含硫化氢天然气压力管道的焊接 ,抗硫管道的焊接工艺

huahua

在我国石油化工生产中，往往会遇到一些高含硫天然气，比如硫化氢天然气。由于硫化氢气体有很强的腐蚀性，在与设备接触过程中可能会发生电化学反映，其阴极析出氢原子，但是由于硫化氢自身的存在，往往会阻止氢原子合成氢分子，这样就会使得氢原子无法排出，只能进入设备管道中，从而形成硫化物应力开裂与氢致开裂等。

因此，在石油化工生产中就必须采取一定的抗硫化氢措施，主要办法为安设相应的抗硫管道。但是，在具体的安设过程中，如果焊接不当，那么抗硫效果也达不到理想要求，因此就需要注重抗硫管道的焊接。基于此，本文对含硫化氢天然气压力管道——抗硫管道的焊接工艺进行了相关探讨。

我国普光气田是一个主要生产高酸性气体的特大型气田，其地面产能建设主要包括了燃料气返输管线与站外集气管线两部分，其中站外管线主要生产及输送的是酸气部分，即富含硫化氢的天然气，其设计的管线总长为36.88km。压力为11MPa，温度为60℃。
硫化氢不仅仅是一种极性分子，同时对于设备的安全性以及地面输送管道正常运行有着极大的影响以及威胁，同时还会极大程度上的威胁到在附近施工的工作人员的身体健康以及附近空间的环境安全。

现如今为了减少石油化工生产中相关设备的不必要检修工作，所以在选用材料上面应根据其压力和介质及管道的厚度来确定，比如氢气管线，设计压力为30MPa，管道直径在600mm的管子壁厚就是60mm厚，管径在400mm的管子壁厚就是40mm厚等。

1 管道材质选择

在硫化氢含量极高的集输管道中，油井的环境对于管道的腐蚀最严重以及最危险的即是因硫化物而导致的应力腐蚀。而影响管道材料这类应力腐蚀的最重要因素即是金属材料本身的强度以及组成的化学成分。

当前世界上的原油富含高含硫、磷杂质，腐蚀性非常高，所以普通材质的碳钢类工艺管道已经无法满足其工艺要求，所以采用抗硫化氢管道 A106B材质，同时因为其介质的温度和压力过高，故采用厚壁管道；其主要的化学成分如表1，焊接性能非常好，能够在很大程度上防止被硫化物的应力腐蚀。

表1 抗硫化氢管道A106B材质主要化学成分



2 抗硫管道焊接工艺探析                    

2.1 焊口组对

在许多已发生的管道受应力腐蚀而导致开裂的事故中，最开始或者说是最容易受到腐蚀的是焊缝处，其最先破裂的则是融合线部位。

因此，在焊接之前最好做好管道组对（焊口组对）。在进行管道组对之前，应将管内的杂物彻底清除干净，务必保证管道的端口内外表面至少50mm之内都不会出现油漆、泥浆及油污等杂物。此外，在对管道表面防腐层进行清理的时候，必须保证其加热的温度不会超过350℃。

2.2 焊接相关要求及方法

2.2.1 焊接要求

对于抗硫管道焊接而言，一般将其焊接接头设为V型，坡口的角度在60°±2.5°，其钝边在0~0.5mm之间，而破口的间隙为3.0~4.5mm之间。

抗硫管道应按照相关的规范要求及规定尺寸来预制坡口，坡口在加工时采用机械加工的方式，切勿使用火焰切割。在管段之上开孔之后，也是采用机械方法进行切割。

具体而言，其焊接接头的示意图如图1所示：


图1 焊接接头示意图

2.2.2 焊接方法

首先，需要对焊口进行预热处理，一般采用的是电加热的方式，其预热的温度应控制在100℃~150℃为宜，而预热的时间最好为1小时。具体的预热范围应为焊缝两侧都不能低于了焊件厚度的3倍，尽量不能低于了100mm。

在预热过程中应对温度进行监测，而监测点应设置在加热面的背面。在监测的时候，应先将加热源移开，待母材厚度方向上的温度稳定之后再对其温度进行测量，而温度均匀化的时间一般按照每25mm母材厚度需要2分钟的比例来计算。预热的温度应控制在100℃及以上，但不能高于200℃。

其次，应对焊缝层间的温度进行控制，而且焊缝层间的温控属于一个十分重要的焊接工艺，必须重点把握。具体而言，其焊接过程中，其最大层间的温度不能大于200℃，而此时测量层间温度的点应设置在焊口三点及九点钟方向。

此外，在焊接过程中，必须保证层间的最低温度不能低于100℃。对层间温度进行测量，一般采用的是红外线测温仪或者远传温控箱等设备进行。

最后，还应进行消氢处理，这个环节属于整个焊接工序中的重中之重，消氢处理直接关系到了整个焊接口氢致开裂及硫化物应力开裂。具体而言，消氢处理中其温度应控制在250℃~350℃之间，一般需要恒温处理2小时左右。

当管道焊接完成之后，焊接的接头就应及时做好消氢处理，而在消氢处理之前应保证其温度高于100℃。如果在具体的操作中出现了意外，比如说当焊口完成了2/3及以上之后，但中途被迫停止，那么就应在焊接之后立刻进行消氢处理。

一旦没有按照相关的规范操作进行消氢处理的焊缝，一律视为不合格焊口，一般应采用冷加工的方式将此处的焊缝及时割除掉。


3 抗硫管道焊接善后处理

焊接过程固然重要，但是对于焊接之后的善后处理，依然非常重要，一旦善后不佳，那么也会造成很大的影响，总的来说，焊接之后的善后处理主要包括以下两个方面：

3.1 无损检测

管道焊接后，焊缝内部的缺陷其实就是介质腐蚀的“原产地”，必须要保证整个管道焊接工程的完善以及对于焊接质量的高要求。当焊接工程结束以后，必须对整个焊接过程中的管道进行百分之百的X射线以及百分之百的超声波探伤检测。

经由检测合格后，才可以进行焊后的热处理，同样的道理，热处理结束后，还需要对焊口处进行10%的抽样超声波检验。同样值得注意的是，如果在检测过程中发现了焊缝出现了裂纹等现象，只允许该部位返修一次。

3.2 热处理

在焊接的整个过程中，由于冷热不均匀的原因，以及管道构件的本身就存在一定的约束性或者是外加的约束。所以在焊接工程结束以后，设备结构中就会产生一定的焊接应力，导致焊接的焊缝部位，尤其是熔合线部位特别容易受到腐蚀性的伤害。因为在这些部位仍旧残存着极大的应力，使得他们的组织分布并不均匀。

硫化氢应力腐蚀的敏感程度与所对压力管道的硬度大小有很明显的联系。硬度越高，其敏感程度就越强；相反，如果压力管道的硬度越低，那么敏感的程度就会越弱。热处理一般情况下采用的是电加热法，此种方法易于被控制，并且对环境不会造成太大污染，而且热效率很高。

此外，加快热影响区域以及焊缝中的H的溢出，对于有效防止焊接裂缝的产生有极佳的效果。而对于热处理之后的硬度检测来讲，整个焊缝的硬度不能超过母材的120%，检测的同时必须对焊缝、母材以及热影响区域进行对比和测量。

总的来说，当完成了焊后无损检测之后，方可进行热处理。热处理时，保温温度应保持在621℃左右，保温的时间应以1小时为宜，并且还要保证热处理中的温度升速低于200℃/h，而其温度升高之后必须达到400℃以上；降温的时候，其降温速度应低于260℃/h，而其温度降低之后也需要达到400℃以上。

当然，如果在无损检测过程中，检测出了焊口不合格，那么就需要进行一定的返修，而返修必须在热处理之前就进行。在返修之前，应对出现缺陷的部位及其性质进行分析；然后可以采用砂轮等返修工具将其缺陷彻底修复（清除）。

返修完成后，应对返修完毕的部位进行着色检验，待检验合格之后才能进行修补焊接。一般而言，在返修过程中也应采用正式的焊接工艺进行焊缝处理，并且需要一次性完成。在返修焊接之前，需要对其返修部位进行预热处理，其预热的温度应保持在150℃~350℃之间。

而在返修焊接完毕之后应立即对其加热300℃~350℃，这样才能将氢消除，并且需要保持恒温2小时左右。除此之外，还应注意对于同一部位的焊缝而言，一般只能进行一次修补，而对于焊缝的根部，是严禁进行修补的。


为了尽量减小石油化工生产中含硫化氢天然气对压力管道的危害，就应安设相关的抗硫管道，而抗硫管道的焊接质量直接影响了抗硫效果，因此必须保证抗硫管道焊接质量合格。本文阐述了含硫化氢天然气压力管道——抗硫管道的焊接相关事宜及工艺，希望对相关行业有所借鉴。

随着科学技术不断发展，相信在未来的生产生活中，我们会探索出更加优秀的方法来应对石油化工生产中含硫化氢天然气对管道的影响。