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工业管道技术

来源:华谨第三方检测机构 作者:钟工 浏览: 发布日期:2016-08-22 15:09

近年来,西气东输工程、西油东送工程、南水北调工程、中国周边地区与境内油气运输管道建设、城市水管/气管/油管/通讯线管的大规模铺设以及钻井探矿、发电厂、压力容器制造、石油化工等行业采用了大量各类管道技术和专用管道材料,在材料选型、工艺设计、现场施工、应用可靠性评价等方面积累了大量经验,同时也遇到了很多问题需要解决。帆泰检测拥有多名材料、焊接方面的专家,拥有业界一流的化学成分、金属性能测试设备,在核电站/火电站、石油管道焊接施工、焊接工艺评定、材料失效分析方面积累了大量经验,致力于为各类管道应用企业提供全面的技术服务。

1.焊接工艺评价

焊接工艺评定(Welding Procedure Qualification,简称WPQ) 为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。

基本目的:

1.评定施焊单位是否有能力焊出符合相关国家或行业标准、技术规范所要求的焊接接头;

2.验证施焊单位所拟订的焊接工艺指导书是否正确;

3.为制定正式的焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠的技术依据。

焊接工艺评定意义

焊接工艺是保证焊接质量的重要措施,它能确认为各种焊接接头编制的焊接工艺指导书的正确性和合理性。通过焊接工艺评定,检验按拟订的焊接工艺指导书焊制的焊接接头的使用性能是否符合设计要求,并为正式制定焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠的依据。

试用范围

1.适用于锅炉、压力容器、压力管道、桥梁、船舶、航天器、核能以及承重钢结构等钢制设备的制造、安装、检修工作。

2.适用于气焊,焊条电弧焊,钨极氩弧焊,熔化极气体保护焊,埋弧焊等焊接方法。

制定焊接工艺的流程

1、焊接工艺评定 ;

2、提出焊接工艺评定的项目;

3、草拟焊接工艺方案;

4、焊接工艺评定试验;

5、编制焊接工艺评定报告;

6、编制焊接工艺规程(工艺卡 工艺过程卡作业指导书)。

焊接工艺评定—般过程

1. 拟定焊接工艺指导书;

2.施焊试件和制取试样;

3.检验试件和试样;

4.测定焊接接头是否具有所要求的使用

性能;

5.提出焊接工艺评定报告对拟定的焊接

工艺指导书进行评定。

2.管道材料检测

在不同的应用场景下,如油田钻井所用连续油管或者核电站中的高温水蒸气输送管道,它们所采用的管材牌号、热处理工艺、性能指标、技术要求、加工工艺都有所不同,其中材料的理化性能是设计各类应用方案时的基础输入。根据设计要求在材料选型确定后,采购的管材理化性能符合设计要求就是决定方案设计能否成功落地的关键。

1.1 力学性能测试

管道材料的基础力学性能(拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、屈服强度、冲击韧性、高温拉伸强度、持久强度、弹性模量、泊松比、断后伸长率、断面收缩率等)、管道结构的力学有限元分析

1.2 物理性能测试

硬度(表芯维氏显微硬度、洛氏硬度、布氏硬度、硬度梯度)、 金相(非金属夹杂物评级、晶粒度大小、脱碳层/渗碳硬化层深度测定、镀层厚度及成分、氧化层厚度、金相组织判定、铸造/锻造缺陷、热处理缺陷等)、热膨胀系数,

1.3 化学性能测试

基材牌号鉴定(碳、硅、铬、钒、钛、铜、锰、铝、钴、镍、钼、钙、镁、锌、硫、磷、锡、铅、锑、砷、铋等)、镀层成分鉴定、腐蚀产物牌号鉴定、夹杂物/异物成分鉴定、有机物主成分分析、有机物全成分剖析、基材耐腐蚀性能评价(均匀腐蚀、点蚀、剥蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、人造气氛腐蚀)、涂镀层耐腐蚀性能评价

测试所依据的技术标准:

《GB/T 699-1999 优质碳素结构钢技术条件》 --- 该标准对10、20、25、35等碳素钢的牌号及化学成分、冶炼方法、交货状态、力学性能、实验要求等作出规定;

《GB/T 700-2006 碳素结构钢》 --- 该标准对Q195、Q215、Q235、Q255等碳素结构钢的生产和试验作出规定。

《GB/T 1220-2007 不锈钢棒》 --- 该标准对不锈钢棒的尺寸、外形、技术要求、试验方法等作出规定,适用于0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2等奥氏体不锈钢、0Cr13等铁素体不锈钢、1Cr13、2Cr13等马氏体不锈钢和0Cr17Ni14Cu4Nb等沉淀硬化型不锈钢。

《GB/T 1221-2007 耐热钢棒》 --- 该标准对耐热钢棒的尺寸、外形、技术要求、试验方法、验收规则等作出规定,适用于奥氏体耐热不锈钢、铁素体耐热钢和1Cr5Mo马氏体耐热钢等。

《GB/T 1591-2008 低合金高强度结构钢》 --- 该标准对低合金高强度结构钢的牌号、尺寸、外形、重量、允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则等作出规定,适用于一般结构和工程用低合金高强度结构钢板、钢带、型钢、钢棒等。

《GB 5310-2008 高压锅炉用无缝钢管》 --- 该标准规定了高压锅炉用无缝钢管的分类、代号、尺寸、外形、重量、技术要求、试样、试验方法、检验规则等。 适用于制造高压及其以上压力的蒸汽锅炉、管道用无缝钢管。

《GB/T 8163-2008 输送流体用无缝钢管》 --- 该标准规定了输送流体用无缝钢管的订货内容、尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、验收规则等。本标准适用于输送流体用一般无缝钢管。

《GB 3087-2008 低中压锅炉用无缝钢管》 --- 该标准规定了低中压锅炉用无缝钢管的订货内容、尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则等。

《GB 9948-2006石油裂化用无缝钢管》--- 该标准规定了高压锅炉用无缝钢管的订货内容、尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则等。

《GB 6479-2000 高压化肥设备用无缝钢管》 --- 该标准规定了工作温度为-40~400℃、工作压力为10~30MPa的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管的订货内容、尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则等。

《GB/T 18984-2003 低温管道用无缝钢管》--- 该标准规定了-45℃~-195℃级低温压力容器管道以及低温热交换器管道用无缝钢管的订货内容、尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则等。

《GB/T 14976-2002 流体输送用不锈钢无缝钢管》 --- 该标准规定了输送流体的不锈钢制成的热轧(挤、扩)和冷拔(轧)无缝钢管订货内容、尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则等。。

《GB 13296-91 锅炉热交换器用不锈钢无缝钢管》 --- 该标准规定了锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管的分类、代号、尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则等。适用于锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管。

《GB/T 3091-2001 低压流体输送用焊接钢管》--- 该标准规定了低压流体输送用直缝焊接钢管的尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则等。适用于水、污水、燃气、空气、采暖蒸汽等低压流体输送用和其他结构用的直缝焊接钢管。

《GB/T 13793-2008 直缝电焊钢管》 --- 该标准规定了直缝电焊钢管的尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则等。适用于一般用途的外径不大于630mm的直缝高频电阻焊焊接钢管。

《SY/T5037-2000 低压流体输送用螺旋缝焊埋弧钢管》 --- 该标准规定了普通流体输送管道用埋弧焊钢管(包括直缝埋弧焊钢管和螺旋缝埋弧焊钢管)的尺寸、外形、质量、性能要求、试验方法、检验规则等。适用于水、污水、空气、采暖蒸汽等普通流体输送管道钢管,也适用于具有类似要求的其他流体输送管道用钢管。

《GB/T 9711.1-1997 石油天然气工业输送钢管 交货技术条件 第1部分:A级钢管》 --- 该标准规定了石油天然气工业中用于输送可燃流体和非可燃流体(包括水)的非合金钢和合金钢(不包括不锈钢)无缝钢管和焊接钢管的A级质量和试验要求。

《GB/T 9711.2-1999 石油天然气工业输送钢管 交货技术条件 第2部分:B级钢管》 ---该标准规定了石油天然气工业中用于输送可燃流体和非可燃流体(包括水)的非合金钢和合金钢(不包括不锈钢)无缝钢管和焊接钢管的B级质量和试验要求。

《GB/T 9711.3-2005 石油天然气工业输送钢管 交货技术条件 第3部分:C级钢管》 ---该标准规定了石油天然气工业中用于输送可燃流体和非可燃流体(包括水)的非合金钢和合金钢(不包括不锈钢)无缝钢管和焊接钢管的C级质量和试验要求。

《GB/T 12771-2008 流体输送用不锈钢焊接钢管》 --- 该标准规定了流体输送用不锈钢焊接钢管的分类及代号、尺寸、外形、重量、技术要求、检验方法、检验规则等。适用于输送中低压流体用的耐蚀不锈钢焊接钢管。

《HG20537.1-92 奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定》 --- 该本标准规定了化工、石化、医药等工业用奥氏体不锈钢焊接钢管的规格、技术要求、使用规定和有关设计参数。适用于换热器管束、容器壳体、接管和管道用奥氏体不锈钢焊接钢管。

《HG20537.2-92 管壳式换热器用奥氏体不锈钢焊接钢管技术要求》 --- 该标准规定了化工、石化、医药等工业用奥氏体不锈钢焊接钢管的规格、技术要求、使用规定和有关设计参数。适用于换热器管束、容器壳体、接管和管道用奥氏体不锈钢焊接钢管。

《HG20537.3-92 化工装置用奥氏体不锈钢焊接钢管技术要求》--- 该标准规定了化工、石化、医药等工业用奥氏体不锈钢焊接钢管的规格、技术要求、使用规定和有关设计参数。适用于不加焊丝连续自动焊接方法生产的化工装置用奥氏体不锈钢焊接钢管。

《HG20537.4-92 化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求》--- 该标准规定了化工、石化、医药等工业用奥氏体不锈钢焊接钢管的规格、技术要求、使用规定和有关设计参数。适用于采用田家田冲金属的电弧焊方法生产的化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管。

3.管道腐蚀失效分析

金属腐蚀是金属与周围环境的作用而引起的破坏。影响金属腐蚀行为的因素很多,它既与金属自身的因素有关,又与腐蚀环境相连。了解这些因素,可以帮助我们去解决油气田生产中的腐蚀问题,弄清影响腐蚀的主要因素,从而采取有效的防腐措施,做好油气田防腐工作。

(一)金属材料的影响

1.金属的化学稳定性

金属耐腐蚀性的好坏,首先与其本性有关。各种金属的热力学稳定性,可近似地用其标准平衡电位来评定。电位越正,金属的稳定性越高,金属越耐腐蚀。反之,金属离子化倾向越高,金属就越易腐蚀。但是也有些金属如Al 等,虽然活性大,由于其表面易生成保护膜,所以具有良好的耐蚀性能。金属的电极电位和其耐蚀性只是在一定程度上近似地反映其对应关系,并不存在严格的规律。

2.金属成分的影响

由于纯金属的各种性能不能满足工业需要,因此在实际应用中多采用它们的合金。合金又分单相合金和多相合金。

(1)单相合金:单相固溶体合金,由于组织均一,具有较高的化学稳定性,因而耐腐蚀性就较高,如不锈钢等。

(2)两相或多相合金:由于各相的化学稳定性不同,在与电解质溶液接触时,在合金表面上形成许多腐蚀微电池,所以比单相合金容易遭受腐蚀。但也有耐蚀性很高的多相合金,如硅铸铁、硅铅合金等。合金的腐蚀速度与以下三点有关:当合金各组分存在较大电位差时,合金就易腐蚀;若合金中阳极以夹杂物形式存在且面积较小时,阳极首先溶解,使合金成为单相,对腐蚀不产生明显的影响;若合金中阴极相以夹杂物形式存在,阳极作为合金的基底将遭受腐蚀,且阴极夹杂物分散性越大,腐蚀就越强烈。

3.金属表面状态的影响

表面光滑的金属材料表面易极化,形成保护膜。而加工精糙不光滑的金属表面容易腐蚀,如金属的擦伤、缝隙、穴寓等部位都是天然的腐蚀源。粗糙的表而易凝聚水滴,造成大气腐蚀,而深洼部分则易造成氧浓差电池而受腐蚀。总之,金属工件加工表面应光洁。

4.金相组织与热处理的影响

金属的耐蚀性能取决于金属及合金的化学组分,而金相组织与金属的化学组合密切相关,但当合金的成分一定时,随加热和冷却能进行物理转变的合金,其金相组织就与热处理有密切关系,随温度变化产生不同的金相组织,而后者的变化又影响了金属的耐腐蚀性。

5.变形及应力的影响

金属在加工过程中变形,产生很大的内应力,其中拉应力能引起金属晶格扭曲而降低金属电位,使腐蚀过程加速,而压应力则可降低腐蚀破裂的倾向。

(二)油田水腐蚀

水是石油的天然伴生物。水对金属设备和管道会产生腐蚀。尤其是含有大量杂质的油田水对金属会产生严重的腐蚀。油田水中的溶解盐类对金属腐蚀有很大影响,其中最主要的是氯化物。另一类最常见的引起金属腐蚀的物质是水中溶解的氧气、二氧化碳、硫化氢等气体。此外,油田水中存有的硫酸盐还原菌等微生物也会对金属产生严重腐蚀。

1.溶解氧的影响

碳钢在室温下的纯水中腐蚀速度小于0.04mm/a,只有轻微的腐蚀。如果水被空气中的氧饱和后,腐蚀速度增加很快,其初始腐蚀速度可达0.45mm/a。几天之后,形成的锈层起了氧扩散势垒的作用,碳钢的腐蚀速度逐步下降,自然腐蚀速度约为0.1mm/a。这类腐蚀往往是较均匀的主要腐蚀。而碳钢在含盐量较高的水中发生的腐蚀将出现局部腐蚀,腐蚀速度可高达3~5mm/a。

2.二氧化碳的影响

当水中有游离CO2存在时,水呈酸性反应,即CO2+H2O===H++HCO-3,由于水中H+离子的量增多,就会产生氢去极化腐蚀。所以游离CO2腐蚀,从腐蚀电化学的观点看,就是含有酸性物质而引起的氢去极化腐蚀。此时腐蚀过程的阴极反应为:2H++2eH2CO2溶于水呈弱酸性,因为弱酸只有一部分电离,所以随着腐蚀过程的进行,消耗掉的氢离子会被弱酸的继续电离所补充。

3.硫化氢的影响

钢在含有H2S 的盐水中的腐蚀速率最高;而在含有H2S 的蒸馏水中的腐蚀速率较低。因为不同的水溶液形成的腐蚀产物不一样,所以腐蚀速率也不同。钢在蒸馏水中,最初形成保护性能差的Fe9S8,继而形成保护性能较好的磁黄铁矿和黄铁矿(FeS2)。在含有H2S 的盐水中只能形成保护性能差的Fe9S8,所以腐蚀速率继续增大,是属于电化学腐蚀。含H2S 的水对金属材料的腐蚀破坏还有两种类型:一是氢脆,电化学腐蚀产生的氢渗入钢材内部,使材料韧性变差,引起微裂纹,使钢材交脆;二是硫化物应力腐蚀,在拉应力和残余张应力作用下钢材氢脆裂纹发展,致使钢材破裂。

4.硫酸盐还原菌的影响

在绝大多数的油田集输系统的生产油井和注水井中发现存在有大量的硫酸盐还原菌(SRB),SRB 的繁殖可使系统H2S 含量增加,腐蚀产物中有黑色的FeS 等存在,以及水质明显恶化、变黑、发臭,不仅使设备、管道遭受严重腐蚀,而且还可能把杂质引入油品中,使其性能变坏。同时FeS,Fe(OH)2等腐蚀产物还会与水中成垢离子共同沉积成污垢而造成管道的堵塞,

5.溶解盐的影响

含有溶解盐类的水的腐蚀性随着溶解盐浓度的增大而增大,直到出现最大值后趋于减小。这里因为含盐量增加,盐水导电性增大,腐蚀性增大;但含盐量足够大时会明显引起水中氧气的溶解度降低,腐蚀性反而下降。

6.pH值的影响

水的pH 值不大于4,在酸性范围内,碳钢表面的氧化物覆盖膜完全溶解。

水的pH 值在10~13 的碱性范围内时,碳钢表面的pH 值升高,使Fe2O3转化为具有钝化性能的γFe2O3,腐蚀速度下降。然而当pH 值过高时,腐蚀速度又会上升

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