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奧氏體不銹鋼管在石油化工項目中的具體應用
發布者:不銹鋼管廠(www.9600014.live) 發布時間:2019/11/11 閱讀:529

 奧氏體不銹鋼管線因其具有強度高、塑韌性好、防腐性能好,所以在工藝管線中得到廣泛應用。澳大利亞液化天然氣處理廠項目,位于澳大利亞西北部的巴羅島,屬A級自然保護區,因此采取模塊化方式進行建造。奧氏體不銹鋼管是該天然氣處理廠項目工藝管線重要組成部分,本文將對其焊接性能及焊接方法等進行簡要分析。

 澳大利亞液化天然氣處理廠項目同時在中國、泰國、韓國、印度尼西亞、馬來西亞5個國家進行模塊化建造,海洋石油工程(青島)有限公司承建該項目中172個模塊,自身總質量約4萬噸,管線長約150km,其中不銹鋼管線長約40km,主要為管廊結構。整個工程項目的設計、建造和質量控制都按國際先進標準執行,如焊接設計、配管施工需要執行ASMEⅨ和ASMEB31.3標準。

一、奧氏體不銹鋼管性能與應用

奧氏體不銹鋼管具有與低碳鋼相當的強度,其塑韌性明顯優于低碳鋼。特別是在低溫條件下,奧氏體不銹鋼管的塑韌性更為突出,基本不存在脆性轉變,僅隨溫度的降低,沖擊吸收功稍有降低,如18-8型不銹鋼管在-196℃時的沖擊吸收功可達392J。304和316均為奧氏體不銹鋼,它們的力學性能見表。304和316是奧氏體不銹鋼系列中最典型、最常用的鋼種,不但強度高,而且低溫沖擊韌性好,可用于低溫工作環境。這2種鋼具有多數奧氏體不銹鋼所具有的性能,在大多數環境中具有良好的耐腐蝕性及加工工藝性。304/304L和316/316L不銹鋼在澳大利亞液化天然氣處理廠項目中用于模塊底層和中層的超低溫LNG輸送工藝管線,其模塊典型圖如圖所示。

二、奧氏體不銹鋼管焊接性能分析

 304/304L和316/316L不銹鋼管與所有奧氏體不銹鋼管一樣,與其他類型不銹鋼相比,其焊接性較好,但是由于奧氏體不銹鋼自身的一些特殊性能,如合金元素含量較高,導致在焊接時仍然會出現如下問題:

(1)焊接時,熱裂紋傾向較大。

(2)焊接接頭抗腐蝕性能降低,如果焊接材料選擇不當,會造成焊縫的集中腐蝕。

(3)304和316奧氏體不銹鋼管焊接時,焊縫中往往含有少量的鐵素體,奧氏體不銹鋼焊縫中的少量鐵素體將使接頭的低溫韌性惡化,使接頭發生低溫脆化現象,而單一的奧氏體焊縫可以避免接頭的低溫脆化,同時奧氏體不銹鋼焊縫中如果含有較多的鐵素體化元素時,將發生顯著的高溫脆化現象。

三、焊接方法和焊接工藝

  針對上述奧氏體不銹鋼管焊接時易出現的問題,主要從焊接材料的選擇、焊接工藝方法選擇方面予以預防和解決。筆者根據等合金含量原則選用焊接材料,經過查詢相關技術資料和美國焊接學會標準AWSA5.9和AWSA5.22選擇與304和316不銹鋼相應的焊接材料。GORGON項目中不銹鋼焊絲基本采用GTS-308L和GFS-316L的氬弧焊絲,這2種焊絲直徑為均2.0mm,二氧化碳焊時采用GFS-308L和TGS-316L的二氧化碳焊焊絲,這2種焊絲直徑均為1.2mm。焊接工藝參數見表。

3.1 焊接方法

 一般來說,304和316這樣的奧氏體不銹鋼管幾乎所有的熔化焊方法都可以采用,如焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊和藥芯焊絲氣體保護焊。對于大型結構件和管線焊接,熔化焊是可行且效益較高的焊接方法。但是,由于304和316這2種奧氏體不銹鋼管的線膨脹系數較大,易使焊接變形較大,并且含有較多合金元素,有些合金元素很容易燒損。因此,在選擇焊接方法時,要求其保護性好,焊接能量比較集中。傳統焊接方法常選用鎢極氬弧焊,其原因是鎢極氬弧焊具有以下特點:

(1)惰性氣體不與母材及焊材金屬發生任何反應。

(2)焊接工藝性能好,明弧,便于觀察電弧及熔池,填充焊絲是通過電弧間接加熱,焊接過程無飛濺,焊縫成形美觀,且焊接熱輸入小,特別適合薄板和薄壁管件的焊接。

(3)能進行全位置焊接,是實現單面焊雙面成形的理想焊接方法,并能進行脈沖焊接,容易調節和控制焊接熱輸入,適合于薄板或對熱敏感材料的焊接。但是,由于鎢極氬弧焊熔深較淺,焊接速度慢,焊接生產率較低,惰性氣體價格較高,使生產成本較高。

為克服鎢極氬弧焊的上述缺點,進一步提高生產效率,澳大利亞液化天然氣處理廠項目不銹鋼管線焊接通常采用鎢極氬弧焊打底,焊條電弧焊和藥芯焊絲氣體保護焊進行填充、蓋面的組合焊接方法,不但可以提高生產效率,而且可以提供很好的保護效果。


3.2 焊接工藝

奧氏體不銹鋼管焊接時需要注意的問題:

(1)在奧氏體不銹鋼管焊接時,應盡可能地采用短弧焊接,這是由于:一方面其可以減少或防止Ti,Nb,Cr,Al等合金元素的燒損,另一方面還可以減少或防止飛濺。

(2)奧氏體不銹鋼管焊接時應盡可能地減少電弧的擺動,最好不要橫向擺動,采用直通焊,焊接速度盡可能快些。

(3)奧氏體不銹鋼管焊接時不可隨意引弧,特別要注意不可在焊件表面引弧,引弧時要有引弧板,熄弧時要有熄弧板。

(4)奧氏體不銹鋼管焊接時要仔細地清理坡口,保持表面光潔,每層焊縫清渣要徹底,清渣時不能用小鐵錘亂敲亂打,要用小木錘或橡皮錘,用銅絲刷清渣,不可用鋼絲刷清渣。

(5)必要時要采取強迫冷卻措施,例如水冷方式,采用銅墊板等以降低道間溫度。

(6)最后一道焊縫要盡可能安排在與腐蝕介質相接觸的一面施焊。

(7)奧氏體不銹鋼管焊接時,焊前不需要預熱,因為奧氏體不銹鋼的冷裂紋傾向極小,而且為防止晶粒粗化,要求提高冷卻速度。


  正是因為奧氏體不銹鋼具有強度高、塑韌性好、耐腐蝕性和較好的加工工藝性等顯著優點,故在很多大型石化項目中,較多地采用了這種材質作為工藝管線。針對奧氏體不銹鋼管的產生熱裂紋等缺點,在澳大利亞液化天然氣處理廠項目管線施工過程中常采用氬弧焊打底、焊條電弧焊和藥芯焊絲氣體保護焊填充、蓋面的組合焊接方法,既可以滿足項目對焊接質量等方面的施工需求,又大大提高了生產效率,該焊接方法在澳大利亞液化天然氣處理廠項目施工中得到了很好的應用。

 
 

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