1、大慶油田有限責任公司2010年度工程建設技術座談會20#鋼含硫天然氣管線焊接工藝應用研究大慶油田工程建設有限公司培訓中心2010年12月20#鋼含硫天然氣管線焊接工藝應用研究大慶油田工程建設有限公司培訓中心 劉慶忠 張先龍 都宏海概要：本文從降低成本、縮短進料周期等角度出發，根據前線施工單位具體情況，靈活應 用，提出以國產 J427 焊條替代進口焊條， 采用氬電聯焊方法進行了 20#鋼含硫管線的焊接。 焊接 接頭經應力腐蝕試驗等檢測后完全滿足標準要求， 其工藝已應用于現場施工， 大大降低了生產成 本，取得了令人滿意的效果。關鍵詞： J427 焊條、焊接、應力腐蝕0 前言近年來， 隨著天然氣在國

2、民經濟中各個行業的廣泛應用， 與天然氣相關的管道、 場站建設也越來越多，但天然氣中含有的硫化氫是導致焊接接頭應力腐蝕失效的主 要原因之一，直接威脅到管道設施的安全運行。以往對于此種含硫管線焊接經常采 用進口專用高韌性低氫焊條，成本高、進料周期長。如能采用國產焊條替代進口焊 條，將大大降低施工成本及縮短工期，對于大慶油田乃至外部市場含硫天然氣管道 焊接將具有重要意義。本文即基于此點，對國產焊條在含硫管線的應用展開研究， 其結果已得到建設方認可，并應用到工程施工中。1 工程簡介 本研究依托工程為工程建設公司承攬的哈薩克斯坦希望油田第四油氣處理廠， 該處理廠為中油（國際）阿克糾賓油氣股份公司新建的油

3、氣處理廠，一期建成原油 處理規模 400 萬噸/ 年，其中配套集輸管線 42.5 公里，地上工藝管道 18.9 公里，地 下管道23.6公里。含硫管線全長13.42公里，共3937道口，材質為20#,規格為 219X 6mm根據要求，工藝試驗除需正常的力學檢測外，還需對管線焊接接頭進行 硬度（HV10、抗氫致開裂（HIC）和抗硫化物應力開裂（SSC試驗。2 焊接工藝研究焊接方法及材料焊接方法為氬電聯焊。焊材選擇主要考慮適用性和普遍性原則。通過調研發現， 針對 20#鋼，在大慶油田以大西洋焊材使用最為普遍，份額約占到了工程建設公司承表1化學成分攬工程的80流右，因此本研究實際選用四川大西洋產 H

4、08Mn2SiA焊絲和J427焊條 進行試驗，其中J427與進口 E7018-1H4R兩種低氫焊條化學成分見表1,力學性能 見表2。元素化學成分(%CSiMnSPNiCrMoVJ427GB5117標準值wwwwwwwwE7018-1H4RAWS標準值wwwwww表2力學性能焊條屈服強度(MPa抗拉強度(MPa)伸長率(%)沖擊韌性(J)藥皮中含水量標準值 330 420 22 27/-30 Cw %J427實測值410520162%標準值 420 520 22 27/-20 Cw 5ml/100gE7018-1H4R實測值490560271604ml/100g由于焊縫中的Ni對介質中的硫化物比

5、較敏感，在殘余應力和工作應力等作用下，易導致應力腐蝕，因此在含硫管線焊接中一般規定焊材中Ni含量w 1%從表1中可以看出，E7018-1H4R和J427的Ni含量都滿足上述規定，并且 J427的Ni含量還要 稍低于E7018-1H4R此外，從表2也可看出，J427雖然屬于碳鋼類焊條，但是其韌 性實測值并不低于E7018-1H4R且擴散氫含量較低，對于在低合金高強鋼中易出現 的陰極氫脆(HEC型應力腐蝕敏感性還是較低的。綜合以上兩點，為采用國產J427焊條進行抗硫管線焊接提供了理論依據。坡口形式坡口形式可參照GB/標準或根據經驗自行擬定，本試驗具體坡口尺寸見圖1。坡口組對時采用正式焊縫法點固，點

6、固點位于11點、2、6點方向。焊接工藝焊接位置為水平固疋，鎢極為鈰鎢極，尺寸，伸出長度約 2mm鎢極端部要 打磨成圓滑過渡；噴嘴直徑為12mm兩種；氬氣純度%焊條焊前烘干350C, 2h0 其它焊接工藝參數見表3o焊接材料焊焊接焊道層方法名稱ii；R1 GTAW打底IB 十 VI2 SMAW填充II_i3 SMAW蓋面號 牌H08Mn2SiA J427J427丨焊接丨焊接i焊接 極:電流i電壓i速度 性；（A）I（V） （cm/ min ）正接 90-95 j 11-124-5反接95-10021-239-10反接:95-10021-23!9-10保護氣體種類及流量（L/min）種類流量Ar呢

7、）焊后熱處理焊后消應熱處理是避免應力腐蝕裂紋的主要手段之一。參考以往土庫曼斯坦酸 性氣技術規格書中L245NCS熱處理溫度設定以及JB/T4709-2000鋼制壓力容器焊接 規程將加熱溫度定為630 10C，保溫時間1h。3試件檢測分析試件焊接、檢測完成后，按要求進行拉伸、彎曲、應力腐蝕試驗、氫致開裂試 驗及硬度試驗。其中應力腐蝕試驗按照NACETM0177A式驗溶液的規定執行，試驗時間720h,要求受拉應力面無開裂或任何表面破壞裂紋，試驗結果見表4,試樣照片見圖2。表4 硫化氫應力（四點彎曲）腐蝕試驗報告技術標準NACE TM0177-2005NACA溶液PH值開始結束NAC A 溶液 HL

8、S 濃度（ppm）開始2673結束2962試驗時間（h）720試驗溫度C）22 26試驗結果試樣尺寸（長X寬X高）縫1XX縫2XX縫3XX試樣號縫1縫2縫3名義最小屈服強度（MPa245245245實際加載撓度（mm555實際載荷比例（%試驗結果未斷裂未斷裂未斷裂圖2應力腐蝕試驗后樣品表面圖片氫致開裂試驗按照NACE TM0284-200標準執行，試驗時間96h,要求每個試件 三個斷面的平均值w %，試驗結果見表5,試樣照片見圖3。表5氫致開裂試驗報告技術標準NACE TM0284-2003NACA溶液PH值開始結束NACA溶液H2S濃度（ppm開始2713結束2946試驗時間（h）96試驗溫

9、度C）22 26試驗結果試樣號試樣尺寸（長X寬X高）CLRCTRCSR縫1XX000縫2XX000縫3XX000平均值000圖3氫致開裂試驗后樣品表面圖片硬度試驗按照ISO15156-2中規定執行，要求最大硬度值w 250HV10測點分布 見圖4,試驗結果見表6。圖4維氏硬度試驗表6硬度試驗報告目硬度試驗硬度類別：HV10試樣號12345678910138135141158158135136132144144111213141516171819148150150147147146142154138依據標準：GB/從以上試驗結果看，采用H08Mn2SiA焊絲與J427焊條組合的氬電聯焊完全滿足 各項試驗標準要求，可應用于含硫管道的焊接。4成本對比1對于219X6mmt,按公式W A L - 1.2計算焊材消耗量，其中：W-焊接材料消耗量（g）; A截面積（亦）；p密度（/cm3） ； L焊道長（cm）； n熔敷效率（焊條電弧焊55%;余高以20%旱道計。得道口，本工程抗硫管線共計3937道口，合計所需焊材，按J427焊條元/Kg , E7018-1H4R焊條90元/Kg （此價格為施工單位實際進價）計算，可降低成本萬元， 經濟效