管道焊接技术标准
管道焊接技术标准
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管道焊接技术标准
金属管道种类繁多、数量大,使用工况千差万别。中国不同行业采用不同的应用标准体系,标准之间差别很大。当然,由于金属管道的工况,如温度、压力、介质、环境等不同,标准有差距是客观存在的。例如,电力电站管道高压、高温、蒸汽介质居多;石化、石油管道受压、腐蚀介质居多;化工行业管道还有剧毒介质(如氯气);机械行业压力容器,按使用情况及工况分成低压、中压、高压、超高压,按容器类别分成第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器。船舶管道有高压的蒸汽管道、主机冷却的海水管道(承压及受腐蚀)、污水管道(承压及受高温)、燃油输送管道、压缩空气管道等,在不同的工况条件下运行。以下择要介绍一些基本标准。
一、压力管道分类
1. 压力管道的定义
压力管道是指在生产、生活中使用的可能引爆或中毒等危险性较大的特种设备及管道。
①输送GB5044①<职业性接触毒物性危害程度分级>中规定的毒性程度为极度危害介质的管道。
②输送GB5016②<石油化工企业设计防火规范>及GBJ16<建筑设计防火规范>中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道。
③最高工作压力不小于0.1MPa(表压,下同),输送介质为气(汽)体及液化气体的管道。
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④最高工作压力不小于0.1MPa,输送介质为可燃、易焊、有毒以及有腐蚀性或高温工作温度不小于标准沸点的液体管道。
⑤上述四项规定管道的附属设施(弯头、大小头、三能、管帽、加强管接头、异径短管、管箍、仪表管、嘴、漏斗、快速接头等管件;法兰、垫片、螺栓、螺母、限流孔板、盲板、法兰盖等连接件;各类阀门、过滤器、流水器、视镜等管道设备,还包括管道支架以及安装在压力管道上的其它设施)。
① GB5044分为四级(与99容规相同):极度危害(1级)＜0.1mg/m3;高度危害(2级)0.1～1mg/m3;中度危害(3级)1.0～10mg/m3;轻度危害(4级)＞10mg/m3。
② GB5016标准对可燃气体火灾危险性分甲、乙两类,甲类气体为可燃气体与空气混合物的爆炸下限不大于10％(体积),乙类气体为可燃气体与空气混合物的爆炸下限不小于10％(体积)。
GB5016标准对液态烃、可燃液体的火灾危险性按如下分类:
甲A类 15℃的蒸汽压力大于0.1MPa的烃类液体及其它类似的液体;
甲B类甲A类以外的可燃液体,闪点小于28℃;
乙A类 28℃≤闪点≤45℃的可燃液体;
乙B类 45℃＜闪点＜60℃的可燃液体;
丙A类 60℃＜闪点≤120℃的可燃液体;
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丙B类闪点≥120℃的可燃液体。
2. 压力管道分类、分级(见表1)
表1 压力管道分类、分级
注:表中P为设计压力;t为工作温度;DN为公称直径。
3. 中石化集团公司压力管道分类(见表2)
表2 中石化集团公司压力管道分类
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4. 管子系列标准
压力管道设计及施工,首先考虑压力管道及其元件标准系列的选用。世界各国应用的标准体系虽然多,大致可分成两大类。压力管道标准见表3。法兰标准见表4。
表3 压力管道标准
表4 法兰标准
注:对于CL150(150lb级)是以300℃作计算基准温度。
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从表3、表4可知,无论是管子还是法兰,两个系列均不能混合使用。
二、管道焊接常见标准
1. 管道焊接常见标准
关于压力管道的施工规范,综合性的有GB 50235、GB 50236和SH 3501<石油化工剧毒、可燃介质管道施工验收规范>、HC 20225<化工金属管道施工及验收规范>、J28<城市供热管网工程及验收规范>、CJJ23<城市燃气输配工程施工及验收规范>等。
GB 50235和SH 3501这两个综合性施工规范是当前石油化工生产建设中最常见的标准。输油、输气长输管道建设发展很快,这方面的标有行业标准SY 0401－1998<输油输气管道线路工程施工及验收规范>。
为了便于阅读,在表5中列出了压力管道焊接常见标准。
表5 压力管道焊接常见标准
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2. 国外常见标准体系
为了对国外通用的和先进的相关标准体系有所了解,现将有关管道的国外部分常见标准体系列于表6。
表6 国外部分常见标准体系
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三、压力管道焊接规范规程标准摘录
压力管道规范规程很多,焊接规范规程也不少,现摘录部分规范规程供读者在工作中参阅。
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1. 国家质量技术监督局压力容器安全技术监察规程〔1999〕154
号(摘录)
1) 压力容器分类
①按设计压力(P)分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级,
见表7。
表7 压力容器等级
②按压力容器在生产工艺过程中的作用原理分为五种,见表8。
表8 按作用原理压力容器分类
③介质毒性程度的分级和易燃介质的划分,参照GB 5044,分为四级;极度危害(Ⅰ级),最高允许浓度＜0.1mg/m3;
极度危害(Ⅱ级),最高允许浓度＜0.1～1.0mg/m3;
极度危害(Ⅲ级),最高允许浓度＜1.0～10mg/m3;
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极度危害(Ⅳ级),最高允许浓度≤10mg/m3。
④压力容器按适用范围分类(一、二、三类压力容器)。
按99容规第2条适用范围内的压力容器分类,见表9。
表9 压力容器分类
2) 焊接工艺和焊工
(1)压力容器焊接工定的要求
①压力容器产品施焊前,对受压元件之间的对接焊接接头和要求全焊透的T形焊接接头,受压元件与承载的非受压元件之间全焊透的
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T形或角接焊接接头,以及受压元件的耐腐蚀堆焊层都应进行焊接工艺评定。
②钢制压力容器的焊接工艺评定符合JB 4708<钢制压力容器焊接工艺评定>标准的有关规定。有色金属制压力容器的焊接工艺评定应符合有关标准的要求。
③焊接工艺评定所用焊接设备、仪器以及参数调节装置,应定期检定和校验。评定试件应由压力容器制造单位技术熟练的焊接人员(不允许聘用外单位焊工)焊接。
④焊接工艺评定完成后,焊接工艺评定报告和焊接工艺指导书应经制造(组焊)单位焊接责任工程师审核,总工程师批准,并存入技术档案。焊接工艺指导书或焊接工艺卡应发给有关的部门和焊工,焊接工艺评定技术档案及焊接工艺评定试样应保存至该工艺评定失效为止。
(2)焊接压力容器的焊工
必须按照<锅炉压力容器焊工考试规则>进行考试,取得焊工合格证后,才能在有效期间内担任合格项目范围内的焊接工作。焊工应按焊接工艺指导书或焊接工艺卡施焊。制造单位应建立焊工技术档案,制造单位检查员应对实际的焊接工艺参数进行检查,并做好记录。
(3)压力容器的组焊要求
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①不宜采用十字焊缝。相邻的两筒节间的纵缝和封头拼接焊缝与相邻筒节的纵缝应错开,其焊缝中心线之间的外圆弧长一般应大于筒体厚度的3倍,且不小于100mm。
②在压力容器上焊接的临时吊耳和拉筋的垫板等,应采用与压力容器壳体相同或在力学性能和焊接性能方面相似的材料,并用相适应的焊材及焊接工艺进行焊接。临时吊耳和拉筋的垫板割除后留下的焊疤必须打磨平滑,并应按图样规定进行渗透检测或磁粉检测,确保表面无裂纹等缺陷。打磨后的厚度不应小于该部位的设计厚度。
③不允许强力组装。
④受压元件之间或受压元件与非受压元件组装时的定位焊,若保留成为焊缝金属的一部分,则应按受压元件的焊缝要求施焊。
(4)压力容器打焊工钢印
压力容器主要受压元件焊缝附近50mm处的指定部位,应打上焊工代号钢印。对无法打钢印的,应用简图记录焊工代号,并将简图列入产品质量证明书中提供给用户。
(5)焊接接头返修的要求
①应分析缺陷产生的原因,提出相应的返修方案。
②返修应编制详细的返修工艺,经焊接责任工程师批准后才能实施。返修工艺至少应包括:缺陷产生的原因;避免再次产生缺陷的技
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术措施;焊接工艺参数的确定;返修焊工的指定;焊材的牌号及规格;返修工艺编制人、批准人的签字。
③同一部位(指焊补的填充金属重叠的部位)的返修次数不宜超过2次。超过2次以上的返修,应经制造单位技术总负责人批准,并应将返修的次数、部位、返修后的无损检测结果和技术总负责人批准字样记入压力容器证明书的产品制造变更报告中。
④返修的现场记录应详尽,其内容至少包括坡口形式、尺寸、返修长度、焊接工艺参数(焊接电流、电弧电压、焊接速度、预热温度、层间温度、后热温度和保温时间、焊材牌号及规格、焊接位置等)和施焊者及其钢印等。
⑤要求焊后热处理的压力容器,应在热处理前焊接返修,如在热处理后进行焊接返修,返修后再进行热处理。
⑥有抗晶间腐蚀要求的奥氏体不锈钢制压力容器,返修部位仍需保证原有的抗晶间腐蚀性能。
⑦压力试验后需返修的,返修部位必须按原要求经无损检测合格。由于焊接接头或接管泄漏而进行返修的,或返修深度大1/2壁厚的压力容器,还应重新进行压力试验。
钢制压力容器及其受压元件应按GB 150的有关规定进行焊后热处理。
2. 钢制压力容器(GB 150－1998)
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本标准规定了钢制压力容器的设计、制造、检验和验收要求,适用于设计压力不大于35MPa的容器;本标准内容有:范围、引用标准、总论、材料、内压圆筒和内压球壳、外压圆筒和外压球壳、封头、开孔和开孔补强、法兰、制造、检验和验收及附录(内容有材料的补充规定、指导性规定、低温压力容器、非圆形截面容器、焊接结构等)。
3. 电力建设施工及验收技术规范(管道篇)(DL 5031－1994)
本规范是中华人民共和国电力行业标准,内容有总则、术语、管子、管件和管道附件及阀门的检验,管子、管件及管道附件的配制;管道安装,管道系统的试验和清洗以及工程验收。本标准介绍弯管、卷管、支架制作及管道安装技术工艺以及管道系统的试验和清洗,同时应参阅如下标准:弯管弯曲半径应符合设计要求,设计无规定时,弯管的最弯曲半径应符合行业标准DL/T 515<电站弯管>;管子的切割应符合现行的DL 5007<电力建设施工及验收技术规范＜火力发电厂焊接篇＞>的相应规范。现将总则摘录如下,供参考。
①本规范适用于火力发电厂和热力网的下列管道的配制、施工及验收。
a. 600MW及以下亚临界参数火力发电机组的主蒸汽管道及相应的再热蒸汽管道和主给水管道;
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b. 火力发电厂范围内的一般性汽水管道、热力网管道和压缩空气管道;
c. 施工用临时管道。
②本规范不适用于:
a. 铸铁管道;
b. 钢筋混凝土管道;
c. 有色金属管道(钛、铜等);
d. 非金属管道(塑料等);
e. 非金属衬里管道;
f. 复合金属管道。
③下列各类管道的特殊施工及验收,除遵守本规范技术要求外,还应按照电力建设施工及验收技术规范中有关专业篇的规定执行;
a. 汽轮机和发电机本体范围内的各类管道;
b. 锅炉本体范围内的各类管道,以及烟、风、煤、燃油、燃气和除灰系统的管道;
c. 油管道及水处理的各类管道;
d. 制氢、供氢系统的各类管道;
e. 热工仪表管道;
f. 氧气及乙炔管道。
④进口火力发电机组管道的施工及验收工作,除建造合同中另有具体规定的部分外,应按本规范的规定执行。
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⑤电厂管道安装工程,应由具备必要的技术力量、检测手段和管理水平的专业队伍承担施工。
⑥电厂管道施工应按基本建设程序进行,具备下列条件方可施工;
a. 设计及其技术资料齐全,施工图纸业经会审;
b. 电厂管道工程的施工组织设计和施工方案已经编制和审批;
c. 技术交底和必要的技术培训与考核已经完成;
d. 劳动力、材料、机具和检测手段基本齐全;
e. 施工环境符合要求;
f. 施工用水、电气等均可满足施工需要。
⑦管子、管件及管道附件的制造质量及选用应符合现行国家或行业(或专业)技术标准。
⑧各类管子、管件及管道附件的保管,应按照现行的SDJ 68<电力基本建设火电设备维护保管规程>及相应的补充规定进行。
⑨各类管道应按照设计图纸施工,如需修改设计或采用代用材料时,必须提请设计单位按有关制度办理。
⑩管道施工中的切割、焊接工作,除按照本规范中有关规定外,还
应符合现行的DL 5007<电力建设施工及验收技术规范(火力发电
厂焊接篇)>的相应规定。
⑾管道的保温与涂漆应按照SDJ 245<电力建设施工及验收技术规范(锅炉机组篇)>的规定执行。管道的涂色应按照DL 5011<电力施工及验收技术规范(汽轮机机组篇)>的规定执行。
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⑿电厂管道施工的安全、环境和防火应按照现行的DL 5009.1<电力建设安全工作规程(火力发电厂部分)>的有关规定执行。
4. 船舶压力管系的焊接(中国船级社<材料与焊接规范>1998)
1) 适用范围
①本规定适用于采用手工、自动或半自动电弧焊以及经中国船级社认可的其它方法所焊接的管子对接接头、支管和法兰连接的接头。
②氧－乙炔气体焊仅限用于焊接直径不超过100mm或壁厚不超过9.5mm的管子对接接头。
2) 管子接头的焊接
(1)一般要求
①焊缝应远离管子弯曲处和膨胀补偿部分,焊缝应布置在受弯矩和交变负荷作用最小的位置。
②管系的焊接应尽可能安排在车间里进行。确定在船上进行的焊接,应考虑有足够的空间以进行预热、焊接、热处理和检查焊接接头。
(2)焊接
①装配时,焊件应保证轴向对准,尽可能减少其表面错边。一般Ⅰ类和Ⅱ类管系的对准偏差应不大于以下要求。
a. 对带固定垫环的管子:0.5mm。
b. 对不带固定垫环的管子(t为管壁厚度):
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内径小于150mm,厚度不大于6mm时,为1mm或t/4,取较小值;
内径小于300mm,厚度不大于9.5mm时,为1.5mm或t/4,取较小值;内径大于或等于300mm或厚度超过9.5mm时,为2.0mm或t/4,取较小值;
②施焊前应清除焊缝边缘上的氧化物、潮湿和油污等,焊缝间隙和坡口应符合焊接工艺规程的要求。
③管子接头的预热温度应根据其材料的化学成分和管壁厚度确定。预热温度一般应符合表10的要求。
表10 管接头的预热温度
①对该类材料,如中国船级社对焊接工艺认可中的硬度试验结果认为能够接受,则可免除厚度为6mm及以下的材料的预热。
②对环境温度低于0℃,不论厚度如何,均应按最小预热温度进行预热。特别情况中国船级社将特殊考虑。
③表中数值为低氢的焊接方法。如采用非低氢焊接方法,则应考虑采用较高的预热温度。
④对接头的焊缝与母材的过渡应平缓且均匀。
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3) 焊接质量检查
(1)一般要求
①管子焊接后应进行外观检查、无损检测和液压试验。
②液压试验应按中国船级社<钢质海船入级与建造规范>第3篇第2章第5节的规定进行。
(2)外观检查
焊缝表面不应有裂纹、焊瘤、气孔、咬边以及未填满的弧坑和凹陷存在。如有上述缺陷应进行修补。
(3)无损检测
①Ⅰ类受压管系的对接焊缝应按表11的规定进行射线检测;Ⅱ类受压管系的对接焊缝由中国船级社验船师指定位置进行射线检测。射线检测的灵敏度应符合<材料与焊接规范>7.5.4.5的规定。
表11 Ⅰ类受压管系对接焊缝的射线检测范围
②如用超声波检测代替射线检测,应经中国船级社同意。
③Ⅰ类受压管系的填角焊缝应按表12的规定进行磁粉检测;Ⅱ类受压管系的填角焊缝由中国船级社验船师指定位置进行磁粉检测。
表12 Ⅰ类受压管系填角焊缝的磁粉检测范围
4) 焊后热处理
①碳钢和碳锰钢钢管及组合分支管。
在下列情况下,应进行焊后消除应力的热处理:
a. 钢管和组合分支管的含碳量超过0.23%;
b. 钢管和组合分支管的含碳量未超过0.23%,但壁厚超过20mm 的Ⅰ类受压管或壁厚超过30mm的Ⅱ类受压管。
②所有合金钢钢管和组合分支管。
在下列情况下,均应进行适当的热处理:
a. 用电弧焊连接;
b. 经加热成形,或弯管加工的;
c. 冷弯成形而弯心半径小于3倍管子外径的(弯心半径从弯管内侧边缘测量)。
③凡采用氧－乙炔气体焊连接的管子,焊后均应进行正火加回火处理,对材料为碳钢或碳锰钢时,亦可采用正火处理。
④碳钢、碳锰钢的消除应力热处理温度为580～620℃;保温时间按每25mm管壁厚度1h选取。合金钢消除应力热处理的温度应根据材料成分确定,并经中国船级社验船师同意。
5. 工业金属管道工程施工及验收规范(管道加工、管道焊接)(GB 5023－1997)
1) 总则
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