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1、气田地面建设工程质量监督 刘润昌 n一、概述 n二、加强对原材料质量的控制，确保质量保证项目合格 n三、对焊接质量的控制与监督 n四、加强管道保护，确保安全运行 n五、管道干燥及氮气置换 n天然气组成：C1，C2，C3，CO2，N2，H2O，H2S，硫醇 n天然气特点：易燃易爆，生产、输送天然气的场站、管道多为高压， 设计压力为470MPa，一旦发生爆管事故将引发灾难性后果。 n如：1989年6月，前苏联西伯利亚地区一条输气管道发生泄露，当时 正好两列火车对开进入泄露区，在距漏点1km外，火车摩擦引燃天然 气并发生爆炸，死亡600多人，烧毁森林数百公顷。 nH2S的特性：透明、剧毒 n 由于天
2、然气生产的特殊性，气田建设对施工质量的控制要求更严 ，对工程实体质量的控制是保证天然气装置安全生产的关键。 空气中浓度/（mg.m -3） 生物影响及危害 0.04感到臭味 15刺激眼睛 150-300嗅觉15min内麻痹 375-5254-8h内有生命危险 1500-2250数分钟内死亡 n天然气管道安全事故 n近30年来，欧洲、前苏联、美国的输气管道事故率（10-3次/（km.a）分别为 0.42、0.46、0.60，我国四川地区12条输气管道的事故率为4.3。 n主要危害因素： n腐蚀 n设计、施工缺陷 n第三方损伤 n自然灾害 n材料及设备缺陷 n错误操作 四川地区输气管道事故统计（1
3、969-1990年） 破坏原因外力损 伤 材料缺陷腐蚀地表移 动 施工其他 比例/%14.212.327.726.53.9 n输气管道重大事故实例 n 1995年7月29日，横贯加拿大一条管径1068的天然气管道，在Rapid City附近破裂着火，50min后距爆破口7m远的一条管径914mm复线被高温 烧烤起火，事故造成管道停产15天。事故原因：管材直焊缝根部存在缺 陷，形成表面应力腐蚀开裂。 n 1994年7月23日，横贯加拿大一条管径914mm的天然气管道，在安大 略省的Latchford附近爆裂起火，一段约22m长的直缝管沿焊缝裂开飞出地 面，炸出一个宽16m、长36m、深2-4m的
4、大坑，烧掉约420万方天然气。事 故原因：这条建于1972年的管道防腐层老化，阴极保护强度不够，忽略了 腐蚀损伤的在线检测，管壁腐蚀严重引发爆管事故。 n 1994年3月24日，美国新泽西州一条管径914mm的天然气管道，因机 械损伤造成的管外裂纹扩展到临界尺寸，引发管道破裂，泄露天然气着 火形成150m搞火球，烧毁房屋128套，撤离1500居民。 n 1971年5月22日，四川威成输气管道越溪段爆管，重达201kg的管道碎 片飞出151m远，造成4人死亡，26人受伤。事故原因：管道内腐蚀。 重点控制环节 严格执行有关规范标准杜绝影响结构安全的质量问题及质量隐患， 确保工程建成投产后安全运行。
5、 天然气场站、管道建设天然气场站、管道建设 原材料质量的控制原材料质量的控制 焊接焊接 热处理热处理 防腐施工防腐施工 试压、干燥试压、干燥 停气碰头前氮气置换停气碰头前氮气置换 气田地面建设工程主要特点 n气田单井集输工程分部工程划分： XX井地面集输工程 站内工艺设备及管道安装站内工艺设备及管道安装 集气支线集气支线 供电线路供电线路 站内配电站内配电 自控仪表自控仪表 通讯通讯 值班休息室值班休息室 气田地面建设工程主要特点 站内工艺安装分部工程： 钢制圆筒型容器安装 常压容器安装 加热炉安装 梯子、平台栏杆制作安装 管沟开挖及回填 管件、阀门检验及管件加工 管道组对 管道焊接 管道安装
6、 管道涂漆 软质制品保温 管道防腐补口 站内系统试压 井口（采气树） 水套加热炉 气液分离器 计量装置 汇气管 收发球筒 气田地面建设工程主要特点 集气支线分部工程： 管沟开挖 管道组对 管道焊接 管道防腐补口 管道下沟回填 管道穿越公路、铁路、小河 阴极保护 管道试压及通球扫线等分项工程 一、加强对原材料质量的控制，确保质量保 证项目合格。 加强对原材料质量的控制，确保质量保证项目合格 n1、原材料质量对工程质量的影响 原材料质量是工程质量控制的保证项目，特别是对直接接触天然 气介质的工程原材料质量应作为监督重点。原材料质量关系到工程的 本质安全。 加强对原材料质量的控制，确保质量保证项目合
7、格 n 设计上应选用抗SSCC（硫化氢应力腐蚀）及抗HIC（氢诱发裂纹 ）的原材料。对于生产输送含硫原料天然气的工艺装置及管道，酸性 天然气中的硫化物会对金属材料产生化学腐蚀、应力腐蚀及氢损伤。 H2S应力腐蚀（SSC） 在酸性天然气环境中，硫化氢水溶液会对钢材产生电化学腐蚀，阳极铁 溶解，阴极析出氢。H2S在水溶液中离解为HS-+H+，与钢材表面接触，发生 反映： Fe+HS- FeSx+H+ 析出氢及腐蚀产物FeSx，即Fe+HS+H2O FeS x+2H，在管道内壁产生 腐蚀斑点。在焊缝根部缺陷如裂纹、未熔合开口尖端应力集中处，由于应力 和介质的联合作用，腐蚀斑点逐渐向内部侵蚀，形成网状
8、裂纹，裂纹面上腐 蚀产物FeSx沉积，裂纹不断扩展直至断裂。在应力腐蚀发生的同时，阴极析 出氢离子不断扩散进入内部， H2S还是一种强渗氢介质，它不仅提供氢的来 源，还起到阻碍氢原子结合成氢分子的作用，其结果是加速氢向钢中扩散， 产生氢脆断口的形貌，硫化氢应力腐蚀和氢脆相伴发生。 加强对原材料质量的控制，确保质量保证项目合格 nSY/T 0599-1997天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求 含有水和硫化氢的天然气，当气体总压大于或等于0.4MPa（绝） ，气体中的硫化氢分压大于或等于0.0003MPa（绝）时，称为酸性天 然气。用于输送酸性天然气介质的碳素钢或低合金钢，其含镍量必须 低
9、于1%；碳素铸钢和低合金铸钢经退火、正火、调质处理后硬度必须 小于或等于HRC22；碳素钢和低合金钢经冷轧、冷锻或其他制造工艺 进行任何冷变形后，导致表面纤维性永久变形量大于5%时，不论硬度 多少均应做消除应力热处理，热处理温度应不低于600，热处理后 的硬度必须小于或等于HRC22。奥氏体不锈钢及马氏体不锈钢的硬度 也必须小于或等于HRC22。 加强对原材料质量的控制，确保质量保证项目合格 n 如：1999年4月某气田一集输站内600级16对焊法兰在正常生产过程中突然 发生本体开裂，5.8MPa的天然气从开裂处喷出燃烧并发生爆炸，酿成重大安 全事故。事故发生时该站输送含硫天然气，硫含量为6.
10、68g/m3，含水量 300mg/ m3。 n事故原因分析： n该法兰设计为20锻钢，实际采购使用的法兰合金元素含量严重超标，接 近42CrMo； n金相分析反映毛坯始锻温度高、终锻温度也高，高温终锻空冷代替了正 火处理工序，不能获得该钢锻件在850860再次加热保温空冷后因相变 重结晶而晶粒细化的组织，实际晶粒度达1级和00级，且法兰锻压比不够 ，变形极不均匀； n非金属夹杂物级别较高，出现贝氏体组织，存在硫化氢应力腐蚀的组织 敏感因素。 n 扫描电镜断口观察及能谱分析结果显示断裂法兰是硫化氢应力腐 蚀开裂 n结论：法兰材质不符合设计要求 CO2腐蚀 加强对原材料质量的控制，确保质量保证项目
11、合格 n2、加强对原材料质量的控制和监督 在对原材料质量进行监督检查中，除首先确认所有原材料质量证 明文件齐全有效以外，应对接触天然气介质的钢管、管配件、阀门等 材料按规范要求进行抽检，特别是对接触高酸性天然气的金属材料应 进行复验。 n 如罗家寨净化厂工程，施工现场按照有关规范要求对合金钢管道、 管配件、阀门等原材料进行了光谱材质分析，并结合工程实际情况在标 准基础上加大了抽查比例，共抽查各种钢管、管件、法兰、螺栓、阀门 等逾108000个，未发现原材料材质出现严重错误，但其中有5千多个样品 存在个别元素轻微超标，现场对这些不合格品进行了退货处理。 加强对原材料质量的控制，确保质量保证项目合
12、格 n2、加强对原材料质量的控制和监督 在监督工作中还需重视对原材料加工质量进行抽查。对钢管及管 配件等直接接触天然气介质的材料，应高度重视加工质量，特别是输 送酸性天然气的原材料，材料内壁存在的加工缺陷极有可能成为管道 运行过程中硫化氢应力腐蚀的裂纹源，最终导致应力腐蚀开裂。 n二、对焊接质量的控制与监督 对焊接质量的控制与监督 n1、焊接质量对天然气管道安全运行的影响 n 管道焊接质量的好坏，直接影响管道运行安全和使用寿命，根据 四川气田以往爆管事故分析看，焊口部位爆管占绝大多数，均是由于 焊接质量不合格造成。由于四川气田气质复杂，硫化氢含量高，容易 对金属材料产生氢脆、应力腐蚀开裂等危害
13、，酸性天然气管道腐蚀介 质直接接触管道内壁，焊接质量特别是焊缝根部质量对管道安全运行 起着决定性的影响，焊缝根部缺陷如裂纹、根部未焊透、根部未熔合 等开口型缺陷是酸性天然气管道质量问题爆管的主要原因。 对焊接质量的控制与监督 典型案例： 某气田一条输气干线，于80年代中期建成投产，至2003年，该条 管线相继发生了30余次爆管事故，造成重大经济损失及社会影响。分 析其爆管原因，基本全是由于施工质量隐患引发的质量安全事故。这 条管线施工时期正值1986年冬，施工人员为在春节前完工回家，抢工 期，降低焊接质量，且当时检测手段不完备，对焊缝中出现的大量根 部未熔合、未焊透甚至裂纹等致命性缺陷未及时检
14、出，经多次对爆管 断口进行失效分析，焊缝内壁残留的大量裂纹、未焊透等缺陷成为应 力腐蚀裂纹源，在腐蚀介质和应力的联合作用下，裂纹逐渐由内向外 扩展直至断裂。 对焊接质量的控制与监督 严重根部未焊透 导致应力腐蚀开裂 对焊接质量的控制与监督 n2、对焊接质量的监督 焊接质量是导致天然气管道爆管的第一大影响因素，在监督工作 中应严格审查焊接工艺评定和焊接工艺规程是否符合要求，焊工在施 焊过程中是否严格执行焊接工艺指导书。 控制焊接线能量的输入能改善焊缝金属及热影响区的金相组织及 力学性能。 对焊接质量的控制与监督 n对焊接过程的保护 雨雾，湿度，温差等恶劣的环境会对焊接质量造成较大的影响， 监督过
15、程中应注意施工单位是否采取了有效的保护措施，避免焊接环 境的变化影响焊接质量。 对焊接质量的控制与监督 n 根焊道质量的控制 根焊道直接接触天然气介质，特别是对于酸性天然气介质，根焊 道的质量缺陷特别是开口型缺陷如裂纹、未熔合、未焊透等在腐 蚀介质及应力的联合作用下极易成为应力腐蚀的开裂源；对不等壁厚 管道或壁厚差较大的管道焊接，也应注意确保内齐平的原则，根焊道 内壁保证平滑过渡，避免出现台阶。 对焊接质量的控制与监督 n 对高酸性天然气管道的焊接，应尽量减少同一部位的缺陷返修次数 Q/SY XN2010-2005 高酸性气田集输管道焊接技术规范规定 焊缝同一部位的返修只允许进行一次，一次返修
16、不合格的焊缝应采用 机械方法从管线上切除；根焊及填充焊道中出现的非裂纹性缺陷，经 业主或监理批准后可进行返修，裂纹性缺陷不允许返修。 对焊接质量的控制与监督 n3、焊后热处理 SY/T 0599-1997天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要 求对接触酸性天然气介质的钢管有一定的硬度要求，进行焊前预热 及焊后热处理能有效降低焊缝金属的硬度，消除焊缝热影响区出现的 魏氏组织，降低焊缝SSCC及HIC敏感度，同时降低焊接残余应力。 对焊接质量的控制与监督 n3、焊后热处理 对井站高压管道的焊接、高酸性天然气输送管道的焊接及新旧管 道碰死口的焊接应进行焊后热处理以降低焊接残余应力及焊接接头硬 度。热处理应采用程序控制电加热法进行，严禁施工单位凭经验采用 火焰加热及石棉带包裹保温，避免出现金相组织恶化及残余应力叠加 。 对焊接质量的控制与监督 n4、加强对无损检测工作的监督，确保焊接质量 无损检测是对焊接质量的主要检测手段。目前，气田地面建设执 行的无损检测标准为SY/T
