浅析LNG低温管道焊接控制要点

浅析LNG低温管道焊接控制要点

王小辉

中国石油宁夏石化公司  宁夏回族自治区银川市  750001

摘要：随着我国经济的快速发展，人们的生活质量逐步提高，天然气已是每个家庭必须的，LNG作为清洁能源是现在世界主要能源之一，而储存处理LNG的接收站也在各国家大规模建设，基于LNG的特点长时间保持在低温状态，因此对LNG输送管道要求较高，所以必须保证管道焊接质量。基于此，本文针对LNG低温管道焊接控制要点展开分析，说明焊接过程控制的重要性，并对不同环节的焊接控制要点进行详细说明。

关键词：LNG低温管道；焊接控制要点；焊接工艺

引言

随着清洁能源的使用比例逐年提高，天然气在工业生产中已普遍被采用，而液化天然气（以下简称LNG)体积仅为气态的1/625，具有储运输成本低、使用安全可靠的特点，故各种类型LNG接收站遍布港口和内陆。但LNG是一种深冷液体，储运温度必须在-162℃以下，才能保持其液体形态，必须采用低温容器和低温管道储运。管道材质通常选用GB/T14976—2012《流体输送用不锈钢无缝钢管》中的奥氏体不锈钢，而奥氏体不锈钢和低碳钢相比具有热膨胀系数大、导热系数低的特点，施焊时易产生焊接热裂纹。同时低温深冷工艺系统的其他附件安装时，由于温差的存在也提高了安装难度。

1焊接工艺评定及焊接工艺调整

以某工程为例，工程中低温管道系统的大部分母材焊接施工工艺相同，能够使用同一份PQR+PWPS完成对相关焊接工艺支撑，但是，由于各种低温不锈钢在材质方面存在一定差别，并且焊接过程中使用到的焊接材料不同，再加上不同管道设定的规定管壁厚度存在一定差别，所以，低温管道在焊接材料方面、焊接参数等方面需要做出一定程度的调整，才能够保证最终焊接质量。

2焊接材料及焊接工艺的选择

2.1低温管道材料选择

常规情况下，现有低温管道工程所需材料大部分是由国外进口，其中，超低碳类型的不锈钢材料所占比例较大，又以奧氏体不锈钢材料的比例居多，在使用性能方面与其他高价格低温钢材料具有极高相似性，能够做到有效替换。此外，不锈钢材料需要具备低温钢材料的基本使用要求，借助材料本身的低温特性、高耐酸性、高耐碱性以及高耐腐蚀性，确保焊接质量符合标准规范要求，能够在-196℃环境下，甚至在-203℃的超低温环境下长时间保持正常工作状态，具备低温钢的使用能力，所以，不锈钢材料在低温工程设计中有着十分广泛的应用。

2.2低温管道焊接工艺分析

2.2.1低温管道焊接方式

在工程项目中，不锈钢管道在管径方面、壁厚方面等有所不同，按照不锈钢材料具有的焊接特性，焊接时需严格控制热输入量，以保证焊接质量。现阶段低温管道的焊接方法主要有钨极氩弧焊及钨极氩弧焊加手工电弧焊的方式进行焊接作业，在上述两种焊接方法中，一般根据低温管道的尺寸规格及壁厚选择焊接方法及焊接工艺。管径d＞Φ159mm规格管道的焊接需要使用钨极氩弧焊进行打底焊道的焊接作业，然后使用焊条电弧焊方式完成焊接作业，并保证盖面焊接质量；如果管径d值规格≤Φ159mm，只需选择钨极氩弧焊焊接工艺完成管道焊接。焊接过程中要保证焊接设备的稳定性，因此选择焊接设备尤为重要，焊接设备的选择需要以焊接工艺及被焊接管道的材料性能为基础，保证焊接设备选择的合理性，同时这也是保证低温管道焊接质量的重要环节之一。

2.2.2焊接材料

目前，奥氏体不锈钢材料较为常用，因其是一种特殊性能钢料，焊接材料的选择必须遵循“等强原则”，所以，在焊接过程中需保证接头的质量。同时，为确保焊缝的性能，即抗热裂纹效果以及晶间腐蚀能力可以达到标准规范要求，需要保证接头位置存在2%~3%左右的少量铁素体，在这样的条件下，可以使用H00Cr19Ni12Mo2材料(型号信息为：ER316L)，以保证焊接质量。

2.2.3焊接工艺参数

目前，现有奥氏体不锈钢材在实际使用过程中，会对过热环境产生反应，具有比较敏感的特征，为此，需要选择合理的焊接参数，同时，还需要执行快速焊的处理方式完成焊接作业。其中，多层多道焊作业需要对层间温度进行严格控制，以保证焊缝性能及焊接质量。

2.3管道及附件安装

焊接奥氏体不锈钢一般采用氩弧焊，焊接坡口宜采用机械方式加工，焊前清除坡口及两侧的氧化物等杂质，按照焊接工艺评定要求组对管件，并严禁焊前预热。为测试氩弧焊机输出电流稳定性及焊接参数的可靠性，施焊前应先在试验板上试焊，调试合格后才能正式焊接。焊接电流零线必须固定于施焊管道上，不得通过其他设备间接串入焊接回路，并严禁在管道上引弧和试验电流。奥氏体不锈钢的焊接敏感温度为500～800℃，在此温度下C原子向晶界移动速度比Cr原子要快，使晶界C原子浓度过高，在晶界边缘处与Cr原子形成碳铬化合物，导致焊缝金属组织的晶界处贫铬，在外力作用下产生晶间裂纹。为防止贫铬现象的发生，焊接时应尽量减少在敏感温度区停留时间，通常采用焊后快速冷却的方式防止焊缝产生晶间裂纹。焊接时严格控制层间温度＜100℃，采用小电流快速焊接的方式减小焊接热输入，尽量避免焊条横向摆动，打底焊选用φ＜2.4mm焊丝时，最少焊接2层，并在焊接第2层时充氩气保护。每道焊口必须一次性焊接完成，多层焊相邻焊层的焊接接头应错开，以便减小应力集中。焊后在焊口两侧做焊工标记时，严禁使用硬痕标记，同时在单线图中也要记录每个焊工的焊接位置。焊缝熔敷金属的δ铁素体含量直接影响其焊接热裂纹敏感性，δ铁素体的存在提高了金属强度和耐腐蚀性能，但同时降低了低温韧性，将其含量控制在3%～12%时，焊接热裂纹敏感性明显降低。GB50517—2010《石油化工金属管道工程施工质量验收规范》规定含钼奥氏体不锈钢的铁素体含量≤5%（体积比），建议实际工程中控制在3%～5%的范围内。

2.4阀门安装

LNG低温工艺管道中阀门的阀体内件和深冷介质接触，阀杆在常温状态下操作，故对低温阀门的安装有一些特殊要求，为尽量降低深冷介质对填料层的影响，阀门安装时要保证加长颈内有气相空间，形成一个减缓热量传递的气腔，应选择阀杆垂直的安装方式。低温阀门处于关闭状态时，积存于阀腔中的液体会升温气化，若不能及时排除高压气体，有超压引起阀门损坏的危险[9]，为此应设置泄压孔，一般将泄压孔布置在闸板的高压侧一端，向介质上游方向泄压。若泄压方向安装错误将影响阀门的密封性，应将泄压方向标识字样“VENT”同时标注在滴水盘和阀体上，避免标注箭头时与介质流向混淆。

结束语

综上所述，经过对某LNG工程中低温管道焊接作业进行分析，掌握了低温管道焊接作业需要注意的关键事项，本次选择的焊接工艺具备较高的合理性和可行性，能够在同类型工程中得到有效应用，具备借鉴价值。

参考文献

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