高含硫天然气管道阀门热处理

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摘 要：本文以输系统输气管道热处理施工为例，详细介绍了高含硫天然气管道阀门热处理集输管道焊缝热处理施工的特点、难点及热处理施工技术。在集输系统施工过程中，针对此部分管道壁厚厚，材质复杂且跨越冬季施工等难点，通过优化热处理工艺，改进热处理方法等措施，克服困难，有力地保证了整个系统管道热处理施工质量，具有一定的借鉴意义。 
关键词：高含硫 管道 热处理 
高含H2S天然气藏是重要的气藏类型，资源十分丰富，主要分布于加拿大、美国、俄罗斯、法国、中国及中东等国家和地区。我国高含H2S、CO2天然气探明储量约占天然气总储量的1/6，主要分布在四川和渤海湾盆地。上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀,电动球阀,气动球阀,电动闸阀,气动闸阀,电动调节阀,气动调节阀，减压阀。水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。近年来，随着石油天然气资源需求的增加，各国加大了高含H2S天然气藏的开采。普光气田开发建设具有“压力高、含H2S高、含CO2高”的三高特点，这一特点给气田安全开发增大了危险系数。由于硫化氢对集输管道、设备有强烈腐蚀作用。含硫天然气在有游离水组成的H2S+CO2+H2O腐蚀环境下，对管道和设备的腐蚀主要表现为硫化物应力开裂腐蚀（SSC）、氢致开裂腐蚀（HIC），对管道、设备造成严重的内腐蚀。普光气田涉酸管道主要采用L360QCS、L360MCS、A333 Gr.6，Inconel825、不锈钢复合管等材质；管道zui高设计压力40Mpa，管道直径zui大DN700mm，管道壁厚zui厚25mm。为保证高含硫天然气集输管道的焊接质量，焊接工艺评定要求对焊缝进行热处理。整个普光气田地面集输工程建设经过了两个冬季，热处理施工难度较大。为了保证热处理的施工质量，在热处理工艺的选择和热处理具体实施方面采取了新的技术措施，从而保证了管道安装施工质量。 
一、热处理的作用 
对普光气田高含硫天然气集输管道焊缝进行热处理主要是为了降低或消除管道焊接后焊缝的残余应力，防止焊接区出现裂纹、应力腐蚀，确保管道运行的安全性和可靠性。 
二、热处理选择的时机 
普光气田高含硫天然气集输管道，主要采用L360QCS、L360MCS、A333 Gr.6三种材质，按照焊接工艺评定要求，此类管道在焊缝焊接完毕后，需立即对焊缝进行消氢处理，且焊缝消氢前的温度需大于或等于100℃。消氢温度为250-350℃，保温时间2h。焊接24小时后，焊缝进行*射线检测和*的超声波检测，经检测合格后，进行焊缝热处理。 
三、热处理参数选择 
选择热处理参数时，参照设计文件、相应的国内外标准及管道焊接工艺评定要求执行。冬季施工时，需考虑室外环境温度较低，为消除厚壁管道内壁升温温度相对于外壁温度滞后的影响，热处理施工时采取延长恒温时间的措施，以确保整个焊缝热处理质量，普光气田地面集输系统管道工程热处理施工要求如下：热处理升温速度为400℃以上时，不大于200℃/h，保温温度621±10℃，保温时间1h，降温速度400℃以上时，不大于260℃/h。消氢处理和焊后热处理工艺曲线见下图。 
四、热处理加热范围 
工艺管道焊缝热处理时，其加热范围为焊缝两侧各不小于焊缝宽度的3 倍，且不少于25mm，加热范围以外的100mm 范围内应予以保温，且管道两端管口应封闭。进入冬季施工时，考虑到室外环境温度较低，为避免保温以内的区域和保温以外的区域温度梯度过大，要相应增加保温范围，加热范围以外的300mm 范围内应予以保温，为保证加热效果，普光气田采用电加热的方式进行加热，加热设备为RWK-C-60型热处理设备，加热片宽度为300mm。 

五、热电偶设置 
1.热电偶数量、检验要求 
根据集输管道的材质和管道直径大小，在满足施工规范要求的基础上，对于直径较大的管道，为了确保整个焊缝圆周方向的热处理温度相同，要相应增加热电偶的设置数量，且每个热电偶对应设置一个电加热片，即每个对应的热电偶和电加热片都能单独控制温度，以确保整个焊缝的热处理质量。热电偶数量选择见表1。此外参照《电热法消除焊接应力工艺规程》的要求，热电偶在投入安装运行前应做测试鉴定，合格后方可投入安装运行。 
表1热电偶数量选用表 
2.热电偶安装位置 
当设置1 个热电偶时：对于水平管道，设置在正下方（见下图a）；竖直管道可随意设置。当设置2个热电偶时：对于水平管道，分别设置在正上方和正下方（见下图b）；对于竖直管道，2 个热电偶均布。当设置3 个热电偶时：对于水平管道，在正下方设置1 个，其余两个均布（见下图c）；对于竖直管道，3 个热电偶均布。当设置4 个热电偶时：对于水平管道，在正下方设置1 个，其余3 个均布（见下图d）；对于竖直管道，4个热电偶均布。 
3.热电偶安装 
普光气田集输管道工程焊缝热处理施工采用接触式热电偶，热电偶头部顶在焊道上，然后用铁丝将热电偶绑扎牢固，以保证热电偶与管道之间接触良好。同时在加热片和热电偶之间采用保温棉隔离开，以保证热电偶测温准确。 
六、电加热片安装 
根据天然气集输管道直径的不同选择电加热片的型号和数量，电加热片安装时要用铁丝绑扎牢固，电加热片与管道之间要结合紧密，以避免两者之间缝隙过大，导致管道受热不均匀、热处理温度达不到焊接工艺评定的要求。在加热片外面采用保温棉覆盖好，外面再用铁丝绑扎好，以防止热量流失，影响热处理效果。 
热处理过程中，要求每一个电加热片都能够单独进行控制，以使热处理各部位温度均匀，对于集气站内的小管径弯管和三通采用绳式加热器进行加热。 
七、热处理过程控制 
1.热处理前要对热处理设备及部件进行仔细检查，以避免在热处理过程中突然发生断偶和加热片烧断现象。同时在恒温期间各测点的温度都应在热处理要求温度范围内。 
2.管道管口应封闭，防止管道内气体流动，影响热处理效果。 
3.在热处理过程中要设置专人对热处理温度进行实时监控，对焊缝热处理温度进行抽测，并与相应的热电偶温度显示器的温度进行对比，如出现异常情况要及时进行处理，以保证整个热处理过程质量合格。 
4.严格控制热处理过程，要随时检查加热器、温控柜、热处理温度曲线记录仪等工作是否正常。监控热处理时的升温、恒温、降温、记录是否在规定的范围内。 
5.如出现保温棉脱离、张开和保温棉外表面温度大于60℃时应及时修补，确保热处理全过程正常进行。 
6.采取防风、防雨、防雪等措施。寒冷、雨、雪天气，室外管道焊缝热处理应搭设可靠的固定式或移动式防护棚。 
八、热处理记录曲线 
要求每个测温热电偶都要在电脑显示器上显示温度，同时也都在记录仪上记录曲线。当同时进行多道焊缝热处理时，焊缝热处理开始时间要有一定的时间间隔，以保证每道焊缝的热处理曲线都是单独的，不能互相重合。打印曲线时，为使曲线之间便于分辨，采取使用6 种颜色的记录仪记录曲线。焊缝热处理完毕后，要及时在热处理曲线上作好标识，标识内容主要有：曲线对应的管线号、焊缝编号、热处理操作人、升温速率、恒温温度及时间、降温速率、热处理日期、现场监理人员等。此外在管道焊缝一侧进行热处理标记，防止与未进行热处理施工的焊缝混淆。 
九、热处理效果检验 
1.焊缝热处理完毕后，应检查热处理温度的记录曲线、加热区域宽度。根据热处理曲线分析热处理的技术效果。 
2.焊缝热处理后，应在母材、焊缝和热影响区选取数点测量硬度值；与热处理前硬度值进行比较，检查热处理效果；硬度值应符合设计文件的规定。如果硬度值不合格需重新进行热处理。 
十、结束语 
在普光气田集输系统管道安装施工过程中，通过采用以上热处理施工技术，成功解决了高含硫气田天然气集输管道焊缝热处理施工难度大和冬季施工环境恶劣等难题，有力的保证了管道的焊接施工质量，确保了气田地面集输管道工程顺利中交，做到一次投产成功，到目前已安全运行近4年，对类似工程具有一定的借鉴作用。与本文相关的论文有：矿山电动插板阀