天然氣管道工程用清管三通標準探析

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0引言

在天然氣長輸管道建設施工過程中，由于各種原因會殘留下來很多的水及泥土、焊渣等施工遺留物。這些遺留物會導致天然氣管道在低溫下結冰或使閥門等管道配件產生堵塞，這將給管道的正常輸氣和安全運行造成極大的影響。因此，在天然氣管道通氣之前需進行管道的清管作業，可以有效地清除管道內的水以及施工遺留物，以及清除FeS鐵粉，提高管壁光潔度和管輸效率［1－3］。天然氣管道清管作業主要是將清管器放入管道中形成密封，利用管輸介質推動清管器前進，進而達到清除管內沉積物、管壁結垢和結蠟等的目的。但是，因管道變形、機械損傷、在三通處卡球等各種不同的原因也會導致清管器失效或堵塞。因此，通常推薦使用擋條清管三通來避免發生三通處卡球的事故［4－6］。本文詳細對比和分析了國內外油氣輸送管道清管三通的技術標準和規范，結合清管三通的熱加工工藝，提出了清管三通擋條修復焊接后的熱處理建議。

1國內外清管三通標準規范及生產情況對比

1．1三通標準規范要求對比

目前，高強度大口徑三通的制造通常采用熱擠壓成型的方式，熱擠壓三通生產工藝是一個熱形變加淬火和回火的過程，即將毛坯管經壓扁和反復的熱鼓包、拉拔成型，得到所要求的支管形狀和尺寸，最后通過調質熱處理得到綜合性能滿足設計要求的三通。目前油氣輸送管道用三通技術標準版本較多。國外標準中主要采用MSSSP－75《HighStrengthWroughtButt－weldingFit-tings》、ISO15590－2《PetroleumandNaturalGasIndus-tries—InductionBends，FittingsandFlangesforPipelineTransportationSystems—Part2:Fittings》、ASMEB16．9《Factory－madeWroughtButt－weldingFittings》等管件技術標準。這些標準中大部分主要規定了工廠制造的無縫和電弧焊接、碳鋼和低合金鋼的對焊管件的尺寸、公差、材料、化學成分、拉伸性能、韌性和熱處理等方面的技術要求。目前我國的管件標準主要包括GB/T29168．2－2012《石油天然氣工業管道輸送系統用感應加熱彎管、管件和法蘭第2部分:管件》、SY/T0609《優質鋼制對焊管件規范》等。這些標準中主要規定了管件設計、選材、制造、產品檢測及驗收方面的技術要求。我國的管件標準是吸收了近年來國內外管道工程建設方面工藝技術研究成果及實踐經驗，如產品選材、加工工藝方法，以及管材強度、韌性等關鍵技術指標及質量評價方法，系統的高強度管件的熱加工技術及評價體系，并進行了技術集成、修正與整合。清管三通一般也采用熱擠壓方式進行生產加工，生產工藝基本與普通熱擠壓三通生產過程相同，即卷曲成型、焊接、壓扁、淬火、整形、拉拔、開孔、鼓包、回火等。但是清管三通需要在支管和主管交匯處焊接三通擋條。關于清管三通等特殊用途管件標準，國內外已有少量的技術規范。如現有的國外關于清管三通的技術規范，殼牌公司標準DEP31．40．21．30－Gen．《PipelineFittings》，其是ISO15590－2的補充技術條件，與ISO15590－2一起使用。DEP31．40．21．30－Gen．中主要規定了清管三通擋條的設計、數量及焊接方法，而針對清管三通的擋條焊接方式以及焊后熱處理、擋條修復等沒有明確的要求。國內清管三通的技術規范，如中石油CDP－S－OGP－MA－008－2017－2《油氣管道工程清管三通技術規格書》，其主要規定了鋼制清管三通的設計、材料、制造、檢驗、驗收、包裝和運輸等方面的最低要求。但是標準中未對清管三通的擋條數量、材質和焊接方式進行具體要求，需結合具體的工程數據單進行。該標準中明確規定了清管三通應在完成擋條焊接后再進行最終熱處理，對擋條修復后的熱處理未明確要求。北京天然氣管道有限公司企業標準Q/SYJS0126－2012《清管三通擋條技術要求》中對不同尺寸三通的擋條數量、焊接方法等進行了具體要求。但未明確規定清管三通的擋條焊后熱處理要求，以及擋條修復后的熱處理要求。

1．2清管三通生產情況對比

由于在我國很多天然氣管道工程建設中，均沒有明確的清管三通技術條件，通常在工程數據單只給出清管三通的擋條選材和設置要求。國內多數生產企業的清管三通制造工藝和流程與管道用三通相同，但是在三通擋條材質、焊接工藝以及熱處理方式上有所不同。例如由于標準要求不明確，各生產企業所采用的擋條材質區別較大，如Q235B、20號鋼、X80鋼或與其材質接近的材料。而在清管三通熱處理工藝方面，均采用淬火+回火的熱處理方法。但是對于清管三通的擋條焊后熱處理，目前國內多數廠家均先進行擋條焊接，并在完成擋條焊接后，將清管三通進行整體熱處理(即將焊后熱處理和回火熱處理同時進行)，從而同時達到改善三通性能和消除應力的作用。而部分企業則采用三通整體回火熱處理后，再進行擋條焊接的加工方法。

1．3清管三通標準體系

根據目前油氣輸送管道用三通的應用和標準，對于管道線路用標準三通，國內外管件標準已經形成了較完整的技術體系。但是國內外技術標準中關于清管三通的專業技術規范較少，且標準中的技術條款陳述規范性差，在擋條選材、焊接、驗收、修復等方面沒有明確的要求，在適用范圍、技術指標等方面有很多不完善，這對油氣輸送管道的建設和安全運行有很多不利影響。如某天然氣管道工程在運行時，發現部分管線段異響。經排查，發現清管三通擋條部分斷裂。由于現行的技術規范中均未對清管三通擋條的修復和熱處理進行明確要求，而若整體更換清管三通，則會增加管線成本，同時由于焊接難度較大，也會使三通環焊縫接頭處的斷裂風險增加。同時，由于沒有統一的清管三通技術要求，目前國內各生產企業生產工藝也不相同，這都會對清管三通的采購以及后期維護更換等帶來較大的影響。因此，對于清管三通的擋條焊接、焊后熱處理以及修復更換等要求應深入研究，在標準中增加相關技術要求，為油氣管道建設和安全運行提供技術依據。

2國內外標準中關于熱處理的要求對比分析

目前清管三通在工廠加工時，一般采用擋條焊接后的整體三通回火熱處理。三通的最終整體回火熱處理目的是達到改善三通性能和消除應力的作用。但是在管線運行后，若進行清管三通的擋條修復更換，則不能采用三通整體回火熱處理的方式。對于油氣管道工程現場焊接后的熱處理要求，如SY/T4103—2006《鋼質管道焊接及驗收》標準、SY/T4125—2013《鋼質管道焊接規程》、GB/T31032—2014《鋼質管道焊接及驗收》、API1104—2013《WeldingofPipelinesandRelatedFacilities》等標準，均對油氣鋼制管道焊接接頭力學性能、無損檢測的檢測方法和驗收要求進行了規定。但焊后熱處理工藝要求較少，未給出具體的焊后熱處理技術要求和規定。在國內外壓力容器標準規范中，針對焊后熱處理進行了明確的要求。如GB150．4《壓力容器第4部分:制造、檢驗和驗收》，規定了GB150適用范圍內的鋼制壓力容器的制造、檢驗與驗收要求。標準中對焊后熱處理(PWHT)的厚度、范圍、熱處理操作等均進行了明確的技術要求。ASMEVIII《RulesforConstructionofPressureVesselsDivision3》－2015標準中對焊接件的預熱和焊后熱處理兩部分進行了明確的規定。如整體熱處理、分段熱處理、內加熱整體熱處理和局部熱處理，在實際應用中，應首選爐內整體熱處理。對于鋼管和管道的環向連接點、支管頸部處和焊接附件等位置可用局部熱處理的方法。

3建議

根據目前的標準和企業調研情況，現行清管三通標準中要求擋條焊接后的清管三通整體熱處理有兩個目的，一是通過回火工藝來配合淬火工藝完成對三通性能的改善，二是通過焊后熱處理，消除擋條焊接后的應力。通過對現行油氣輸送管道用三通標準的調研，發現該系列標準大多都是針對標準三通的生產制造、材料性能方面的要求，而對于特殊管件，如清管三通，在焊接、熱處理等方面的要求不完善。對于目前的現行清管三通技術規范，應補充完善清管三通擋條的材質、類型，對于焊后熱處理和調質熱處理的要求應分別進行要求，同時對于清管三通擋條的修復焊接質量應進行要求。建議應系統地開展清管三通擋條的焊接及熱處理對三通服役性能的影響的研究工作，分析焊后熱處理對三通性能的影響，從而明確三通的擋條焊接以及修復的焊后熱處理要求。結合壓力容器應用規范，也推薦采用壓力容器規范中配件的焊后熱處理工藝進行清管三通的熱處理，同時一定要選取合適的焊接工藝(較低的焊接線能量)，以避免擋條焊接時對三通的性能產生影響。

參考文獻

［1］朱喜平．天然氣長輸管道清管技術［J］．石油工程建設，2005，31(3):12－16．

［2］張彩霞，劉彥花，張莉，等．天然氣管道清管作業技術淺析［J］．中國石油和化工標準與質量，2013，33(18):98．

［3］呂惠建，于達，鄭榮榮．油氣管道清管器的研發進展［J］．管道技術與設備，2012，20(4):43－46．

［4］劉剛，陳雷，張國忠，等．管道清管器技術發展現狀［J］．油氣儲運，2011，30(9):646－653．

作者：王鵬 池強 李為衛 單位：中國石油集團石油管工程技術研究院 石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室