高含硫天然氣管道閥門熱處理
上海申弘閥門有限公司
摘 要：本文以輸系統輸氣管道熱處理施工為例，詳細介紹了高含硫天然氣管道閥門熱處理集輸管道焊縫熱處理施工的特點、難點及熱處理施工技術。在集輸系統施工過程中，針對此部分管道壁厚厚，材質復雜且跨越冬季施工等難點，通過優化熱處理工藝，改進熱處理方法等措施，克服困難，有力地保證了整個系統管道熱處理施工質量，具有一定的借鑒意義。
關鍵詞：高含硫 管道 熱處理
高含H2S天然氣藏是重要的氣藏類型，資源十分豐富，主要分布于加拿大、美國、俄羅斯、法國、中國及中東等國家和地區。我國高含H2S、CO2天然氣探明儲量約占天然氣總儲量的1/6，主要分布在四川和渤海灣盆地。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調節閥,氣動調節閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。近年來，隨著石油天然氣資源需求的增加，各國加大了高含H2S天然氣藏的開采。普光氣田開發建設具有“壓力高、含H2S高、含CO2高”的三高特點，這一特點給氣田安全開發增大了危險系數。由于硫化氫對集輸管道、設備有強烈腐蝕作用。含硫天然氣在有游離水組成的H2S+CO2+H2O腐蝕環境下，對管道和設備的腐蝕主要表現為硫化物應力開裂腐蝕（SSC）、氫致開裂腐蝕（HIC），對管道、設備造成嚴重的內腐蝕。普光氣田涉酸管道主要采用L360QCS、L360MCS、A333 Gr.6，Inconel825、不銹鋼復合管等材質；管道zui高設計壓力40Mpa，管道直徑zui大DN700mm，管道壁厚zui厚25mm。為保證高含硫天然氣集輸管道的焊接質量，焊接工藝評定要求對焊縫進行熱處理。整個普光氣田地面集輸工程建設經過了兩個冬季，熱處理施工難度較大。為了保證熱處理的施工質量，在熱處理工藝的選擇和熱處理具體實施方面采取了新的技術措施，從而保證了管道安裝施工質量。
一、熱處理的作用
對普光氣田高含硫天然氣集輸管道焊縫進行熱處理主要是為了降低或消除管道焊接后焊縫的殘余應力，防止焊接區出現裂紋、應力腐蝕，確保管道運行的安全性和可靠性。
二、熱處理選擇的時機
普光氣田高含硫天然氣集輸管道，主要采用L360QCS、L360MCS、A333 Gr.6三種材質，按照焊接工藝評定要求，此類管道在焊縫焊接完畢后，需立即對焊縫進行消氫處理，且焊縫消氫前的溫度需大于或等于100℃。消氫溫度為250-350℃，保溫時間2h。焊接24小時后，焊縫進行*射線檢測和*的超聲波檢測，經檢測合格后，進行焊縫熱處理。
三、熱處理參數選擇
選擇熱處理參數時，參照設計文件、相應的國內外標準及管道焊接工藝評定要求執行。冬季施工時，需考慮室外環境溫度較低，為消除厚壁管道內壁升溫溫度相對于外壁溫度滯后的影響，熱處理施工時采取延長恒溫時間的措施，以確保整個焊縫熱處理質量，普光氣田地面集輸系統管道工程熱處理施工要求如下：熱處理升溫速度為400℃以上時，不大于200℃/h，保溫溫度621±10℃，保溫時間1h，降溫速度400℃以上時，不大于260℃/h。消氫處理和焊后熱處理工藝曲線見下圖。
四、熱處理加熱范圍
工藝管道焊縫熱處理時，其加熱范圍為焊縫兩側各不小于焊縫寬度的3 倍，且不少于25mm，加熱范圍以外的100mm 范圍內應予以保溫，且管道兩端管口應封閉。進入冬季施工時，考慮到室外環境溫度較低，為避免保溫以內的區域和保溫以外的區域溫度梯度過大，要相應增加保溫范圍，加熱范圍以外的300mm 范圍內應予以保溫，為保證加熱效果，普光氣田采用電加熱的方式進行加熱，加熱設備為RWK-C-60型熱處理設備，加熱片寬度為300mm。
五、熱電偶設置
1.熱電偶數量、檢驗要求
根據集輸管道的材質和管道直徑大小，在滿足施工規范要求的基礎上，對于直徑較大的管道，為了確保整個焊縫圓周方向的熱處理溫度相同，要相應增加熱電偶的設置數量，且每個熱電偶對應設置一個電加熱片，即每個對應的熱電偶和電加熱片都能單獨控制溫度，以確保整個焊縫的熱處理質量。熱電偶數量選擇見表1。此外參照《電熱法消除焊接應力工藝規程》的要求，熱電偶在投入安裝運行前應做測試鑒定，合格后方可投入安裝運行。
表1熱電偶數量選用表
2.熱電偶安裝位置
當設置1 個熱電偶時：對于水平管道，設置在正下方（見下圖a）；豎直管道可隨意設置。當設置2個熱電偶時：對于水平管道，分別設置在正上方和正下方（見下圖b）；對于豎直管道，2 個熱電偶均布。當設置3 個熱電偶時：對于水平管道，在正下方設置1 個，其余兩個均布（見下圖c）；對于豎直管道，3 個熱電偶均布。當設置4 個熱電偶時：對于水平管道，在正下方設置1 個，其余3 個均布（見下圖d）；對于豎直管道，4個熱電偶均布。
3.熱電偶安裝
普光氣田集輸管道工程焊縫熱處理施工采用接觸式熱電偶，熱電偶頭部頂在焊道上，然后用鐵絲將熱電偶綁扎牢固，以保證熱電偶與管道之間接觸良好。同時在加熱片和熱電偶之間采用保溫棉隔離開，以保證熱電偶測溫準確。
六、電加熱片安裝
根據天然氣集輸管道直徑的不同選擇電加熱片的型號和數量，電加熱片安裝時要用鐵絲綁扎牢固，電加熱片與管道之間要結合緊密，以避免兩者之間縫隙過大，導致管道受熱不均勻、熱處理溫度達不到焊接工藝評定的要求。在加熱片外面采用保溫棉覆蓋好，外面再用鐵絲綁扎好，以防止熱量流失，影響熱處理效果。
熱處理過程中，要求每一個電加熱片都能夠單獨進行控制，以使熱處理各部位溫度均勻，對于集氣站內的小管徑彎管和三通采用繩式加熱器進行加熱。
七、熱處理過程控制
1.熱處理前要對熱處理設備及部件進行仔細檢查，以避免在熱處理過程中突然發生斷偶和加熱片燒斷現象。同時在恒溫期間各測點的溫度都應在熱處理要求溫度范圍內。
2.管道管口應封閉，防止管道內氣體流動，影響熱處理效果。
3.在熱處理過程中要設置專人對熱處理溫度進行實時監控，對焊縫熱處理溫度進行抽測，并與相應的熱電偶溫度顯示器的溫度進行對比，如出現異常情況要及時進行處理，以保證整個熱處理過程質量合格。
4.嚴格控制熱處理過程，要隨時檢查加熱器、溫控柜、熱處理溫度曲線記錄儀等工作是否正常。監控熱處理時的升溫、恒溫、降溫、記錄是否在規定的范圍內。
5.如出現保溫棉脫離、張開和保溫棉外表面溫度大于60℃時應及時修補，確保熱處理全過程正常進行。
6.采取防風、防雨、防雪等措施。寒冷、雨、雪天氣，室外管道焊縫熱處理應搭設可靠的固定式或移動式防護棚。
八、熱處理記錄曲線
要求每個測溫熱電偶都要在電腦顯示器上顯示溫度，同時也都在記錄儀上記錄曲線。當同時進行多道焊縫熱處理時，焊縫熱處理開始時間要有一定的時間間隔，以保證每道焊縫的熱處理曲線都是單獨的，不能互相重合。打印曲線時，為使曲線之間便于分辨，采取使用6 種顏色的記錄儀記錄曲線。焊縫熱處理完畢后，要及時在熱處理曲線上作好標識，標識內容主要有：曲線對應的管線號、焊縫編號、熱處理操作人、升溫速率、恒溫溫度及時間、降溫速率、熱處理日期、現場監理人員等。此外在管道焊縫一側進行熱處理標記，防止與未進行熱處理施工的焊縫混淆。
九、熱處理效果檢驗
1.焊縫熱處理完畢后，應檢查熱處理溫度的記錄曲線、加熱區域寬度。根據熱處理曲線分析熱處理的技術效果。
2.焊縫熱處理后，應在母材、焊縫和熱影響區選取數點測量硬度值；與熱處理前硬度值進行比較，檢查熱處理效果；硬度值應符合設計文件的規定。如果硬度值不合格需重新進行熱處理。
十、結束語
在普光氣田集輸系統管道安裝施工過程中，通過采用以上熱處理施工技術，成功解決了高含硫氣田天然氣集輸管道焊縫熱處理施工難度大和冬季施工環境惡劣等難題，有力的保證了管道的焊接施工質量，確保了氣田地面集輸管道工程順利中交，做到一次投產成功，到目前已安全運行近4年，對類似工程具有一定的借鑒作用。與本文相關的論文有：礦山電動插板閥
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