1. Введение: Основные проблемы строительства трубопроводов в полевых условиях

Проекты по строительству магистральных трубопроводов — будь то для транспортировки нефти, природного газа или воды — сопряжены с трудностями, которые принципиально отличаются от тех, с которыми приходится сталкиваться в контролируемых условиях завода. В контролируемых условиях завода производство обеспечивается стабильной температурой, откалиброванным оборудованием и последовательной технологией обработки материалов. На месте прокладки бригадам приходится сталкиваться с переменчивыми погодными условиями, неровным рельефом местности, логистическими узкими местами и огромными трудностями при выравнивании массивных трубных секций, каждая из которых весит несколько тонн.

Сайт Стальная труба LSAW (Труба с продольной сваркой под флюсом) является предпочтительным выбором для многих проектов по транспортировке на большие расстояния благодаря превосходной точности размеров, прямолинейности и однородности сварного шва. Варианты большого диаметра — как правило, с наружным диаметром от 406 мм до 1524 мм и толщиной стенки до 60 мм — обычно используются для магистральных нефте- и газопроводов высокого давления. Однако именно те характеристики, которые делают эти трубы большого диаметра привлекательными — большой диаметр и большая толщина стенки — также усугубляют сложности монтажа и сварки на месте.

Цель данной статьи — служить практическим руководством для инженеров-сварщиков, работающих на объектах, по вопросам контроля несоосности, требований к предварительному нагреву высококачественных сталей, стратегий предотвращения трещин, а также критериев приемки результатов неразрушающего контроля на объекте. Данное руководство основано на стандартах API 1104, ASME B31.8 и API 5L стандартов с целью помочь специалистам обеспечить стабильное качество соединений при выполнении тысяч сварных швов по окружности на месте эксплуатации.

сварка в полевых условиях стальных труб большого диаметра для строительства трубопроводов

2. Управление прилеганием и смещением в толстостенных соединениях, выполненных методом LSAW

Монтаж на месте, пожалуй, является наиболее важным фактором, влияющим на качество кольцевого сварного шва. Трубы большого диаметра Стальная труба LSAW Эти участки подвержены незначительным отклонениям от округлости во время транспортировки, погрузочно-разгрузочных работ и подъемных операций. Даже небольшое отклонение от округлости может привести к значительному несовпадению — которое обычно называют “высокий-низкий” или внутренним смещением — при соединении двух концов трубы для сварки.

Последствия чрезмерного несовпадения осей хорошо задокументированы. Перепады высоты приводят к образованию локальных концентраций напряжений в корне сварного шва, которые могут служить очагами возникновения усталостных трещин в течение срока эксплуатации трубопровода. В крайних случаях несовпадение осей может также препятствовать полному проплавлению корня, в результате чего остаются непроплавленные участки, подрывающие целостность соединения.

Допустимые пределы перекоса

Стандарт API 1104, являющийся основным стандартом по сварке для межрегиональных трубопроводов, уделяет больше внимания целостности сварного шва, чем строгим размерам при сборке. Предпочтительный зазор у корня составляет 1,6 мм (1/16 дюйма), а максимальный — 3,2 мм (1/8 дюйма). В случае смещения «выше-ниже» стандарт API 1104 не устанавливает фиксированного числового предела, а оставляет определение критериев приемлемости на усмотрение проектных спецификаций или инженерного заключения.

Стандарт ASME B31.8, регулирующий трубопроводы для транспортировки и распределения газа, содержит более конкретные рекомендации. Для трубопроводных систем, работающих при кольцевом напряжении, равном 20% или более от указанного минимального предела текучести, внутреннее смещение между соседними концами не должно превышать 2,4 мм (3/32 дюйма) без применения специальных мер. Если смещение превышает этот предел и имеется внутренний доступ для сварки, требуется конусность, не превышающая 3:1 (примерно 18,4°).

Как правило, во многих проектных спецификациях радиальное смещение ограничивается величиной, равной 10% толщины стенки более тонкого элемента, при этом для критически важных применений установлен абсолютный максимум в 1,6 мм (1/16 дюйма).

Передовой опыт монтажа на месте

Для обеспечения стабильного соблюдения этих допусков бригады, работающие на объектах, должны уделять первоочередное внимание следующим методам работы:

  • Используйте внутренние зажимы для выравнивания (ILUC) для труб большого диаметра Стальная труба LSAW. Внутренние зажимы обеспечивают превосходный контроль округлости и равномерно распределяют зажимные усилия по всей окружности трубы, сводя к минимуму локальные напряжения.
  • При наличии различий в толщине стенок между соседними трубами, рассмотрите возможность зенкерования более толстого конца трубы или шлифования конического перехода для обеспечения плавного внутреннего совмещения.
  • Проверить посадку с помощью щупов и мостовых калибров прежде чем приступить к прихваточной сварке. Необходимо проверить зазор в корневом шве и перепады высоты в нескольких точках по окружности.
  • В тех случаях, когда отклонения в размерах неизбежны, ознакомьтесь со спецификацией сварочной процедуры (WPS) для определения утвержденных мер по устранению дефектов, которые могут включать наплавку с последующей повторной механической обработкой или шлифовкой.

3. Требования к предварительному нагреву и межпроходной температуре для высококачественных сталей (API 5L X65/X70)

Высокопрочные трубные стали, такие как API 5L X65 и X70, всё чаще применяются в проектах магистральных трубопроводов благодаря благоприятному соотношению прочности к весу. Цифровое обозначение — X65 и X70 — указывает на предел текучести материала труб в килофунтах на квадратный дюйм (ksi). Минимальный предел текучести стали X65 составляет 65 кси (448 МПа), а стали X70 — 70 кси (483 МПа).

Металлургическая взаимосвязь между пределом текучести стали и её свариваемостью вполне очевидна: марки с более высоким пределом текучести, как правило, характеризуются более высоким эквивалентом углерода и большей закаливаемостью, что повышает их подверженность водородному растрескиванию (HIC) и холодному растрескиванию. Именно поэтому при сварке высокопрочных сталей в полевых условиях обязателен строгий контроль температуры предварительного нагрева и межпроходной температуры Стальная труба LSAW.

Рекомендации по предварительному нагреву и межпроходной температуре

В приведенной ниже таблице указаны общие диапазоны температур предварительного нагрева и межпроходной температуры для материалов API 5L X65 и X70. Эти значения основаны на отраслевой практике и должны быть сверены с технологической инструкцией по сварке (WPS) и протоколом квалификации процедуры (PQR), разработанными специально для данного проекта.

Марка стали Диапазон толщины стенок Процесс сварки Минимальная температура предварительного нагрева (°C) Макс. температура между проходами (°C)
X65 ≤ 20 мм Ручной режим (Low-H) / Автоматический режим 60 °C – 100 °C 200 °C
X65 > 20 мм Ручной режим (Low-H) / Автоматический режим 100 °C – 120 °C 200 °C
X70 ≤ 20 мм Ручной режим (Low-H) / Автоматический режим 100 °C – 120 °C 220 °C
X70 > 20 мм Ручной режим (Low-H) / Автоматический режим 120 °C – 150 °C 220 °C

Для более толстых сечений — особенно тех, толщина которых превышает 25 мм — может потребоваться дальнейшее повышение температуры предварительного нагрева. В некоторых источниках указывается, что материал API 5L X65 с толщиной стенки более 25 мм может потребовать предварительного нагрева до 150 °C в зависимости от инструкции по сварке (WPS) и проектной спецификации. Для материала X70 в условиях низких температур иногда указываются температуры предварительного нагрева до 177 °C (350 °F).

Температуру между проходами необходимо тщательно контролировать, чтобы предотвратить чрезмерный приток тепла, который может привести к укрупнению зерен в зоне термического влияния (HAZ) и снижению вязкости. Ограничение температуры между проходами в пределах от 200 °C до 250 °C является общепринятой практикой для марок X65 и X70.

Измерение температуры в полевых условиях

  • Измерение температуры следует проводить на расстоянии не менее 75 мм (3 дюйма) от паза сварки с обеих сторон соединения.
  • Инфракрасные термометры (пирометры) или термометрические карандаши (Tempilstiks®) являются допустимыми методами, при условии их надлежащей калибровки.
  • Предварительный нагрев должен осуществляться равномерно по всей окружности трубы и поддерживаться на протяжении всего процесса сварки.

4. Предотвращение трещин при сварке: контроль содержания водорода и контроль корневого прохода

В полевых условиях возникают такие факторы, как влажность, ветер и перепады температуры, — все они повышают риск попадания водорода в сварной металл. Трещины, вызванные водородом (HIC), также известные как холодные трещины или отложенные трещины, являются одним из самых серьезных дефектов в кольцевых сварных швах трубопроводов, поскольку их обнаружение может произойти только через несколько часов или даже дней после завершения сварки.

Меры по регулированию использования водорода

Сварочные материалы с низким содержанием водорода являются основным условием для проведения сварочных работ в полевых условиях с высокопрочными Стальная труба LSAW. С такими электродами, как E8018-G (электроды с низководородным щелочным покрытием), следует обращаться осторожно:

  • Сушка: Перед использованием электроды с низким содержанием водорода следует просушить при температуре от 350 °C до 400 °C (от 662 °F до 752 °F) в течение примерно 60 минут. На сварочной станции должны быть в наличии переносные сушильные печи.
  • Хранение: После извлечения из печи электроды следует хранить в переносных печах-термостатах при температуре от 120 °C до 150 °C (от 250 °F до 300 °F).
  • Предельно допустимые уровни воздействия: Электроды не следует оставлять на длительное время под воздействием атмосферного воздуха, особенно в условиях повышенной влажности. Влагостойкие электроды с суффиксом “R” обеспечивают некоторую защиту, но не избавляют от необходимости их правильного хранения.
  • Повторная сушка: Электроды не следует подвергать повторной сушке более трёх раз, поскольку чрезмерное количество циклов нагрева и охлаждения может ухудшить характеристики покрытия и качество сварки.

Время прохождения корневого и горячего проходов

Коревой шов является наиболее уязвимой зоной кольцевого шва. На него действуют наибольшие напряжения сдерживания, и именно он образует начальную зону сплавления между двумя концами трубы. Чтобы свести к минимуму риск растрескивания:

  • Завершите «горячий проход» в течение 5–10 минут по завершении первого прохода. Такой выбор времени позволяет “отжечь” корневой шов под действием тепла последующего прохода, пока он ещё находится в состоянии повышенной температуры, что способствует диффузии водорода из сварочного металла.
  • Некоторые технические характеристики проекта требуется, чтобы проход горячей сварки был выполнен не позднее чем через 10 минут после прохода корневой сварки.
  • Если горячий проход задерживается, при этом корневой валик может остыть ниже минимальной температуры предварительного нагрева, в связи с чем перед продолжением работы потребуется повторный нагрев.
  • Используйте стринговые бусины по возможности не вплетать бусины, так как бусины, нанизанные на нить, выделяют меньше тепла и снижают риск размягчения зоны термического влияния.

5. Критерии приемки результатов неразрушающего контроля на месте и проверка сертификатов на соответствие требованиям (MTC)

Неразрушающий контроль (НРК) кольцевых сварных швов в полевых условиях имеет решающее значение для проверки целостности соединений перед вводом трубопровода в эксплуатацию. Для магистральных трубопроводов стандартной практикой является проведение контроля всех кольцевых сварных швов по методике 100%.

Методы неразрушающего контроля в полевых условиях

  • Ультразвуковой контроль с использованием фазированной решетки (PAUT) и Автоматизированный ультразвуковой контроль (AUT) являются основными методами контроля кольцевых сварных швов трубопроводов. Эти методы обеспечивают объемный охват и позволяют выявлять как плоскостные, так и объемные дефекты.
  • Рентгенографический контроль (РТ) используется в качестве дополнительного метода, в частности в тех случаях, когда доступ для проведения ультразвукового контроля ограничен геометрией объекта или когда требования нормативов предписывают применение рентгеновского контроля.
  • Дифракция по времени пролета (TOFD) может использоваться для определения размеров обнаруженных дефектов по всей толщине.
  • Критерии приемки, как правило, основаны на Инженерная критическая оценка (ECA) как описано в Приложении А к стандарту API 1104, в котором размер дефекта соотносится с расчетными условиями трубопровода.

Проверка MTC

Сертификат испытаний на заводе (MTC), поставляемый вместе с каждым Стальная труба LSAW содержит важные данные, которые необходимо сопоставить с требованиями к сварке в полевых условиях:

  • Химический состав и углеродный эквивалент (CE): Значение CE, полученное по методу MTC, определяет минимальную температуру предварительного нагрева, необходимую для предотвращения водородного растрескивания. Более высокие значения CE требуют более интенсивного предварительного нагрева.
  • Механические свойства: Значения предела прочности на разрыв, энергии удара по Шарпи с V-образной надрезом и твердости, указанные в протоколе испытаний (MTC), служат базовыми показателями, с которыми сравниваются свойства сварного соединения.
  • Прослеживаемость партий нагрева: Каждая сварка на месте эксплуатации должна документироваться с указанием соответствующего номера термической обработки трубы, что обеспечивает полную цепочку прослеживаемости от завода до места эксплуатации. Это имеет решающее значение для обеспечения качества и управления жизненным циклом.

Инженеры-сварщики, работающие на объекте, должны перед началом сварки сравнить данные сертификата материала (MTC) с требованиями технологической инструкции по сварке (WPS) или квалификационного протокола (PQR). Если фактические значения предельной прочности (CE) или механических свойств отличаются от значений, полученных в ходе квалификационных испытаний, может потребоваться повторная квалификация или корректировка технологической инструкции по сварке (WPS).

6. Как точность размеров при производстве методом LSAW облегчает монтаж на месте

Многие трудности при монтаже возникают не из-за недостаточной квалификации сварщиков, а из-за несоответствия габаритных характеристик самих труб. Трубы с чрезмерной некруглостью, неравномерными углами скоса или низкой прямолинейностью неизбежно приведут к проблемам с выравниванием, независимо от метода зажима или техники сварки.

Такой профессиональный производитель линейных труб, как Allland, понимает, что точность размеров напрямую влияет на производительность работ на объекте. Поставляя трубы с превосходной округлостью и стабильной геометрией скоса, компания сокращает время подгонки, сводит к минимуму необходимость в корректирующей шлифовке и повышает долю сварных швов, принятых с первого раза. Это приводит к ощутимой экономии средств и гарантирует соблюдение графика работ для заказчика проекта.

7. Заключение

Сварка на месте изделий большого диаметра для магистральных трубопроводов требует особого внимания к допускам на прилегание, контролю предварительного нагрева и межпроходной сварки, управлению содержанием водорода, а также приемочным испытаниям методами неразрушающего контроля. Сложность задачи усугубляется использованием высокопрочных марок стали — X65, X70 и выше — которые в настоящее время широко применяются.

Успех на строительной площадке начинается с качества продукции на заводе. Когда трубы отличаются превосходной округлостью, равномерной толщиной стенок и правильно обработанными фасками, сварщики могут сосредоточиться на выполнении качественных сварных швов, а не на устранении проблем с габаритами. Именно поэтому выбор компания по производству сварных труб Использование проверенных производственных мощностей и приверженность обеспечению точности размеров — это стратегическое решение для любого трубопроводного проекта.

Компания «Хэбэй Алланд Стил Пайп Мануфактуринг Ко., Лтд.» использует производственные процессы JCOE и осуществляет строгий контроль качества размеров, чтобы обеспечить высокую эффективность сварки на месте. Независимо от того, требуются ли для вашего проекта трубы магистрального назначения API 5L PSL2, конструкционная труба будь то трубы для морских платформ или трубы с индивидуальным покрытием для коррозионно-агрессивных сред, техническая команда компании Allland готова предложить решения, разработанные с учетом ваших конкретных требований к сварке на месте эксплуатации.

Для получения дополнительной информации о Стальная труба LSAW технические характеристики, индивидуальные варианты фаски или варианты антикоррозионного покрытия — посетите веб-сайт Allland Pipes или обратитесь напрямую к команде технических специалистов. Позвольте нам помочь вам обеспечить герметичность соединений — от завода до места эксплуатации.