油气储运施工-第三章管线的施工

1管线的施工第三章管线的施工第三章管线的施工2管线的施工管道连接方法有很多种，最常用的有焊接、法兰连接、螺纹连接、承插连接和胀管连接等五种。施工中，应根据管材、管径、壁厚、工艺要求以及施工现场的具体条件等不同情况，分别选用各种不同的连接方法。3.1管道的焊接3管线的施工¾焊接连接是工程中最重要而应用最广泛的连接方法。¾焊接是指通过加热或（和）加压，用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。−焊口强度高，严密性好，不需要配件，成本低，使用维护方便；−不能拆卸，接口操作工艺要求较高。−焊接的方法很多，有气焊、手工电弧焊和手工钨板氩弧焊。4管线的施工管口焊缝主要分为三个层次施焊：™第一层为根焊，将对口后的两根管子连结；™第二层为填充焊，将两个管口坡口形成的凹度（即钢管壁厚深度）用焊接材料填平；™第三层为盖面焊，使管口焊缝外观成型。5管线的施工管道组装与焊接的施工流程管道组装与焊接的施工流程6管线的施工3.1.1氧-乙炔焊（气焊）¾利用气体燃烧火焰作热源的熔焊叫气焊，可用来焊接DN80mm、壁厚4mm以下的碳钢管、铜管、铝管、铅管等。特殊情况下，也可用于管径较大管壁较薄的管子焊接，但是不锈钢管道不准许用气焊进行焊接。¾由于气体火焰温度低（3100～3300℃），热量比较分散，生产效率低，焊接变形大，接头性能较差。7管线的施工¾氧气切割：利用金属在高温（金属燃点）下与纯氧燃烧的原理而进行的切割。¾原理：预热——燃烧——吹渣。气割气割8管线的施工氧气切割条件氧气切割条件¾1）金属的熔点应高于其本身的燃点。¾2）金属气割时形成的氧化物的熔点要低于金属本身熔点，且流动性好。¾3）金属在切割氧流中燃烧应该是放热反应。¾4）金属的导热性不应太高。¾5）金属中阻碍气割过程和能提高钢的可淬性的杂质要少。¾气割一般适用于切割DN≥100mm的普通钢管和低合金钢管，不适用于铜管、铝管和不锈钢管。9管线的施工¾手工电弧焊是一种用电弧做热源的熔焊法。它广泛应用于各种金属管、各种壁厚管子的焊接。¾电弧放电时，会产生大量的热量和发出强光，电弧焊就是利用电弧放热来熔化焊条和焊件而进行焊接的。¾由于焊接时线能量较气焊小，金相组织细，热影响区小，焊接质量好。3.1.2手工电弧焊3.1.2手工电弧焊10管线的施工¾电弧由阴极部分、弧柱部分和阳极部分组成，电弧产生于焊条1和焊件2中间，阴极3位于焊条末端，阳极部分4位于焊件表面，弧柱部分5成圆台形，弧柱四周被弧焰6包围。¾直流弧焊机阴极和阳极产生的热量不等；交流弧焊机的阴机和阳极交替变化，所以焊条与焊件上产生的热量是相等的。阴极和阳极附近的温度一般是2500℃，弧柱中心温度可达6000～7000℃。焊接电弧示意图1－焊条；2－焊件；3－阴极部分；4－阳极部分；5－弧柱；6－弧焰11管线的施工12管线的施工我国钢质管道环焊缝焊接技术经历了几次大的变革：™20世纪70年代采用传统焊接方法，低氢型焊条手工电弧焊上向焊工艺；™20世纪80年代推广手工电弧焊下向焊工艺，为纤维素型焊条和低氢型焊条下向焊；™20世纪90年代应用自保护药芯焊丝半自动焊工艺，到今天开始全面推广熔化极气体保护自动焊工艺。13管线的施工手工电弧焊上向焊工艺的特点™上向焊是传统的焊接工艺。焊接时，焊条自下向上运动。™优点是使用电流小、运弧角度易掌握、焊道不易产生过瘤。™缺点是焊接效率和焊接质量低：焊接速度慢，焊道易出现气孔和夹渣。™目前主要用于长输管道站场的焊接施工，在线路工程建设中已基本不采用。14管线的施工手工电弧焊下向焊工艺的特点™下向焊工艺的焊条自上而下运动。管口组对间隙小，焊接过程中采用大电流、多层、快速焊的操作方法来完成。™优点：使用电流大，焊接成型好，不易产生气孔，穿透性好，电弧稳定，焊接速度比上向焊快一倍。焊层厚度薄，焊接效率高。通过后面焊层对前面焊层的热处理作用可提高环焊缝接头的力学性能，具有灵活简便、适应性强等特点。™工效高于向上焊20％～30％，节省焊条15％～30％。™缺点：飞溅较大，对口要求高，必须使用专用焊条。™焊条工艺性能的不断改进，其熔敷效率、力学性能仍能满足当今管道建设的需要，在很多场合下是自动焊方法所不能代替的。15管线的施工3.1.3埋弧焊¾埋弧焊是以连续送的焊丝作为电极和填充金属。焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝。在电弧热的作用下，上部分焊剂熔化熔渣并与液态金属发生冶金反应。¾熔渣浮在金属熔池的表面，一方面可以保护焊缝金属，防止空气的污染，并与熔化金属产生物理化学反应，改善焊缝金属的外观及性能；另一方面还可以使焊缝金属缓慢冷却。16管线的施工¾埋弧焊可以采用较大的焊接电流。与手工电弧焊相比，其最大的优点是焊缝质量好，焊接速度高。特别适于焊接大型工件的直缝。而且多数采用机械化焊接。¾埋弧焊已广泛用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接。17管线的施工3.1.4自动焊管道全位置自动焊接就是指在管道相对固定的情况下，焊接小车带动焊枪沿轨道围绕管壁运动，从而实现自动焊接。一般而言，全位置自动焊接装置由焊接小车、行走轨道、自动控制系统等部分组成。研制全位置自动焊接装置的目的就是为了提高焊接质量和劳动生产率、减轻工人的劳动强度。目前，除采用手工焊接外，管道焊接较多的是采用埋弧自动焊接工艺和气体保护焊工艺。18管线的施工双焊炬系统（带双焊枪的外自动焊）双焊炬系统（带双焊枪的外自动焊）焊接小车是实现自动焊接过程的驱动机构，它安装在焊接轨道上，带着焊枪沿管壁作圆周运动，是实现管口自动焊接的重要环节之一。焊接小车应具有外形美观、体积小、重量轻、操作方便等特点。核心部分是行走机构、送丝机构和焊枪摆动调节机构。19管线的施工全自动内焊系统全自动内焊系统20管线的施工全自动焊施工作业施工图21管线的施工内焊机内焊机22管线的施工自动焊标段带超声波检测自动焊标段带超声波检测23管线的施工储罐纵缝药芯焊丝气体保护焊储罐纵缝药芯焊丝气体保护焊24管线的施工大型储罐环缝埋弧自动焊大型储罐环缝埋弧自动焊25管线的施工自动焊流程图26管线的施工3.1.5手工钨极氩弧焊¾惰性气体保护焊是一种以电弧为热源的熔焊方法。焊接时从焊枪喷嘴连续喷出保护气体排除焊接区的空气，保护电弧及焊接熔池不受大气的污染。¾在实际生产中常用的惰性气体保护焊方法有氩（氦）弧焊、CO2气体保护焊和混合气体保护焊。27管线的施工¾手工钨极氩弧焊是用氩气作保护气体的一种焊接方法。¾在手工钨极氩弧焊接过程中，氩气在电弧周围形成保护层，焊接质量好，生产效率高，电弧集中，热影响区小，焊接变形小、不受空间位置的限制，可以进行全位置焊接，在管施工中得到广泛的应用。氩弧焊焊接设备1-钨极；2-导电嘴；3-绝缘套；4-喷嘴；5-氩气流；6-焊丝；7-焊缝；8-工件；9-进气管氩弧焊焊接设备1-钨极；2-导电嘴；3-绝缘套；4-喷嘴；5-氩气流；6-焊丝；7-焊缝；8-工件；9-进气管28管线的施工3.1.6焊接接头形式、坡口的形状及选择¾焊接接头形式−在工件的焊接操作中，根据焊件的结合型式选择焊接接头形式。焊件的结合形式可分为对焊、搭焊、角焊、丁字焊和卷边焊等五种。29管线的施工¾坡口−焊接时，焊件的接缝处要留出一定的间隙或制成必要形状的坡口，以解决金属的熔化深度问题。间隙大小和坡口的形状依焊件接缝处的厚度而定。¾坡口的选择−管子在组对过程中，坡口的选择由管子的壁厚决定。壁厚小于4mm，一般不开坡口，两管留有1.5～2.5mm的间隙。壁厚大于4mm时可选择V型坡口。30管线的施工31管线的施工大管道爬行式切割坡口机大管道爬行式切割坡口机固定式管道轴向端面坡口机32管线的施工3.1.7管子对接焊缝的组对要点¾基本要求−在对口处两个管口的中心要正。−两根管子的倾斜角度不能超过要求。¾错动量−为获得良好的焊接质量，在对缝处两管壁外表面局部错动量小于3/1000管外径，而且最大不能超过1.6mm；若考虑焊接变形，管道对口时其错边量不得超过士1.0mm。33管线的施工组队组队¾组对时严格控制管口错边量。¾管道的组装采用内对口器组对。¾外对口器只限于起伏较大的，设备不能靠近的山地和管线联头使用。因外对口器对口速度慢，要采用定位焊才能保证焊接质量。没有内对器，业主和监理不会允许施工。34管线的施工对口器对口器液压外对口器PPC型管道气动内对口器35管线的施工3.1.8管子焊接要求¾应采用具有质量合格证的优质焊条。¾焊工必须是考试合格者。¾两个平行焊缝的距离不能小于直径，而且最小不能小于200mm。¾不允许有交叉焊缝。钢板卷管对接时应使相邻两管的轴向焊缝错开200mm以上。36管线的施工¾焊接管材为优质碳素钢时，允许在－10℃的气温下进行。对于合金钢管则应在－10℃以上的气温下进行。¾一些重要管路上的焊缝，焊接后应进行热处理，以消除焊接时所引起的内应力。¾管道的焊缝不准在支架或吊架内，焊缝离支架、吊架不得小于100mm。37管线的施工环形加热器环形加热器38管线的施工3.2焊接质量检验3.2.1焊接缺陷分析‹焊接时产生的缺陷可分为外部缺陷及内部缺陷两大类。¾外部缺陷用眼睛和放大镜进行观察即可发现。¾内部缺陷隐藏于焊缝或热影响区的金属内部，必须借助特殊的方法才有发现。39管线的施工（一）外部缺陷操作不当等表面裂纹及气孔表面裂纹及气孔断弧时易形成焊接电流下方的液态熔池表面是下凹的弧坑未填满焊接电流过大，焊接速度太慢或装配间隙太大薄板结构烧穿烧穿电流太大，焊接熔化过快或焊条偏斜熔化金属流溢到加热不足的母材上，堆积金属焊瘤焊接电流过大，或焊条角度不正确焊缝两侧形成凹槽咬边操作不当等熔宽和加强高度不合要求，宽窄不一或高低不平焊缝尺寸不符合要求产生原因表现外部缺陷类型40管线的施工（二）内部缺陷在焊后较低的温度下形成。又称焊接氢致裂纹或延迟裂纹发生于焊缝或母材中，可能存在于焊缝表面或内部裂纹焊接过程中形成的气体来不及排出可能单个存在，也可能成网状、针状气孔焊缝金属冷却过快氧化物、氮化物或熔渣中个别难熔的成分来不及自熔池中浮出而残留于焊缝金属中夹渣坡口角度和间隙太小，钝边太厚；焊接速度太大，焊接电流过小或电弧偏斜，坡口表面不洁净等。根部未焊透，中心未焊透，边缘未焊透，层间未焊透等未焊透产生原因表现内部缺陷类型41管线的施工3.2.2焊接接头的性能鉴定•化学成分分析–目的是检查焊缝金属的化学成分，化学成分的偏差将影响接头的机械性能。•金相组织检查–目的是分析焊缝金属及热影响区的金相组织，测定晶粒的大小及焊缝金属中各种显微氧化夹杂物、氢白点的分布情况，以鉴定该金属的焊接工艺是否正确，焊接规范、热处理和其它各种因素对焊接接头机械性能的影响。42管线的施工•机械性能试验•为了评定各种钢材或焊接接头的机械性能。•拉伸试验–拉伸试验是为了测定焊接接头或焊缝金属的强度极限、屈服极限、断面收缩率和延伸率等机械性能指标。•弯曲试验–弯曲试验的目的是测定焊接接头的塑性，以试样弯曲角度的大小以及产生裂纹的情况作为评定指标。43管线的施工3.2.3无损探伤法•对于内部缺陷可以用物理的方法在不损害焊接接头完整性的条件下去发现，称为无损探伤。•常用的无损探伤方法有射线法（χ或γ射线）、超声波法和磁力探伤法。44管线的施工管道环焊缝质量检查的工序流程管道环焊缝质量检查的工序流程45管线的施工¾（一）射线探伤¾射线源产生的χ或γ射线有较强的穿透物质的能力。当射线穿过不同物质时，会引起不同程度的衰减而产生强度差异，从而使感光胶片上产生不同程度的感光。当焊缝中有裂纹、气孔、夹渣、未焊透等缺陷时，则通过缺陷处的射线衰减程度小，相应部位上底片感光较强，底片冲洗后就可以清楚地显示出缺陷。46管线的施工1.射线探伤原理•用χ或γ射线透视工件进行探伤的原理相同，只是获得射线的能源不同。•χ和γ射线都是电磁波，γ较χ射线的波长更短。χ射线和γ射线都具有穿透包括金属在内的各种物质的能力。穿透力强弱与波长有关，波长越短，穿透力越强，γ射线具有更强的穿透力。χ射线和γ射线都能使照相底片感光。•射线穿透各种