天然气管道工程用清管三通标准探析

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0引言

在天然气长输管道建设施工过程中，由于各种原因会残留下来很多的水及泥土、焊渣等施工遗留物。这些遗留物会导致天然气管道在低温下结冰或使阀门等管道配件产生堵塞，这将给管道的正常输气和安全运行造成极大的影响。因此，在天然气管道通气之前需进行管道的清管作业，可以有效地清除管道内的水以及施工遗留物，以及清除FeS铁粉，提高管壁光洁度和管输效率［1－3］。天然气管道清管作业主要是将清管器放入管道中形成密封，利用管输介质推动清管器前进，进而达到清除管内沉积物、管壁结垢和结蜡等的目的。但是，因管道变形、机械损伤、在三通处卡球等各种不同的原因也会导致清管器失效或堵塞。因此，通常推荐使用挡条清管三通来避免发生三通处卡球的事故［4－6］。本文详细对比和分析了国内外油气输送管道清管三通的技术标准和规范，结合清管三通的热加工工艺，提出了清管三通挡条修复焊接后的热处理建议。

1国内外清管三通标准规范及生产情况对比

1．1三通标准规范要求对比

目前，高强度大口径三通的制造通常采用热挤压成型的方式，热挤压三通生产工艺是一个热形变加淬火和回火的过程，即将毛坯管经压扁和反复的热鼓包、拉拔成型，得到所要求的支管形状和尺寸，最后通过调质热处理得到综合性能满足设计要求的三通。目前油气输送管道用三通技术标准版本较多。国外标准中主要采用MSSSP－75《HighStrengthWroughtButt－weldingFit-tings》、ISO15590－2《PetroleumandNaturalGasIndus-tries—InductionBends，FittingsandFlangesforPipelineTransportationSystems—Part2:Fittings》、ASMEB16．9《Factory－madeWroughtButt－weldingFittings》等管件技术标准。这些标准中大部分主要规定了工厂制造的无缝和电弧焊接、碳钢和低合金钢的对焊管件的尺寸、公差、材料、化学成分、拉伸性能、韧性和热处理等方面的技术要求。目前我国的管件标准主要包括GB/T29168．2－2012《石油天然气工业管道输送系统用感应加热弯管、管件和法兰第2部分:管件》、SY/T0609《优质钢制对焊管件规范》等。这些标准中主要规定了管件设计、选材、制造、产品检测及验收方面的技术要求。我国的管件标准是吸收了近年来国内外管道工程建设方面工艺技术研究成果及实践经验，如产品选材、加工工艺方法，以及管材强度、韧性等关键技术指标及质量评价方法，系统的高强度管件的热加工技术及评价体系，并进行了技术集成、修正与整合。清管三通一般也采用热挤压方式进行生产加工，生产工艺基本与普通热挤压三通生产过程相同，即卷曲成型、焊接、压扁、淬火、整形、拉拔、开孔、鼓包、回火等。但是清管三通需要在支管和主管交汇处焊接三通挡条。关于清管三通等特殊用途管件标准，国内外已有少量的技术规范。如现有的国外关于清管三通的技术规范，壳牌公司标准DEP31．40．21．30－Gen．《PipelineFittings》，其是ISO15590－2的补充技术条件，与ISO15590－2一起使用。DEP31．40．21．30－Gen．中主要规定了清管三通挡条的设计、数量及焊接方法，而针对清管三通的挡条焊接方式以及焊后热处理、挡条修复等没有明确的要求。国内清管三通的技术规范，如中石油CDP－S－OGP－MA－008－2017－2《油气管道工程清管三通技术规格书》，其主要规定了钢制清管三通的设计、材料、制造、检验、验收、包装和运输等方面的最低要求。但是标准中未对清管三通的挡条数量、材质和焊接方式进行具体要求，需结合具体的工程数据单进行。该标准中明确规定了清管三通应在完成挡条焊接后再进行最终热处理，对挡条修复后的热处理未明确要求。北京天然气管道有限公司企业标准Q/SYJS0126－2012《清管三通挡条技术要求》中对不同尺寸三通的挡条数量、焊接方法等进行了具体要求。但未明确规定清管三通的挡条焊后热处理要求，以及挡条修复后的热处理要求。

1．2清管三通生产情况对比

由于在我国很多天然气管道工程建设中，均没有明确的清管三通技术条件，通常在工程数据单只给出清管三通的挡条选材和设置要求。国内多数生产企业的清管三通制造工艺和流程与管道用三通相同，但是在三通挡条材质、焊接工艺以及热处理方式上有所不同。例如由于标准要求不明确，各生产企业所采用的挡条材质区别较大，如Q235B、20号钢、X80钢或与其材质接近的材料。而在清管三通热处理工艺方面，均采用淬火+回火的热处理方法。但是对于清管三通的挡条焊后热处理，目前国内多数厂家均先进行挡条焊接，并在完成挡条焊接后，将清管三通进行整体热处理(即将焊后热处理和回火热处理同时进行)，从而同时达到改善三通性能和消除应力的作用。而部分企业则采用三通整体回火热处理后，再进行挡条焊接的加工方法。

1．3清管三通标准体系

根据目前油气输送管道用三通的应用和标准，对于管道线路用标准三通，国内外管件标准已经形成了较完整的技术体系。但是国内外技术标准中关于清管三通的专业技术规范较少，且标准中的技术条款陈述规范性差，在挡条选材、焊接、验收、修复等方面没有明确的要求，在适用范围、技术指标等方面有很多不完善，这对油气输送管道的建设和安全运行有很多不利影响。如某天然气管道工程在运行时，发现部分管线段异响。经排查，发现清管三通挡条部分断裂。由于现行的技术规范中均未对清管三通挡条的修复和热处理进行明确要求，而若整体更换清管三通，则会增加管线成本，同时由于焊接难度较大，也会使三通环焊缝接头处的断裂风险增加。同时，由于没有统一的清管三通技术要求，目前国内各生产企业生产工艺也不相同，这都会对清管三通的采购以及后期维护更换等带来较大的影响。因此，对于清管三通的挡条焊接、焊后热处理以及修复更换等要求应深入研究，在标准中增加相关技术要求，为油气管道建设和安全运行提供技术依据。

2国内外标准中关于热处理的要求对比分析

目前清管三通在工厂加工时，一般采用挡条焊接后的整体三通回火热处理。三通的最终整体回火热处理目的是达到改善三通性能和消除应力的作用。但是在管线运行后，若进行清管三通的挡条修复更换，则不能采用三通整体回火热处理的方式。对于油气管道工程现场焊接后的热处理要求，如SY/T4103—2006《钢质管道焊接及验收》标准、SY/T4125—2013《钢质管道焊接规程》、GB/T31032—2014《钢质管道焊接及验收》、API1104—2013《WeldingofPipelinesandRelatedFacilities》等标准，均对油气钢制管道焊接接头力学性能、无损检测的检测方法和验收要求进行了规定。但焊后热处理工艺要求较少，未给出具体的焊后热处理技术要求和规定。在国内外压力容器标准规范中，针对焊后热处理进行了明确的要求。如GB150．4《压力容器第4部分:制造、检验和验收》，规定了GB150适用范围内的钢制压力容器的制造、检验与验收要求。标准中对焊后热处理(PWHT)的厚度、范围、热处理操作等均进行了明确的技术要求。ASMEVIII《RulesforConstructionofPressureVesselsDivision3》－2015标准中对焊接件的预热和焊后热处理两部分进行了明确的规定。如整体热处理、分段热处理、内加热整体热处理和局部热处理，在实际应用中，应首选炉内整体热处理。对于钢管和管道的环向连接点、支管颈部处和焊接附件等位置可用局部热处理的方法。

3建议

根据目前的标准和企业调研情况，现行清管三通标准中要求挡条焊接后的清管三通整体热处理有两个目的，一是通过回火工艺来配合淬火工艺完成对三通性能的改善，二是通过焊后热处理，消除挡条焊接后的应力。通过对现行油气输送管道用三通标准的调研，发现该系列标准大多都是针对标准三通的生产制造、材料性能方面的要求，而对于特殊管件，如清管三通，在焊接、热处理等方面的要求不完善。对于目前的现行清管三通技术规范，应补充完善清管三通挡条的材质、类型，对于焊后热处理和调质热处理的要求应分别进行要求，同时对于清管三通挡条的修复焊接质量应进行要求。建议应系统地开展清管三通挡条的焊接及热处理对三通服役性能的影响的研究工作，分析焊后热处理对三通性能的影响，从而明确三通的挡条焊接以及修复的焊后热处理要求。结合压力容器应用规范，也推荐采用压力容器规范中配件的焊后热处理工艺进行清管三通的热处理，同时一定要选取合适的焊接工艺(较低的焊接线能量)，以避免挡条焊接时对三通的性能产生影响。

参考文献

［1］朱喜平．天然气长输管道清管技术［J］．石油工程建设，2005，31(3):12－16．

［2］张彩霞，刘彦花，张莉，等．天然气管道清管作业技术浅析［J］．中国石油和化工标准与质量，2013，33(18):98．

［3］吕惠建，于达，郑荣荣．油气管道清管器的研发进展［J］．管道技术与设备，2012，20(4):43－46．

［4］刘刚，陈雷，张国忠，等．管道清管器技术发展现状［J］．油气储运，2011，30(9):646－653．

作者：王鹏 池强 李为卫 单位：中国石油集团石油管工程技术研究院 石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室