尼日尔天然气管焊后热处理工艺的实用和可开发性
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【摘要】在尼日尔AGADEM地区特定的环境下，在热处理设施相对落后、简易的情况下，在AGADEM油田CPF天然气管线热处理中采用“工程车组装便携式电阻加热器箱”。本文主要着重实际操作性，包括热处理设备的选用，热处理工艺参数曲线和工艺系统，以及相关的质量保证措施，取得了良好的效果，为管线热处理积累了经验。
【关键词】沙漠 热处理
中图分类号：F407.22 文献标识码：A
1 引言
工艺管道焊后热处理的目的主要是消除焊接残应力，改善焊缝组织，提高接头的综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度等。
尼日尔AGADEM油田CPF施工过程中天然气经燃气压缩机升压之后由原来的压力值150磅升至300磅，升压后的天然气由管线（管线材质：ASTM A106 Gr.B）输送至索拉发电机。压缩后燃气在输送过程中会有膨胀现象，气体的膨胀过程是一个从周围环境中吸热的过程，直接导致焊口温度降低。在焊缝以及焊接热效应区晶体不规则的情况下容易发生晶体断裂。焊缝焊接完成后要进行焊缝焊后热处理，保障管线能在天然气输送过程中的安全运行.
根据图纸设计要求以及规范内容要求对指定压缩天然气管线进行处理，管径为6寸、4寸、3寸。
A106B无缝钢管的化学成分及力学性能参数
牌号 A106B化学成分（质量分数）％
C Si Mn P≤ S≤ Cr Mo V
A106B 0.17∽0.24 0.17∽0.37 0.35∽0.65 0.030 0.030 - - -
牌号 拉力强度MPa 屈服点MPa 伸长率％
A106B 410∽550 245 24
2热处理工艺及曲线的确定
2．1“工程车组装便携式电阻加热器箱”施工工艺及流程符合规范中“电阻器加热热处理”的工作原理及工艺要求；
2.2热化和冷却的速度将符合设计规范和ASME锅炉与压力容器规范第VIII部分，UCS-50段的要求。
图1热处理工艺曲线
3热处理工艺设备
热处理设备的选用：在施工过程中采用流动热处理设备（电站、电阻加热设备）处理焊口的工作程序。温控设备采用ZNWK-240智能热处理温控柜；加热设备采用电阻式加热块；
3.1、加热箱制作：用δ=（3-5）mm的钢板做一个热处理托板或箱体，把HY型电阻带框架式加热器（带保温层）均匀放置在热处理箱体内，通过加热器使托板（箱体）形成一个热源，按规定的升温速度达到低温退火点，使焊口达到热处理的目的。
3.2、热处理技术措施
根据不同管径焊口，设计可拆装、移动的组装式加热装置的形状(如下图所示)。施工中可根据需要热处理的管线直径大小和特点，决定箱体的大小和加热器的数量。箱体面积一般要在焊道俩测各延伸长0.6m。
图二：热处理工装示意图
3.3、加热方法： HY型电阻块框架式加热器加热。
3.4、测温控制方法
测温控制设备：ZNWK-240智能型温度控制器和WRN—120型热电偶。局部热处理的加热区安装2只测温热电偶，他们的感温点同管壁外表面接触，测得的温度及时传给HY微机型温度控制器。ZNWK-240智能型温度控制器对这些温度值进行处理、显示、打印，并及时计算判断升温温度及温差，及时调整热处理过程。
3.5、保温方法
在管壁的反射板上覆盖厚度为200mm的硅酸铝保温棉，并用铁丝沿管线捆紧。保温棉覆盖区域要比热处理加热区域延长500mm。
3.6、热处理电路控制系统：
3．7、 加热器采用3片(一组)或6片(二组)，保证电的三相平衡。加热器的额定功率为10kw，额定电压为220V。
3.8、使用可移动的YZDZ-80全液压焊接工程车，并将ZNWK-240智能型温度控制器安装在工程车后面，保证热处理时连续供电，中间不可断电以免影响热处理效果。
4热处理前准备及仪表调整工作
4.1热处理工艺条件：热处理操作者应熟悉专业标准以及工艺、设备、测量仪表的使用。
4.2、热处理前应对焊接进行确认，确认项目包括:：
a) 焊接工作已完成；
b) 焊缝外观符合质量标准；
c) 焊口及热处理加热部分管线应保证清洁；
d) 无损探伤检验合格；
4.3、热电偶及加热器安装
每道焊口对称安装两支热电偶,热电偶安装在靠近焊缝边缘的30mm内,管材与热电偶端部接触处应用砂轮机打磨露出金属光泽, 热电偶安装采用细铁丝捆扎,为保证所测温度为管材实际温度,在热电偶与加热器之间垫小块保温玻璃布以进行隔离。加热箱安装完毕后用硅酸铝保温棉进行保温,保温厚度100～125mm, 为降低温度梯度,加热器外部l00mm范围内应予以保温。
4.4、热处理温控箱安装：
a、打开温控箱的后门及左右侧门，检查各元器件是否松动，接线头是否脱落，并用万能表检查各相间的绝缘情况；
b、打开记录仪表门，将记录仪从表壳中拉出装上记录纸，检查记录仪固定螺丝是否固定好，以免在设备移动过程中仪表从表壳中脱落。
C、检查电源A、B、C、D三项四线（横截面积不小于120mm2）是否与温控箱右下方接线柱连接牢固；
d、将热电偶信号线按照工艺布置要求按次序相应接入箱体左侧的热电偶接线柱上：红“+”，黑“-”；
e、将布置好的加热箱按控制区域划分，有规律的接到温控箱后下方的电源输出插座上，接线时将插头的平口对准插座的凸点插入，然后顺时针旋转45°，拧紧为止。输出插座共24组，上下两个插孔为一组，“上方+”“下方-”。(每组输出功率最大为10kw).
f、发动YZDZ-80全液压焊接工程车（最大输出功率80kw，稳定输出功率60kw），闭合空气开关，打开钥匙开关，当确定温度程序控制仪带电，可以根据工艺温度曲线在PXR智能表分段设定温度及时间。
g、设置完毕，检查温度，时间参数是否正确，确认无误后，按“开启”按钮，设备进入运行状态。
5热处理注意事项及要点
5.1热处理前尽可能对管道两端进行封闭。
5.2在送电之前操作人员应认真检查电源是否正确连接，漏电保护器是否灵敏, 有无的电源线及接头，加热器瓷环有无损坏，保温是否符合热处理工艺要求, 热处理设备和管道接地是否良好等。
5.3热处理过程中操作者应注意观察温度指示仪表有无异常，自动打点记录仪是否正常，如发现温度异常时应停止升温，分析原因、找出问题并处理完毕后才能继续升温。
5.4热处理过程采用自动记录，热处理完成后由操作者在温度曲线上注明热处理的管线号及焊口号，并签上操作者姓名和日期。
5.5质检员应对热处理操作是否符合热处理工艺要求进行检查，并在《焊接热处理记录》签字确认。
5.6项目热处理责任工程师负责监督热处理操作，审核热处理结果是否与工艺要求一致。
5.7热电偶端部与母材接触良好，且与加热器隔离。
5.8测温系统每个端子及热电偶的连线必须紧固。
5.9安装加热箱时加热器瓷环间不得露出电阻丝，严禁电阻丝断头与管壁接触。
5.10调节电流、电压时，应平稳、慢速、多次，严禁电参数急速大跨度变化。
6管线热处理方案的可开发性；
6.1技术可靠：箱体内温度电脑调节，热处理温控曲线精确，易控制。
6.2工艺实际操作时工机具投入少，防变形措施简单。
6.3可缩短总体施工工期：因为热处理在工艺安装后，所以可以与主体施工同时进行，节约了热处理单独操作的时间。
6.4费用降低：与整体热处理相比，减少了施工投资。
7结束语
通过2010年我公司对尼日尔AGADEM油田油田地面建设中天然气压缩管线热处理的实践，得到了一些对管线焊口去除应力热处理的经验。我们认为采用‘组装式电阻加热器箱”技术，利用工程车携带智能型温度控制器控制热处理过程中的温度变化，控制的精度较高，可以保证局部垫处理的质量。这套热处理工艺技术，简单易行、投资少、并且可以重复移动使用，为管线焊口的热处理施工带来良好的效果，具有一定的推广应用价值。