摘要：高酸气田集输管道是开采、运输高含H2S天然气的重要设施，但在酸性介质条件下，H2S等硫化物很容易加剧管道焊缝的腐蚀，影响石油天然气运输的效率。热处理工艺能够有效消除焊缝间的残余应力，减缓酸性介质对焊缝的腐蚀速度。为此，笔者深入分析了高酸气田集输管道焊缝热处理及其质量控制措施。
关键词：高酸气田；集输管道；焊缝；热处理；质量控制
焊缝是金属快速融化结晶的过程，焊缝及其热影响区不可避免地存在残余应力，且该部位金属的力学性能与其他部位不平衡，硬度提高，塑性下降，在一些复杂的应力作用下很容易成为整个工件的薄弱部位。而热处理能够在恒温阶段强化金属塑性流动，消除该部位残余应力，降低硬度，提高塑性，因此，将热处理工艺用于高酸气田集输管道焊缝处理中，能有效提高管道焊缝的耐腐蚀性，延长其使用寿命。
一、高酸气田集输管道焊缝热处理概述
1.高酸气田集输管道焊缝热处理的意义
高酸气田集输管道是天然气运输的重要通道，混合天然气中含有大量的硫化氢等硫化物，而硫化氢和硫化物对集输管道、设备有强烈腐蚀作用，尤其是在管道的焊缝部位，在与残余应力的联合作用下，管道腐蚀更加严重。作用机理主要是硫化物应力开裂腐蚀SSC和氢致开裂腐蚀HIC[1]，严重缩短了集输管道的使用寿命，甚至会造成安全事故。
高酸气田集输管道焊缝热处理是通过改善焊缝力学性能，消除焊缝残余应力，避免焊缝开裂，提高其使用寿命。其作用机理是，随着温度升高，金属屈服点逐渐下降，当其屈服值小于内应力时，焊缝及热影响区域内的金属组织在应力作用下发生塑性变形[2]，从而消除了焊接残余应力。
2.高酸气田集输管道焊缝热处理的主要机具
能源系统：使用固定配电箱或大型移动发电机，使用移动发电机时要保证其功率为配套加热器的1.5倍。
加热系统：电阻加热法，常见的用于寒风局部热处理的加热器有三种，分别是哈夫加热器、绳使电阻加热器和履带式陶瓷电阻加热器。其中哈夫加热器装卸方便迅速，经久耐用，但是需要经常检查其内部保温层密实度，以免热电偶与管道贴合不紧密，影响 热处理质量，常用于大批量同规格管道环缝热处理；绳式电阻加热器适应性强，但是装卸麻烦，且陶瓷环易脱落造成短路，常用于管道环缝和不规则环缝热处理；履带式陶瓷电阻加热器加热效果好，安装维修方便，但是需要经常更换零部件，常用于管道环缝、大型容器焊缝局部热处理。
保温系统：硅酸铝纤维捆扎于焊缝处。
测量系统：接触式测温仪、电焊式测温仪、硬度仪。
控制系统：智能温控设备，操作简单。
检测系统：硬度仪。
二、高酸气田集输管道焊缝热处理质量控制要点
1.准备阶段
a.加热系统
电加热器的布设：确保其能与管道壁有良好的配合，热元件之间没有大的对接间隙，加热器的发热中心尽量与焊缝重合，使焊缝处能获得最高温度，在适当范围内，尽量加快加热速度，提高工作效率，防止各测温点处升温的不均匀性，要尽量选用大功率的控制设备和加热片。加热宽度应以焊缝中心线为基准，每侧不应小于焊缝宽度的3倍，且不小于50mm[3]。电加热器布设完成后，需要对其用500V兆欧表进行绝缘测试，其绝缘电阻不应小于0.5欧，各加热器之间的绝缘电阻不应小于0.5M欧。
b.保温系统
保温材料的布设：第一，需覆盖到所有的加热元件，尽量延伸到加热元件的边缘外，保温层宽度大于2倍加热宽度，厚度不得小于50mm；第二，在管道热处理部位填充保温棉，防止内部空气对流造成热量损失；第三，加热管道时，尽可能水平放置并封堵两端管口；第四，保温材料应防潮保管，以免温度的快速下降造成管道的附加热应力。第五，加热元件的引出线插接头应伸出加热保温范围，以避免其过度受热而损坏相关电器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第六、保温材料宜选用硅酸铝纤维棉，且厚度不小于50mm。
c.测温系统
热处理过程的温度测量通常采用热电偶测温系统，该系统结构简单、价格便宜、准确度高、测温范围广、稳定性高，常用于远距离测量和自动控制，非常适用于热处理过程中温度的在线监测。热电偶在测量时该装置的各个部位都参与了测量，很容易受到其他电厂的感染。例如直流电焊机在热处理管线上或与之相近的设备上电焊，如若热电偶连接线有轻微触地，就会造成温度峰值和低谷，因此要求使用热电偶时需要隔热绝缘护套，补偿导线也要有良好的屏蔽性能。
热电偶数量与安装要求：应结合管道材质和管道直径的大小，确定热电偶的数量，根据热电偶数量选用表可知，当管道直径≤DN150时，热电偶数量为1；当管道直径介于DN200-DN300之间时，热电偶数量为2；当管道直径介于DN300-DN600之间时，热电偶数量为3；当管道直径大于DN600时，热电偶数量为4[4]。同时当管道竖直放置时，热电偶布设比较随意，当其水平布置时，应保证均匀布置。热电偶安装时应顶在捆绑在管道上，同时在加热片和热电偶之间用保温棉隔离开，以确保热电偶测温数据准确。
在布设热电偶补偿导线和加热电源线时，硬件量将统一通道的补偿导线和电源线捆扎在一起，避免加热电源线与热电偶的混乱，同时也能保护热电偶补偿线不被拉扯断。
d.控制系统
热处理过程一般可以分为五个阶段进行：非限速加热阶段、限速加热阶段、恒温阶段、限速冷却阶段、自然冷却阶段。不同的管道壁厚、材质，其升温、恒温和降温参数也不同。控制系统应选用智能温控装置，输入热处理工艺参数后，整个热处理过程按输入的参数自动完成，热处理温度数据及曲线可打印输出，温度的测量误差不超过5℃。程序编号后，应调定各路输出电流、电压值，使其与电加热器的电流、电压相符合。
温度补偿导线材料应与热电偶的材质相匹配，使用可编程控制设备时，补偿导线应选用屏蔽式补偿导线。还有在使用仪表之前，应调整好零度基线。
e.能源系统
电源应选用380V三相四线制，需满足连续供电的要求，容量应满足盈利消除的最大容量，导线横截面积应满足电流的要求。
2.作业阶段
严格按照工艺温度控制曲线，加热均匀，不能有局部过热现象。
对热处理焊接接头相邻处的不耐热管件采取隔热或降温措施。
质量检查：对已热处理完毕并冷却至常温的焊缝进行硬度测试，每一条加热焊缝至少应检查一处，包括焊缝、热影响区和母材。硬度值应符合设计文件和相关工程标准规定。如硬度值超过规定数值，则需按上述方法重新进行热处理。
3.注意事项
a.尽量避免在大风或雨雪天气进行热处理
b.硬度检测宜选用数字式打印硬度检测仪器。
结语
总而言之，高酸气田集输管道焊缝热处理能够有效消除焊缝间的残余应力，减缓酸性介质对焊缝的腐蚀速度。在实际施工时，工作人员要结合实际做好准备工作，合理布设加热系统、测温系统和保温系统，并做好质量监督检查工作，以提高热处理的有效性。
参考文献：
[1]张万鹏，张高兰，张亚刚，et al.不锈钢高频焊管焊缝质量的影响因素[J].焊管，2019（9）：1-5.
[2]徐孝轩，朱原原，付安庆，et al.酸性油气田C110套管断裂失效分析[J].材料保护，2019（3）：138-141.
[3]方贺.渤西油气田原登陆海底管道弃置项目工程各阶段施工质量控制[J].中国石油和化工标准与质量，039（005）：16-17.
[4]谭清磊，张永亮，陈国明，et al.基于多因素影响的高含硫气田集输系统清管作业的定量风险评价[J].安全与环境学报，2018（3）：876-881.
论文作者:杨保红
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/20
标签：管道论文; 热电偶论文; 气田论文; 加热器论文; 应力论文; 测温论文; 硬度论文; 《基层建设》2020年第1期论文;