戚建利

中國石油管道局工程有限公司維搶修分公司

 

摘要：沙特阿美公司在役管道焊接擁有一套世界先進的技術與管理體系。通過實地對沙特阿美在役管道焊接技術研究，對其在母材、接頭設計、預熱溫度、焊材選型、壁厚等方面的技術細節梳理，總結了該公司在焊接工藝評定模擬試驗、現場焊接等方面的管理要求。可為執行沙特阿美在線焊接作業提供技術指導，并為完善國內在線焊接作業技術標準與管理提供借鑒。

關鍵詞：沙特阿美；在役管道；在線焊接；焊接工藝評定；技術要求；管理要求

 

沙特阿美石油公司（簡稱沙特阿美）是沙特阿拉伯王國國家石油公司，總部位于東部省札哈蘭市，是全球規模最大、利潤最高的綜合石油公司。沙特阿美擁有并運行的管道超過兩萬公里，典型的沙特西東管道系統干線長度約1200公里，其中一條直徑48英寸（1219 mm）和一條直徑56英寸（1422 mm）的管道分別建成于1982年和1992年，隨著后續升級擴容，該系統已經成為沙特石油工業的基石。沙特阿美的管理體系源于埃克森美孚公司，擁有石油行業最嚴苛的質量和安全管理體系以及最繁瑣的現場管控程序，其企業標準分為19大類、5300多個規范。

2016年，中國石油管道局工程有限公司維搶修分公司成功進入沙特市場，成為唯一在沙特阿美開展作業的國際維搶修隊伍，先后執行了西東管道增壓擴容一期、二期工程以及拉斯坦努拉改線工程等大型項目，實現了56英寸（1422 mm）大口徑在役管道焊接、NGL特殊介質管道在役焊接等突破。作業過程中積極對標沙特阿美標準與要求，總結了其焊接標準與管理要點。

1  在役焊接

根據API 1104中的定義，在役焊接為直接熔敷在運行管道系統管壁上的焊接[1]。管道在役焊接是管道運行狀態下進行管道修復和改造的重要技術，常用于打補丁、焊套袖、安裝對開三通等維搶修作業中，是管道維修、開孔封堵等作業的基礎。

在役焊接主要面對安全和質量兩個方面的挑戰。安全方面要避免發生燒穿；質量方面要避免產生氫致裂紋。為此，沙特阿美從焊接工藝設計、焊接工藝評定試驗、焊工考試、現場施焊、無損檢測等多個方面提出了嚴格的要求。

2  關鍵技術要求

沙特阿美企業標準（阿美標準）中，涉及在役管道焊接作業的規范有23項，檢查表格多達20項。阿美咨詢服務部門（CSD）負責審批公司所有項目的焊接工藝評定，要求在役長輸管道焊接工藝評定主要遵守SAES-W-012、02-SAMSS-006、SAEP-311、AB-036719等阿美內部標準以及API 1104、ASME BPVC IX等國際標準。

2.1  焊接工藝評定程序

在準備進行焊接工藝評定時，應確認現場管道和管件的參數，結合阿美標準要求編制預焊接工藝規程（PWPS），對工藝評定試驗過程進行指導，待焊接試驗完畢再按照試驗記錄（PQR）和檢測結果對預焊接工藝規程進行修正，形成正式的焊接工藝規程（WPS）指導現場施工。

阿美標準規定，進行機械性能測試的實驗室需經過ISO 17025認證，并提交認證證書至阿美CSD審核確認[2]；所有陸上管道的焊評都需要進行沖擊測試[2]；CSD進而強調在搭接角焊縫不能進行沖擊測試和拉伸測試的情況下，需要采用其焊接參數額外完成一項板對板對接焊（材質同環焊縫母材），用于進行沖擊和拉伸測試。

2.2  關鍵變量及要求

手工焊條電弧焊（SMAW）是阿美能夠接受的最常用的在役管道焊接方法。在SMAW焊評制作及現場施工中涉及到的關鍵技術參數主要包括基底金屬、壁厚、接頭設計、預熱溫度和焊材選型等。

（1）基底金屬。橫焊縫對接焊的基底金屬為三通的上下護板，因為有背板而不與在役管道直接融合。阿美標準要求X65及以上材質應分別進行焊接工藝評定，且 X65材質焊接工藝評定可覆蓋低于X65等級材質[2]。

同時，焊接工藝評定試驗應使用同等或更高碳當量的母材進行[2]。

（2）接頭設計。全包式管件上下護板的倒角和坡口形式[3]規定，上護板坡口為45°，下護板無坡口，橫焊縫根部的間隙應控制在3.2 mm～8.0 mm之間[3]，橫焊縫接頭設計形式如圖 1所示。

圖 1 橫焊縫接頭設計

環焊縫根部的倒角為斜向45°；對610 mm管徑及以下，環焊縫組對間隙控制在3.2 mm以內，而660 mm管徑及以上的，組對間隙最大控制在6.4 mm[3]，接頭設計如圖 2所示。

圖 2 環焊縫接口設計

另外，環焊縫可先在管壁上面進行預堆層焊接，其厚度不超過1/3母材厚度或10 mm中的較小值。預堆層焊接超出規定厚度的，要取得CSD專項批準，并在預堆層焊接完畢后進行PT或MT檢測[2]。

（3） 預熱溫度。阿美標準推薦的橫焊縫預熱溫度[2]如表 1所示，需結合對全包管件壁厚的要求[3]。

表 1 橫焊縫預熱溫度

鑒于介質流動情況下管壁預熱溫度較難提升，阿美標準規定可不考慮角焊縫預熱溫度限制，但至少不低于10℃[2]。

（4）焊條選型。阿美標準規定在役焊接一般采用低氫堿性焊條而不用纖維素焊條，不同鋼材等級管道應選擇的焊條最低抗拉強度[2]如表 2所示。

表 2 焊條選用最低抗拉強度要求

其中，壁厚小于6.4 mm的管道，為避免燒穿風險，根焊和預堆層焊接應使用2.4 mm或更小直徑的焊條，后續焊道可使用3.2 mm或以上直徑的焊條，但最大直徑不能超過4.0 mm[2]。

（5）壁厚。在役管道焊接允許的最小管道壁厚為5.0 mm[4]，因此壁厚較薄的管道應嚴格控制焊接參數，限制熱輸入以防止管壁燒穿；但較低的熱輸入又增加了氫致裂紋產生的可能性，因此應綜合考慮熱輸入參數。

3  現場焊接管理

3.1  作業程序與要求

從作業許可著手加強對在役焊接的現場作業管理。根據規定，現場動火作業需取得由運行部門（OID）專門人員（Issuer）簽發的動火作業許可[5]，需要檢查作業文件批復、資源配備、安全措施、焊工持JCC卡等是否符合規定。

取得作業許可后，經由現場運行人員與總部調控部門（OSPAS）再次確認運行壓力后才可以開始焊接作業。焊接過程中，焊工應全程穿戴好勞保用品并佩戴專用呼吸器，焊接區域使用防火毯做好保護，現場放置警示標志，配備滅火器并安排持證監火員。

運行部門（OID）、總部調控部門（OSPAS）、質檢部門（PID）、損控部門（LPD）、安全部門（HSE）及項目PMT團隊等共同參與現場管理，互相獨立履行管理職責，部門間協調難度較大。

3.2  焊接區域檢測

根據初步選定的焊接位置，去除管道外防腐層后，在環焊縫兩側各50 mm區域進行連續UT（超聲）檢測，以確定現場實際剩余壁厚并排除夾層等缺陷。根據壁厚檢測結果計算最大允許焊接壓力，當其小于當前允許壓力時，協調運行部門降壓。焊接應在UT檢測后的90天內完成，否則需要重新進行檢測和計算[5]。

焊接管件覆蓋區域內的現有焊道，可在征得公司同意后打磨平滑以方便UT檢測及管件組對[5]。

3.3  焊條烘干與使用

對于低氫型手工焊條，應進行烘干及保溫[2]，相關規定如表 3所示。

表 3 焊條烘干保存要求

焊工需每天從焊條庫領取烘干的焊條，填寫領取單記錄領取時間，超過4小時未使用的焊條必須歸還入庫。焊條桶運到現場立即插電保溫，焊接時每次只能取一根焊條，取出后蓋嚴桶蓋。

3.4  無損檢測

阿美標準對在役焊接無損檢測沒有明確要求，但實際操作總會秉持非常審慎的態度。如CSD一般會要求進行延遲檢測和過程檢測。延遲檢測指焊接完成后等待24小時，再對環焊縫進行磁粉檢測、對橫焊縫進行超聲檢測，以盡可能發現延遲裂紋。過程檢測主要指層間檢測，針對壁厚較厚的管件，要求熱焊完成后先進行一次磁粉檢測，合格后才能繼續填充，根據實際情況可能還會增加填充焊層間檢測。

無損檢測人員應持有沙特阿美要求的資質證明，非沙特籍人員應通過公司或者ASNT的重新考試[6]。至少提前一天申請無損檢測，批準后經阿美PID現場見證，由公司批準的第三方檢測機構實施檢測。

3.5  焊縫強度試驗

針對需要承壓的管件，尤其是全包式管件如開孔三通等，在線焊接完成后應進行水壓試驗，以確認焊縫的強度。按照規定，此類管件應預留試壓用接口[7]。具體試驗壓力根據管件形式不同有各自的計算方法。以開孔三通為例，焊道試壓壓力按照試壓時三通內部管道承受外壓的公式計算[5]：

Pb＝Ph+1.25△P        （1）

式中Pb試壓壓力，MPa；Ph主管道運行壓力，MPa；△P最大允許外壓，MPa；根據ASME SEC VIII D1，UG-28計算所得。

為保證試壓安全可靠，開孔封堵補強計算書規定[8]，最終三通焊道承壓測試值為Pb、三通法蘭壓力測試限制值、三通壁厚壓力測試限制值中的最小值[5]，穩壓時間至少1 h[9]。

4  結論

本文結合沙特阿美標準要求，重點總結了其在焊接規程設計、現場施焊兩個環節中嚴于國內標準或者國內標準中沒有的相關要求。如通過控制前期焊接設計及焊評試驗來保障在役管道焊接的本質安全和質量，輔以現場作業過程繁瑣的監控及檢測試驗手段，降低燒穿和裂紋等風險的發生概率，最終確保焊接質量。在具體實施中，通過標準規范、部門分工、監督檢驗等手段搭建了一個責權明晰且互相制約的管理體系，能夠細化對作業隊伍的管控，從而保障相關標準要求的落實。這些做法和經驗值得我們學習借鑒。

 

參考文獻：

[1]API 1104. Welding of Pipelines and Related Facilities[S]. American Petroleum Institute, 2015.

[2]SAES-W-012. Welding Requirements for Pipelines[S]. Saudi Aramco Engineering Standard, 2016.

[3]02-SAMSS-006. Hot Tap and Stopple Fittings[S]. Saudi Aramco Materials System Specification, 2016.

[4]SAEP-311. Installation of Hot Tap and Stopple Connections[S]. Saudi Aramco Engineering Procedure, 2018.

[5]GI-0002.100 Work Permit System[S]. Saudi Aramco General Instructions, 2016

[6]SAEP-1142. Qualification of Non-Saudi Aramco NDT Personnel[S]. Saudi Aramco Engineering Procedure, 2014.

[7]AB-036719-001. Reinforcement of Welded Branch Connections[S]. Saudi Aramco 2634 ENG, 2009.

[8]SA-7627. Hot Tap/ Reinforcement Data and Calculation Sheet [S]. Saudi Aramco 2634 ENG, 2009.

[9]32-SAMSS-004. Manufacture of Pressure Vessels[S]. Saudi Aramco Materials System Specification, 2015.

 

作者簡介：戚建利，1984年生，工程師，2004年本科畢業于中國石油大學（華東）信息與計算科學專業，2016年工商管理碩士畢業于中國石油大學（北京）工商管理專業，現主要從事油氣管道維搶修工程項目管理工作。聯系方式：0316-2175509， qijianli@cnpc.com.cn。