0.57kg，9500道共需熔敷金屬5415kg。而整根焊絲利用率約80%，這樣約需焊絲6770kg，按單價12.10元/kg計，合計金額約8.2萬元；對于φ219mm管，1瓶氬氣打底時可焊約20道焊口，9500道焊口約需氬氣475瓶，按單價120元/瓶計，合計金額約5.7萬元，焊材與氬氣合計13.9萬元。采用下向焊，約需焊條7735kg，按單價32元/kg計，合計金額約24.75萬元。效率方面，手工鎢極氬弧的焊焊接速度為4～6cm/min，而下向焊焊接速度為12～15cm/min。對于φ219mm不銹鋼管道，單道焊口打底手工鎢極氬弧焊約13.2min，而下向焊約5min，相比可節(jié)約8.2min/道。9500道口共計可節(jié)省焊接時間約1298h。按每天工作8h，人工費200元/天計，可節(jié)省人工費2.6萬元。再加上氬氣運輸費、返修費、臺班費等，總成本基本與使用下向焊相當，甚至超出。

4. 結(jié)語

隨著大慶油田油氣當量穩(wěn)產(chǎn)4000萬t戰(zhàn)略的實施，近年來在石油儲備、場站建設(shè)等地面工程項目上投資巨大，一批新建、改擴建重點工程不斷實施，這些工程的實施給小口徑不銹鋼管道下向焊的推廣應用提供了有利條件。從長遠看，隨著纖維素焊條的推廣應用，其價格也必將回歸到合理水平，反過來價格的下降又會促進纖維素焊條更大規(guī)模的應用，從而形成價格與應用規(guī)模的良性循環(huán)。