第12章 场站工艺管道焊接工艺
12.1 长输管道场站工程概述
长输管道场站分布于管道上，它的作用是给输送的介质提供能量，或进行收油、气和转油、气的操作。按所在的位置和功能的不同，长输管道工程场站分为首站、中间站和末站。
12.1.1 输油场站的基本组成及作用
（1）首站 首站是长输管道工程的起点站，它的作用是接受油田、炼油厂或转运站来的原油或成品油，经计量、加压和加热（部分原油需加热输送）后，送往下一输油站。首站通常设有较大的油罐区及相应的计量和油品化验等设施。
（2）中间站 中间站的作用是给油流继续加压，输送原油有时还需加热。只加压，不加热的站称为泵站。只加热，不加压的站称为加热站。既加压，又加热的站称为热泵站。
（3）末站（也称终点站） 末站是长输管道的终点，它的作用是向用户转输或改换运输方式（公路运输、铁路运输、航运）。末站通常设大型油罐区以及相应的计量、化验和转输设施。
12.1.2 输气场站的基本组成及作用
（1）首站 首站是输气管道的起点站，可与气田气体处理厂合并在一起，也可单独设置。它的作用是接受气田或转运站来的气体，经计量、加压（当气层压力较高时也可以不加压）后，送往下一输场站。首站通常设有较大的储气库及相应的计量和化验等设施。
（2）中间站 中间站的主要作用是给气流继续加压，所以其生产设施和工艺流程较首、末站简单。
（3）末站（也称终点站） 末站是长输管道的终点，它的作用是向用户转输或改换运输方式（公路运输、铁路运输、航运）。末站通常设大型储气区以及相应的计量、化验和转输设施。
12.2 场站工艺管道工程的特点
长输管道场站的工程量要比线路工程小，但场站工程采用钢管材质、规格，采用的焊接方法、采用的焊接材料等要比线路工程复杂得多。
12.2.1 钢管
（1）钢管材质 场站工艺管道的材质包括低碳钢、低合金钢、中合金钢、高合金钢，还有少部分的有色金属。
（2）钢管规格 场站工艺管道的直径从十几毫米到几百毫米或一千多毫米（最大管径根据输送量而定，输送量越大最大管径也越大）；钢管壁厚通常从2mm到几十毫米。
12.2.2 焊接方法
场站工艺管道所采用的焊接方法通常包括：焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊和自保护焊丝半自动焊等。
12.2.3 焊接位置
场站工艺管道的焊接位置包括：水平转动、水平固定、垂直固定和倾斜固定。
12.2.4 焊接工艺评定
由于场站工艺管道的复杂性导致了焊接工艺评定的复杂性，应在细心查看图纸和认真理解标准后，并结合本企业的技术状况、焊接设备状况、焊工水平状况综合考虑，用尽量少的焊接工艺评定，来覆盖场站工程的全部焊接接头。
12.2.5 焊工培训及考试
由于场站工艺管道的复杂性也导致了焊工培训和焊工考试的复杂性，应根据场站各种焊接接头的工程量，来确定所需每种材质、每种规格、每种位置、每种焊接方法、每种焊接材料等所需的焊工数量，要用合理的较少的培训量和考试项来覆盖场站所有的焊接接头，并能保证场站工程的顺利施工。
12.3 钢管下料和管件加工
12.3.1 一般规定
①高压条件下使用的钢管宜采用机械切割，中低压钢管可采用氧-乙炔切割。切割后必须将切割表面的氧化层除去，消除切口的弧形波纹，按要求加工坡口。
②弯管的制作应符合下列规定。
a.弯管宜采用壁厚为正公差的管子制作。当采用负公差的管子制作弯管时，管子弯曲半径与弯管前管子壁厚的关系宜符合表2-12-1的规定。
表2-12-1 弯曲半径与弯管前管子壁厚的关系
注：1.DN为公称直径，mm。
2.Tm为设计壁厚，mm。
b.高压钢管的弯曲半径宜大于管子外径的5倍，其他管子的弯曲半径宜大于管子外径的3.5倍。
c.钢管应在其材料特性允许的范围内冷弯或热弯。
d.采用高合金钢管制作弯管时，宜采用机械方法；当充砂制作弯管时，不得用铁锤敲击。
③钢管热弯或冷弯后的热处理，应符合下列规定。
a.除制作弯管温度自始至终保持在900℃以上的情况外，用壁厚大于19mm的碳素钢制作弯管后，应按表2-12-2的规定进行热处理。
b.当用表2-12-2中所列的中、低合金钢管进行热弯时，对公称直径大于或等于100mm，或壁厚大于或等于13mm的，应按设计文件的要求进行完全退火、正火加回火或回火处理。
表2-12-2 常用管材热处理条件
注：T为管材壁厚，mm。
c.当用表2-12-2中所列的中、低合金钢管进行冷弯时，对公称直径大于或等于100mm，或壁厚大于或等于13mm的，应按表2-12-2的要求进行热处理。
d.用奥氏体不锈钢管制作的弯管，可不进行热处理。当设计文件要求热处理时，应按设计文件规定进行。
④管汇的制作应符合下列规定。
a.管汇母管划线应符合下列规定。
•固定母管划出中心线。
•按图纸要求的间距划出开孔中心和开孔线。
b.管汇组对时，应首先进行子管与法兰的组对。母管与子管组对时，应先组对两端子管，使之相互平行且垂直于母管，然后以两子管为基准组对中间各子管。
c.管汇组对时，当子管的公称直径小于或等于200mm时，定位焊4点；当子管的公称直径大于200mm时，定位焊6点，并均匀分布。
d.封头组对前，应将管汇内部清理干净，组对焊接应符合设计图纸要求。
e.管汇焊缝的无损检测应符合SY/T 4109的规定。
⑤钢管因搬运堆放造成的弯曲，使用前应进行校直，其直线度每1m不超过1.5mm，全长不超过5mm。
12.3.2 主控项目
主控项目包括以下内容。
①钢管及管件材质、规格、型号必须符合设计要求及规范规定。
②用有缝管制作弯管时，焊缝应避开受拉（压）区。
③用高压钢管制作弯管后，应进行表面无损检测，需要热处理的应在热处理后进行且热处理应符合有关规定；当有缺陷时，可进行修磨，修磨后的弯管壁厚不得小于管子公称壁厚的90％，且不得小于设计壁厚。
12.3.3 一般项目
一般项目内容如下。
①切口表面应平整，无裂纹、重皮、毛刺、凹凸、缩口、熔渣、氧化物、铁屑等。
②切口端面倾斜偏差Δ（见图2-12-1）不应大于管子外径的1％，且不得超过3mm。
图2-12-1 切口端面倾斜偏差
③管端坡口下料允许偏差应符合表2-12-3的规定。
表2-12-3 管端坡口形式及组对尺寸
④弯管应无裂纹、过烧、分层、皱纹等缺陷。
⑤卷管加工、管口翻边、夹套管加工及其质量应符合《工业金属管道工程施工及验收规范》GB 50235的规定。
⑥设计压力大于或等于10MPa的弯管，任一截面上的最大外径与最小外径之差应不大于制作弯管前管子外径的5％；设计压力小于10MPa的弯管，任一截面上的最大外径与最小外径之差应不大于制作弯管前管子外径的8％。
⑦设计压力大于或等于10MPa的弯管，制作弯管前后的壁厚之差，不得超过制作弯管前管子壁厚的10％；对于其他弯管，制作弯管前后的管子壁厚之差，不得超过制作弯管前管子壁厚的15％，且均不得小于管子的设计壁厚。
⑧设计压力大于或等于10MPa的弯管，弯管管端中心偏差值Δ不得超过1.5mm/m，当直管长度L大于3m时，其偏差不得超过5mm；对于其他弯管，制作弯管前后弯管管端中心偏差不得超过3mm/m，当直管长度大于3m时，其偏差不得超过10mm。弯曲角度及管端中心偏差见图2-12-2。
图2-12-2 弯曲角度及管端中心偏差
⑨形弯管的平面度允许偏差每米不应大于3mm，最大不应大于10mm（见图2-12-3）。
图2-12-3 形弯管平行度
⑩制作管汇母管若采用焊接钢管对接时，纵缝或螺旋焊缝应错开100mm以上。
对于用螺旋焊缝钢管制作管汇母管，在管端的螺旋焊缝处还应进行补强焊接，其长度应不小于20mm。
管汇采用骑座式连接时，母管的开孔直径应比支管内径小2mm。
骑座式管汇子管坡口及角接接头应符合表2-12-4和图2-12-4的规定。
图2-12-4 子管坡口角度
表2-12-4 子管坡口及角接接头的尺寸
管汇采用插入式连接时，应在母管上开孔并加工坡口。坡口角度应为45°～60°，其允许偏差应为±2.5°，孔与子管外径间隙为0.5～2mm。子管插入深度不得超过母管内壁。
管汇组对的允许偏差应符合表2-12-5的规定。
表2-12-5 管汇组对允许偏差
注：L为母管长度，m。
12.4 工艺管道安装
12.4.1 一般规定
一般规定有以下内容。
①管道安装前，工艺管道施工图必须经土建、电气、仪表、给排水等相关专业会审，尤其是对埋地管道与埋地电缆、给排水管道、地下设施、建筑物预留孔洞位置等进行校对。
②与管道安装相关的土建工程经检查验收合格，达到安装条件。
③工艺管道所用管材、管件、阀门及其他预制件等按相关规定检验合格。
④与管道连接的设备、管架、管墩应找正。安装固定完毕，管架、管墩的坡向、坡度应符合设计要求。
⑤管子、管件、阀门等内部应清理干净，无污物、杂物。安装工作有间断时，应及时封堵管口或阀门出入口。
⑥埋地管道组焊检查合格后，进行试压、防腐并及时回填。回填前，应办理隐蔽工程检查验收手续。
⑦不宜在管道焊缝位置及其边缘上开孔，当不可避免时，应对开孔处直径1.5倍范围内进行补强，补强板覆盖的焊缝应磨平。
⑧安装前应对阀门、法兰与管道的配合情况进行下列检查。
a.对焊法兰与管子配对焊接时，检查其内径是否一致。如不一致，按要求开内坡口。
b.检查平焊法兰与管子配合情况。
c.检查法兰与阀门法兰配合情况以及连接件的长短，防止不能配合安装。
⑨检查三通、弯头内径与其连接的管径是否一致。不一致时按要求开内坡口。
⑩钢管在穿建（构）筑物时，应加设护管。护管中心线应与管线中心线一致，且建（构）筑物内隐蔽处不得有对接焊缝。
连接机器的管道，其固定焊口应远离机器。对不允许承受附加外力的机器，管道与机器的连接应符合下列规定。
a.管道在自由状态下，检查法兰的平行度和同心度，允许偏差应符合表2-12-6的规定。
表2-12-6 法兰平行度、同心度允许偏差和设备位移
b.紧固螺栓时，应在设备主轴节上观察设备位移，其值应符合相关规定。
阀门安装前，应检查阀门填料，其压盖螺栓应留有调节余量。
当阀门与管道以法兰或螺纹方式连接时，阀门应在关闭状态下安装。
当阀门与管道以焊接方式连接时，阀门不得关闭。
阀门安装时，按介质流向确定其阀门的安装方向，应避免强力安装。
法兰连接应按以下要求进行。
a.每对法兰连接应使用同一规格螺栓，安装方向一致。螺栓拧紧应按对称次序进行。所有螺栓应拧紧，受力应均匀，不得遗漏。
b.法兰连接时应保持平行，其偏差不得大于法兰外径的1.5/1000，且不大于2mm。
c.管端与平焊法兰密封面的距离应为管子壁厚加2～3mm。
d.垫片应放在法兰密封面中心，不得倾斜或突入管内。梯槽或凹凸密封面的法兰，其垫片应放入凹槽内部。
e.法兰连接应与管道保持同轴，并保持螺栓自由穿入。
f.螺纹法兰拧入螺纹短节端时，应使螺纹倒角外露，金属垫片应准确嵌入密封座内。
12.4.2 主控项目
主控项目的内容如下。
①管道及管件材质、规格、型号应符合设计要求和规范规定。
②安全阀调校应符合设计要求和规范规定。
12.4.3 一般项目
一般项目的内容如下。
①管道补偿器安装前，应按设计规定进行预拉伸（预压缩），其允许偏差为±10mm。
②管道支架、托架、吊架、管卡的选用及安装应按设计选用，安装位置应符合设计要求，安装方法正确。滑动支架应保证沿轴向滑动无阻，且不发生横向偏移；固定支架应安装牢固。
③法兰螺孔应跨中安装，其允许偏差为±1mm。
④阀门安装方向应与介质流向一致。
⑤安全阀安装时应保持垂直。
⑥管道安装允许偏差值应符合表2-12-7的规定。
表2-12-7 管道安装允许偏差
⑦法兰密封面应与管子中心垂直（见图2-12-5）。当公称直径小于或等于300mm时，在法兰外径上的允许偏差e为±1mm；当公称直径大于300mm时，在法兰外径上的允许偏差e为±2mm。
图2-12-5 预制管段偏差
⑧法兰螺栓拧紧后两个密封面应相互平行，其间隙允许偏差应小于0.5mm。
⑨拧紧后螺栓与螺母易平齐。
⑩阀门手轮位置，在水平管段上安装双闸板闸阀时，手轮宜向上。一般情况下，安装后的阀门手轮或手柄不得向下。
12.5 焊接
12.5.1 一般规定
一般规定的内容如下。
①对预制的管道应按管道系统编号和顺序号进行对号安装。
②管道、管件、阀门、设备等连接时，不得采用强力对口。
③管道安装时应采用对口器进行对口组焊。使用外对口器时，根焊必须完成管道周长的50％以上且均匀分布时才能拆除对口器；使用内对口器时，根焊必须全部完成后才能拆除对口器。
④管子端口圆度超标时应进行校圆。校圆时宜采用整形器调整，不宜用锤击方法进行调整。
⑤异径管直径应与其相连接管段一致，配合的错边量不应大于1.5mm。
⑥站场钢制管道焊接时应按本章和现行的行业标准SY/T 4103的有关规定执行。
⑦在管道焊接生产中，对于任何初次使用的钢种，焊接材料和焊接方法都应进行焊接工艺试验和评定。焊接工艺试验和评定应符合《钢质管道焊接及验收》SY/T 4103的规定。
⑧安装单位已有的焊接工艺评定结果在新建工程上使用时，需要进一步确认。当其中任何一要素与实际情况不符时，依据焊接工艺评定规程中的要求，确定是否重新进行焊接工艺评定。
⑨根据合格的焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程。
⑩参加焊接作业人员必须是按照焊接工艺规程，经过考试取得相应资格的合格焊工，焊工按取得的相应项目施焊。焊工资格考试按照SY/T 4103的规定执行。
施焊前焊接材料应满足以下要求。
a.焊条无破损、变色，无油污、杂物；焊丝无锈蚀、污染现象；焊剂无变质现象；保护气体的纯度和干燥度应满足焊接工艺规程的要求。
b.焊条使用前应按产品说明书进行烘干。在无要求时，低氢型焊条烘干温度为350～400℃，恒温时间1～2h，焊接现场应设恒温干燥箱（筒），温度控制在100～150℃，随用随取。当天未用完的焊条应收回，重新烘干后使用，但重新烘干次数不得超过2次。纤维素焊条在包装良好无受潮时，可不烘干。若受潮时，应进行烘干，烘干温度为80～100℃，烘干时间为0.5～1h。
c.在焊接过程中出现焊条药皮脱落、发红或严重偏弧时应立即更换。
在下列不利的环境中，如无有效防护措施时，不得进行焊接作业。
a.雨天或雪天。
b.大气相对湿度超过90％。
c.气体保护焊风速超过2.0m/s，焊条电弧焊风速超过8m/s，药芯焊丝自保护焊风速超过10m/s。
d.环境温度低于焊接规程中规定的温度时。
e.常用管材允许焊接的最低环境温度：低碳钢为-20℃，低合金钢为-15℃，低合金高强钢为-5℃。
工艺管道上使用的弯头宜根据需要定货，必须采用直口组对焊接。
施焊时严禁在坡口以外的管壁上引弧；焊机地线应有可靠的连接方式，以防止和避免地线与管壁之间产生电弧而烧伤管材。
预制好的防腐管段，焊前应对管端防腐层采取有效的保护措施，以防电弧灼伤。
管道焊接时，根焊必须熔透，背面成形良好；根焊与热焊宜连续进行，其他层间间隔也不宜过长，当日焊口当日完成。
每遍焊完后应认真清渣，清除缺陷后再进行下一道工序。
每道焊口完成后，应用书写或粘贴的方法在焊口下游100mm处对焊工或作业组代号及流水号进行标识，严禁用有损母材的方法识别。
焊接接头的焊前预热和焊后热处理应根据设计要求和焊接结构的刚性，在焊接工艺评定中确定热处理工艺。
异种钢焊接时，预热温度应按焊接性差的钢材的要求确定。
预热应在焊口两侧及周向均匀进行，应防止局部过热，预热宽度应为焊缝两侧各100mm。
对有预热要求的焊接，在焊接过程中的层间温度不应低于其预热温度。
后热和热处理应按焊接工艺评定确定的工艺规定进行。
热处理加热范围应为焊口两侧各大于焊缝宽度的3倍，且不小于25mm，加热区以外的100mm范围应予保温。
热处理后的焊缝应符合设计规定要求，否则应对焊缝重新进行热处理。一道焊缝热处理次数不能超过2次。
焊缝无损探伤检查应由经锅炉压力容器无损检测人员资格考试委员会制定的《无损检测人员考试规则》考试合格并取得相应资格证书的检测人员承担，评片应由取得Ⅱ级资格证书及其以上的检测人员承担。
焊缝外观检查合格后应对其进行无损检测。无损检测应按SY4109的规定执行。
无损探伤检查的比例及验收合格等级应符合设计要求。如没有规定时，应按下列规定执行。
a.管道对接焊缝无损探伤检查数量及合格等级应符合表2-12-8的规定。
表2-12-8 焊缝无损探伤检查数量及合格等级
b.穿越站场道路的管道焊缝、试压后连头的焊缝应进行100％射线照相检查。合格级别应符合表2-12-8的规定。
c.不能进行超声波或射线探伤的部位焊缝，按《工业金属管道施工及验收规范》GB 50235进行渗透或磁粉探伤，无缺陷为合格。
焊缝抽查检测应具有代表性和随机性，或由工程监理指定。对每个焊工或流水作业组每天复检或抽查的比例应大致相同。
不能满足质量要求的焊接缺陷的清除和返修应符合SY/T 4103的规定。返修后的焊缝应按本章有关条款进行复检。
12.5.2 管道组对
（1）主控项目 管道材质必须符合设计要求。
（2）一般项目
①管道清理时，应将坡口及其内外表面100mm范围内的油、漆、锈、毛刺等污物清除掉。
②相邻两道焊缝的距离不得小于1.5倍管道公称直径，且不得小于150mm。
③焊缝距离支吊架不得小于150mm，需要热处理的焊缝距离支吊架不得小于300mm。
④焊缝距离弯管起点不得小于100mm，且不宜小于管子外径。
⑤直缝对接焊缝位置应位于易检修的部位，且不应在底部。
⑥螺旋焊缝之间距离应错开100mm以上。
⑦管道对口平直度，当管子公称直径小于100mm时，允许偏差为1mm；当管子公称直径大于或等于100mm时，允许偏差为2mm，但全长允许偏差均为10mm，见图2-12-6。
图2-12-6 管道对口平直度检查
⑧管口组对间隙应符合表2-12-3的规定。
⑨管子对接错边量应符合表2-12-9的规定。
表2-12-9 管子错边量
12.5.3 管道焊接
12.5.3.1 场站焊接应特别注意的事项
由于场站用材料的材质和规格相对于长输管道线路工程要多得多，所以焊接时应特别注意以下事项。
（1）选用适用的焊接方法 应根据钢管材质、规格、焊接位置等选用合适的焊接方法。
（2）选用适用的焊接工艺规程 场站工艺管道焊接工艺规程多，应合理选用焊接工艺规程，以防用错。
（3）指定焊工 场站工艺管道焊接项目多，不是有合格证的焊工所有的焊接项目都能焊接，应安排有相应技术水平，并持有相应合格项目的焊工进行焊接。
（4）选用焊接设备 场站工艺管道焊接所用设备多，应根据所焊接的接头，并按焊接工艺规程的要求选用焊接设备。
（5）按焊接工艺规程选用焊接材料 场站工艺管道材质品种多、规格多、焊接方法多、焊接位置多，应在合理选用焊接工艺规程的基础上，合理选用焊接材料。所以场站工程施工，应有一套完整的焊接材料管理办法，以防用错。
12.5.3.2 场站焊接控制项目
（1）主控项目
①焊材的材质必须符合设计要求和规范规定。
②管道焊缝无损检测必须符合设计要求和规范规定。
（2）一般项目
①焊缝表面应整齐均匀，无裂缝、未焊透、气孔、夹渣、烧穿及其他缺陷。
②焊缝及其周围应清理干净，不得存在有电弧烧伤母材的缺陷。
③焊缝宽度应为坡口上两侧各加宽1～2mm。
④焊缝余高应为0～1.6mm，局部不应大于3mm且长度不大于50mm。
⑤咬边深度应不大于管壁厚的12.5％且不超过0.8mm。在焊缝任何300mm的连续长度中，累计咬边长度应不大于50mm。