316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道施工技術(shù)

316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道施工技術(shù)摘要:本文以新疆奎屯錦疆化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)70萬(wàn)噸尿素裝置的施工為例,對(duì)316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道的預(yù)制、安裝、焊接、檢驗(yàn)、水沖洗和試壓等施工工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹、同時(shí)對(duì)316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道施工技術(shù)進(jìn)行了歸納論述。關(guān)鍵詞：尿素、316L尿素級(jí)不銹鋼、高壓管道、腐蝕、結(jié)晶、鐵素體含量、檢險(xiǎn)、焊接。由我公司承建的奎屯錦疆化工年產(chǎn)70萬(wàn)噸尿素裝置，是我公司承建的最大的一套尿素裝置。尿素裝置具有高溫、高壓、易燃、易腐蝕、易中毒等特點(diǎn)，屬特別危險(xiǎn)生產(chǎn)區(qū)域；本裝置最高操作壓力為19.1Mpa,最高操作溫度為300。裝置高壓部分工藝管道主要有2種材質(zhì)：316LU.G、20G,其中316LU.G是超低碳不銹鋼316L的改良型，又稱316L尿素級(jí)不銹鋼，這種新材料的施工條件要求最苛刻，施工難度最大。本人根據(jù)四川川化集團(tuán)編制的《316LU.G的焊接》(化工建設(shè)工程第24卷第6期焊接專集)；中國(guó)五環(huán)化學(xué)工程公司工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《尿素廠高壓不銹鋼管道的制造要求》(14-A30S-95)、《尿素廠耐腐蝕鋼的休氏試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)》(8-A10S-95)；蘭州化學(xué)工業(yè)公司化工建設(shè)公司編制的《石油化工鋼制管道工程工藝標(biāo)準(zhǔn)》(SHJ517-91)，陜西化建工程有限責(zé)任公司編制的《焊接工藝評(píng)定報(bào)告》(WP05-10)。論述歸納了316L尿素級(jí)有銹鋼高壓管道施工技術(shù)，供316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道安裝借鑒。本項(xiàng)目316LU.G管道規(guī)格如下：屮21.3X3.6屮33.7X4.5屮48.3X5.0申60.3X5.6申88.9X8.0屮114.3X11.0屮168.3X15.88屮219.1X20屮273X25一、316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道施工技術(shù)要求1、原材料及焊材的技術(shù)要求尿素生產(chǎn)工藝過(guò)程中的中間產(chǎn)物存在的氨基甲酸根、氰酸根等對(duì)不銹鋼及焊縫有強(qiáng)裂的腐蝕性；為了提高原材料和焊縫的耐腐蝕性；原材料及焊材必須滿足下列要求。管道及管道組成件的化學(xué)成份要求(重量百分比)成份材質(zhì)CMnPSSiCrNiMoN鐵素體含量316LU.G0.0111.620.0210.0020.2817.2513.302.530.0665W0.62)焊材熔敷金屬的化學(xué)成份要求(重量百分比)成份材質(zhì)CMnPSSiCrNiMoCoCuN鐵素體含量ER310Mo0.0114.400.0140.0030.124.9521.952.020.0430.0820.133—BM310Mo-L0.034.530.0180.0060.4424.5321.192.39——0.12W0.6根據(jù)我公司焊接工藝評(píng)定報(bào)告(WP05-10),本裝置316L尿素級(jí)高壓不銹鋼管道焊接材料焊絲為ER310MO,焊條為BM310Mo-l。（3）鐵素體含量的要求原材料及焊材的奧氏體形成元素（Ni、C、N、Mn）和鐵素體形成元素（Cr、Mo、Si）的平衡應(yīng)使得母材及母材焊接后能獲得完全奧氏體組織（最大鐵素體含量為0.6%）.鐵素體含量可用鐵素體測(cè)量?jī)x檢測(cè).原材料及焊材質(zhì)量證明應(yīng)列有材料在交貨條件下的化學(xué)成分和力學(xué)性能,并包括休氏試驗(yàn)的試驗(yàn)號(hào)、休氏試驗(yàn)和選擇性浸蝕試驗(yàn)結(jié)果以及有關(guān)材料的鐵素體含量和金相組織說(shuō)明。2、 原材料及焊材的保管要求經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格的原材料及焊材的保管要求設(shè)專庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理,不允許與其它焊材接觸.2.2、焊條烘干采用專用烘干箱。3、 316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道預(yù)制同種管徑且同壁厚的管道統(tǒng)一排料,管道下料時(shí)除現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)量外,還應(yīng)充分考濾管道坡度以及組對(duì)間隙的要求.3.2尿素級(jí)不銹鋼高壓管道的開(kāi)孔,使用專用鉆頭在鉆床上開(kāi)孔.熱電偶組件開(kāi)孔.316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道預(yù)制要求在專用預(yù)制場(chǎng)地進(jìn)行,車間不充許進(jìn)行其它鋼種施工作業(yè).預(yù)制平臺(tái)采用碳鋼鋼制作,但必須在平臺(tái)上平鋪上不含氯離子的石棉板或橡膠皮.另外預(yù)制平臺(tái)要求干凈、無(wú)灰塵。不論是存放在預(yù)制場(chǎng)地還是臨時(shí)堆放在施工現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)制管段，都應(yīng)在其底部平鋪上不含氯離子的石棉板或橡膠皮；且預(yù)制管段應(yīng)及時(shí)清掃封閉。4、焊接工藝4.1、焊接準(zhǔn)備及焊接方法（1）焊接準(zhǔn)備a、 坡口形式：壁厚V15mm,采用單V型坡口；壁厚$15mm采用雙V型坡口或U型破口；b、 破口邊緣焊接區(qū)和相鄰區(qū)域（離邊緣約100mm）,焊接之前應(yīng)該用丙酮或酒精清洗干凈；c、 破口加工時(shí)，要求邊加工時(shí)邊加水（水中氯離子含量最大為25ppm）；坡口打磨時(shí)，應(yīng)平緩地打磨母材使之不至于變成藍(lán)色。（2）焊接方法a、 壁厚W8mm,米用全氬弧焊焊接；b、 壁厚〉8mm，采用氬弧焊與手工電弧焊相結(jié)合焊接，氬弧焊打底焊接一層，其余各層采用手工電弧焊，只能采用窄的堆焊焊縫。4.2、焊縫檢查a、 公稱直徑W40mm,最終焊接后檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查、滲透檢查，（對(duì)于對(duì)接焊縫采用射線檢測(cè)代替滲透檢測(cè)）。b、 公稱直徑＞40mm，壁厚W5mm的焊縫，最終焊接后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查（如有可能檢查管內(nèi)焊縫）、滲透檢測(cè)、射線檢測(cè)100%。c、 公稱直徑〉40mm，壁厚〉5mm的焊縫：1）、打底焊層和第一層填充焊接后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：外觀檢查、鐵素體含量檢查（如有可能檢查管內(nèi)焊縫）、滲透檢測(cè)；（2）、最終焊接后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：外觀檢查、滲透檢測(cè)、射線檢測(cè)100%；（3）最終焊接后應(yīng)進(jìn)行如下檢查：外觀檢查、滲透檢測(cè)、射線檢測(cè)100%；4.3焊縫返修工藝焊縫返修工藝與正式焊接一至.4.4焊縫的滲透檢測(cè)應(yīng)使用水型噴霧滲透法,并用濕式噴霧顯示劑,試驗(yàn)的表面溫度應(yīng)在15°C?55°C,滲透時(shí)間為5?15分鐘.5、管道安裝管道安裝前，應(yīng)將管道清掃干凈；不能與碳鋼或鍍鋅管相接觸;臨時(shí)搭接件和臨時(shí)支撐的材質(zhì)應(yīng)為316L尿素級(jí)不銹鋼;去除臨時(shí)搭接件和臨時(shí)支撐時(shí),只能使用不銹鋼專用砂輪片打磨鏟除;固定夾具采用316L尿素級(jí)不銹鋼制作或者采用碳鋼加墊橡膠皮制作.高壓排污總管各支管上的閥門必須進(jìn)行100%的單體試壓,且試壓時(shí)應(yīng)有業(yè)主、監(jiān)理在場(chǎng)，此為確保裝置正常運(yùn)行的關(guān)鍵控制點(diǎn)；5.6因高壓氣相管道連接的兩臺(tái)高壓設(shè)備的操作壓力幾乎相等,為減少流體流動(dòng)阻力,氣相管道安裝時(shí),管道不能形成管袋（既保證水平管水平,不能有坡度),以保證流體正常流通;其外,要確保氣相管道伴熱管及保溫施工質(zhì)量,以避免冷凝腐蝕;5.7因高壓液相管道中流體介質(zhì)為尿液及甲銨溶液,其特點(diǎn)是在高壓條件下,溫度低于60°C時(shí),易產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象;因此,高壓液相管道施工中要注意以下幾點(diǎn):確保高壓液相主管道安裝坡度及坡向的要求以及高壓液相主管道伴熱及保溫施工質(zhì)量;安裝高壓液相管道上的導(dǎo)淋閥、取樣分析點(diǎn)以及沖洗支管等服務(wù)點(diǎn)時(shí)，要求服務(wù)點(diǎn)上的第一道閥門離高壓液相主管道的距離應(yīng)為最小，以避免因這段距離中流體介質(zhì)不流動(dòng)、無(wú)法實(shí)現(xiàn)熱量交換和散熱的影響從而導(dǎo)致這段距離中的流體介質(zhì)溫度過(guò)低，產(chǎn)生結(jié)晶堵塞這些服務(wù)點(diǎn)。5.8管道安裝過(guò)程中及安裝完畢,其周圍圍禁止動(dòng)火作業(yè);如不可避孕,應(yīng)采取合理的防護(hù)措施,避免受到鐵素體的污染;5.9靜密封組成件的安裝靜密封均采用透鏡墊密封型式,其密封效果良好;靜密封組成件的安裝要求焊環(huán)接頭密封面頂部離螺紋法蘭距離應(yīng)為6mm;密封面存在可修復(fù)缺陷時(shí),只能用專用研磨工具進(jìn)行研磨.其外,在進(jìn)行高壓螺紋鞍座安裝時(shí)，要特別注意防止焊接變形對(duì)其螺紋的傷害；為此，在其焊接前，先擰入一段預(yù)加工好的涂有二硫化鉬的堵頭，待焊接合格后，再將其拆除，安裝正式件。6、水沖洗及壓力試驗(yàn)水沖洗及壓力試驗(yàn)用的水質(zhì)要求，氯離子濃度不大于1ppm，此為鍋爐純凈水，務(wù)必滿足；盲板加設(shè):高壓甲銨泵出口及所有高壓安全閥入口,加設(shè)無(wú)孔透鏡墊,液位計(jì)拆除加設(shè)無(wú)孔透鏡墊及盲板法蘭;無(wú)孔透鏡墊壓力等級(jí)應(yīng)與工藝管道用透鏡墊壓力等級(jí)一致,無(wú)孔透鏡墊材質(zhì)宜采用不銹鋼（其硬度應(yīng)低于法蘭硬度）.壓力試驗(yàn)時(shí),必須認(rèn)真檢查高壓排污總管各支管上的閥門,確認(rèn)是否內(nèi)漏;以避免裝置投產(chǎn)時(shí),因閥門內(nèi)漏,工藝流體介質(zhì)滲入排污總管堆積結(jié)晶堵塞排污總管.水沖洗及壓力試驗(yàn)后,應(yīng)將水排凈,但不能加熱或用空氣干燥,以避免氯化物的濃縮.二、鐵素體含量檢驗(yàn)方法及焊縫鐵素體含量超標(biāo)預(yù)防措施尿素裝置316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道的焊接，不僅要解決焊接接頭強(qiáng)度問(wèn)題，更為重要的是要解決316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道焊接接頭耐腐蝕問(wèn)題。鐵素體含量的高低是判斷316L尿素級(jí)不銹鋼材料及焊接接頭耐腐蝕性強(qiáng)弱的重要因素；鐵素體含量的測(cè)量則是施工現(xiàn)場(chǎng)判斷316L尿素級(jí)不銹鋼材料及焊接接頭質(zhì)量是否符合要求的重要指標(biāo)，也是唯一檢驗(yàn)手段。因此正確掌握鐵素體含量檢驗(yàn)方法及焊縫鐵素體含量超標(biāo)的預(yù)防措施對(duì)保證316L尿素級(jí)不銹鋼高壓管道施工質(zhì)量是非常重要的。1、鐵素體含量檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)范圍管材、管道配件、焊環(huán)管頭、法蘭、墊片、熱電偶組成件等內(nèi)外壁任意三點(diǎn)；過(guò)濾器（檢查閥體、本體法蘭及濾網(wǎng)）；閥門、調(diào)節(jié)閥及安全閥（檢查閥體、閥座、閥桿、閥桿）；高壓設(shè)備的接口短管及本體法蘭。檢驗(yàn)方法（1）檢驗(yàn)設(shè)備的校驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)備采用鐵素體測(cè)量?jī)x，因316L尿素級(jí)不銹鋼最大鐵素體含量為0.6%,校驗(yàn)用的樣品的鐵素體含量最大應(yīng)為0.6%;（2）設(shè)備校驗(yàn)之前，應(yīng)用丙酮或?yàn)⒕葱Ｓ玫臉悠芳皺z測(cè)探頭，使其干凈、無(wú)灰塵，確保校驗(yàn)的精度；（3） 鐵素體含量檢驗(yàn)前，應(yīng)將被檢測(cè)部位及檢測(cè)探頭用丙酮或?yàn)⒕逑锤蓛簦龠M(jìn)行檢測(cè)；檢測(cè)過(guò)程中，要常清洗檢測(cè)探頭，確保不受鐵素體的污染，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；（4） 當(dāng)被檢驗(yàn)點(diǎn)鐵素體含量不合格時(shí)，在條件允許的情況下，可用專用砂輪片打磨不合格點(diǎn)，磨去表面鈍化層后，用丙酮或?yàn)⒕逑创蚰ヌ?；然后再進(jìn)行檢測(cè)，仍不合格，則此點(diǎn)鐵素體含量不合格。2、焊縫鐵絲體含量超標(biāo)預(yù)防措施原材料及焊材體驗(yàn)合格、并運(yùn)用正確的有效的方法進(jìn)行成品保護(hù)后，焊縫鐵素體含量超標(biāo)的可能性主要來(lái)自于管道焊接過(guò)程中，對(duì)焊縫鐵素體含量地控制可采用如下措施。2.1焊接技術(shù)措施（1）選用適當(dāng)?shù)暮附臃椒?，使它輸入焊接熔池的熱量最小，讓焊接接頭盡可能的縮短在敏化溫度區(qū)段的停留時(shí)間,減低危險(xiǎn)溫度對(duì)焊縫的影響;(2)合理的制定焊接工藝參數(shù)在保證焊縫質(zhì)量的前提下,用最小焊接電流,最快的焊接速度;合理的焊接操作a、 采用窄焊縫，多道多層焊，每一道焊縫或每一層焊縫焊后，要等焊接處冷卻到低于150°C溫度時(shí)，再進(jìn)行次一道或次一層焊縫焊接；b、 在施焊過(guò)程中不允許焊接材料在熔池中擺動(dòng)來(lái)增高熔池的溫度和冷卻時(shí)間；c、 在材質(zhì)分界處，316L尿素級(jí)不銹鋼的焊縫，在有條件的情況下一定要最后施焊，以減少焊縫的受熱次數(shù)；d、 為了加快焊縫冷卻速度，每焊完一層焊縫后可以澆水(水中氯離子濃度W25ppm)加快冷卻不會(huì)產(chǎn)生裂紋；也可以邊焊邊澆水，焊一段澆一段水，但必須注意焊接熔池及其附近區(qū)域不允許有水；在焊接過(guò)程中為了防止受不潔物的污染，焊接用的手套及衣服應(yīng)保持清潔。準(zhǔn)確判斷充氬保護(hù)效果進(jìn)行氬弧焊時(shí)，在管內(nèi)保持用氬氣進(jìn)行連續(xù)保護(hù)直至完成了兩層焊道；焊接區(qū)的充氬保護(hù)效果可以從焊接接頭的顏色進(jìn)行判斷，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：奧氏體型不銹鋼焊接接頭顏色與保護(hù)效果的關(guān)系焊接接頭顏色銀白金黃藍(lán)色紅色灰色黑色保護(hù)效果最好良好較好不良最環(huán)最環(huán)三、鐵素體含量超標(biāo)的處理辦法1、管材局部鐵素體超標(biāo)，可將起標(biāo)部分切除；2、管配件及焊環(huán)接頭焊接端部鐵素體含量超標(biāo)，在規(guī)范的允許范圍內(nèi)切除超標(biāo)部分；3、焊縫鐵素體含量超標(biāo)，將超標(biāo)部分用磨光機(jī)打磨鏟除，重新焊接；4、其它情況，只能做退貨處理，重新定貨。在新疆奎屯錦疆化工年產(chǎn)70萬(wàn)噸尿素項(xiàng)目中，使用316L