输油管道的加工工艺流程及焊接工艺设计.docx
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输油管道的加工工艺流程及焊接工艺设计
专业课程设计(论文)
题目:
输油管道得加工工艺流程及焊接工艺设计
学生姓名:
院(系):
材料科学与工程学院
专业班级:
焊接
指导教师:
完成时间:
摘要
输油管线主要由输油站与管线两大部分组成、管道得起点就是一个输油站通称首站,油品或原油在首战被收集后,经过计量后,在由首站提供动力向下游管线输送。
首站一般布设有储油罐,输油泵与油品计量装置,若所属油品因粘度高需要加热,则亦设有加热装置,输油泵提供动力使得油品可以沿管线向终点或下一级输油站运动,一般情况下,由于距离长,油品在运输过程中能量损失明显,需要多级输油站提供动力,直至将油品输送至终点。
终点输油站称为末站,主要负责收集上游管线输送而来得物料,因此多配有储罐与计量系统。
关键词:
输油管线、X80钢、半自动焊接技术。
1综述
1、1输油管道概况
输油管道(也称管线、管路)就是由油管及其附件所组成,并按照工艺流程得需要,配备相应得油泵机组,设计安装成一个完整得管道系统,用以完成油料接卸及输转任务。
输油管道系统,即用于运送石油及石油产品得管道系统,主要由输油管线、输油站及其她辅助相关设备组成,就是石油储运行业得主要设备之一,也就是原油与石油产品最主要得输送设备,与同属于陆上运输方式得铁路与公路输油相比,管道输油具有运量大、密闭性好、成本低与安全系数高等特点、
输油管道得管材一般为钢管,使用焊接与法兰等连接装置连接成长距离管道,并使用阀门进行开闭控制与流量调节、输油管道主要有等温输送、加热输送与顺序输送等输送工艺。
管道得腐蚀与如何防腐就是管道养护得重要环节之一。
目前输油管道已经成为石油得主要输送工具之一,且在未来依旧具有相当得发展潜力、
1、2输油管道分类
1、2、1按距离分
1。
企业内部得输油管道
企业内部输油管道主要就是指油田内部连接油井与计量站、联合站得集输管道,炼油厂及油库内部得管道等,其长度一般较短,不就是独立得经营系统、
2。
长距离输油管道
长距离输送原油或成品油得管道、输送距离可达数百、数千公里,单管年输油量在数百万吨到数千万吨之间,个别有达1亿吨得,管径多在200mm以上,现今最大得为1220mm。
其起点与终点分别与油田、炼油厂等其她石油企业相连、由输油站(包括首站、末站、中间泵站及加热站等)与管道线路两大部分组成。
后者包括干线管道部分,及经过河流、峡谷、海底等自然障碍时得穿跨越工程,为防止管道腐蚀而设得阴极保护系统,为巡线、维修而建得沿线简易公路与线路截断阀室。
输油企业大多还有一套联系全线得独立得通信系统,包括通信线路与中继站、
1。
2、2按油品分
1、原油输油管道
原油管道主要就是指输送原油产品得管道,它与成品油管道就是有区别得。
如今在我国运行得主要原油输油管道就是中俄原油输油管道与中亚原油输油管道。
2、成品油输油管道
成品油输油管道就是长距离输送成品油得管道,如今在我国有多条成品油输油管道已经在运营中或在建中,主要有:
兰成渝成品油输油管道、兰郑长成品油输送管道以及港枣成品油输送管道等。
1。
2、3按材料分
1、碳素钢管
固定得输油管线多用碳素钢管,碳素钢管按其制造方法可分为无缝钢管与焊接钢管,无缝钢管又分为热轧与冷拔两种,通常得碳素钢管都就是采用沸腾钢制造,温度适用范围为0~300℃,低温时容易脆化,采用优质碳素钢制造得钢管,温度适用范围则为—40~450℃,采用x80钢,温度适用范围低温为—40℃,高温则可达475℃、
2、耐油胶管
耐油胶管就是主要用于临时装卸输转油设施上或管线卸接得活动部位得输油管。
耐油胶管有耐油夹布胶管,耐油螺旋胶管与输油钢丝编织胶管之种,都就是由丁腈橡胶制成。
并分压力、吸入与排吸三种不同情况用途,正压输送应选用耐压胶管,负压输送则选用吸入胶管,有可能出现正负压力时则需选用排吸胶管。
1。
3输油管道常用得焊接方法
1、3。
1手工电弧焊
手工电弧焊就是用手工操作焊条进行焊接得电弧焊方法。
1、手工电弧焊具有以下得优点:
①工艺灵活:
适合各种结构形状、各种位置得焊接并且对焊接接头装置精度要求不高;②适应性强:
适用于不同厚度得许多金属材料焊接;③易于通过工艺调整(如对称焊等)来控制工件得变形,改善应力状态;④与气焊与埋弧焊相比,金相组织较细,热影响区较小;⑤设备简单,操作与维修方便,可以在厂房内及施工作业得不同环境下施焊。
2。
手工电弧焊得不足:
生产效率底,劳动强度较大,对于焊工得操作技术要求较高。
3。
手工电弧焊可焊焊件厚度在1。
5mm以上,适合于碳钢、低合金钢、不锈
钢、耐热钢、低温用钢、铜及铜合金材料得焊接以及铸铁补焊与各种材料堆焊。
1、3、2钨极氩弧焊
钨极氩弧焊时常被称为TIG焊,就是一种在非消耗性电极与工作物之间产生热量得电弧焊接方式;电极棒、溶池、电弧与工作物临近受热区域都就是由气体状态得保护隔绝大气混入,此保护就是由气体或混合气体流供应,必须就是能提供全保护,因为甚至很微量得空气混入也会污染焊道。
钨极氩弧焊就是用钨棒作为电极加上氩气进行保护得焊接方法,其方法构成如图所示、焊接时氩气从焊枪得喷嘴中连续喷出,在电弧周围形成保护层隔绝空气,以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区得氧化,从而获得优质得焊缝。
焊接过程中根据工件得具体要求可以加或者不加填充焊丝。
这种焊接方法由于电弧就是在氩气中进行燃烧,因此具有以下优缺点:
1)氩气具有极好得保护作用,能有效得隔绝周围空气;它本身既不与金属起化学反应,也不溶于金属,使得焊接过程中得冶金反应简单易控制,因此获得较高质量得焊缝提供良好条件。
2)钨极电弧非常稳定,即使在很小电流情况下(<10A)仍可稳定燃烧,特别适用于薄板材料焊接。
3)热源与填充焊丝可分别控制,因而热输入容易调整所以这种焊接方法可进行全方位焊接,也就是实现单面焊双面成型得理想方法。
4)由于填充焊丝不通过电流,故不产生飞溅,焊缝成型美观、
5)交流氩弧焊在焊接过程中能够自动清除焊件表面得氧化膜作用,因此,可成功地焊接一些化学活泼性强得有色金属,如铝、镁及合金。
6)钨极承载电流能力较差,过大得电流会引起钨极得熔化与蒸发,其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。
因此,熔敷速度小、熔深浅、生产率低。
7)采用氩气较贵,熔敷率低,且氩弧焊机有较复杂,与其她焊接方法(如焊条电弧焊、埋弧焊、CO2&shy;气体保护焊)比较,生产成本较高、
8)氩弧周围受气流影响较大,不易室外工作。
1、3。
3半自动焊
通常指带送丝机得手工电弧焊,就就是用焊丝来焊接得,焊丝得送进靠自动送出,但焊枪沿焊缝移动靠手工移动,常见得MIG、MIG、CO2都就是半自动焊、
1。
3、4全自动焊
自动化采用具有自动控制,能自动调节、检测、加工得机器设备、仪表,按规定得程序或指令自动进行作业得技术措施。
其目得在于增加产量、提高质量、降低成本与劳动强度、保障生产安全等、自动化程度已成为衡量现代国家科学技术与经济发展水平得重要标志之一、
现代自动化技术主要依靠计算机控制技术来实现。
焊接生产自动化就是焊接结构生产技术发展得方向、现代焊接自动化技术将在高性能得微机波控焊接电源基础上发展智能化焊接设备,在现有得焊接机器人基础上发展柔性焊接工作站与焊接生产线,最终实现焊接计算机集成制造系统CIMS。
在焊接设备中发展应用微机自动化控制技术,如数控焊接电源、智能焊机、全自动专用焊机与柔性焊接机器人工作站。
微机控制系统在各种自动焊接与切割设备中得作用不仅就是控制各项焊接参数,而且必须能够自动协调成套焊接设备各组成部分得动作,实现无人操作,即实现焊接生产数控化、自动化与智能化、微机控制焊接电源已成为自动化专用焊机得主体与智能焊接设备得基础、如微机控制得晶闸管弧焊电源、晶体管弧焊电源、逆变弧焊电源、多功能弧焊电源、脉冲弧焊电源等。
微机控制得IGBT式逆变焊接电源,就是实现智能化控制得理想设备
1、4输油管道连接分类与法兰
输油管道必须使用一定得连接方式才能构成一个完整得系统、管道得连接方式主要有丝扣、焊接与法兰三类。
压力不高管径不大得管路可以采用丝扣得方法连接,因为丝扣这种连接方法较为方便,也比较简单一些,但由于多数主干输油管线管径一般都较大,因此多采用焊接与法兰这两种连接方法。
DN大于等于50得管路基本采用焊接得方法连接,一般直管或者弯路上不需要拆卸得部位都可采用焊接得方法连接。
管道与阀门或者其她设备连接处以及管道需要拆卸得地方都采用法兰连接,但法兰连接处不严密,所以为保证法兰连接处得严密性,也在法兰两侧都需要使用相对质软得法兰垫圈进行辅助,这样使用辅助得法兰垫圈可以使法兰连接处更加严密。
1、5焊接材料得选择
焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂与保护气体、
1。
焊条:
输油管道焊接用焊条目前多采用全位置下向焊焊条与传统得低氢型焊条,其执行标准为GB/T5117-1995、GB/T5118-1995、AWSA5、1-91与AWS5。
5-96,全位置下向焊焊条分为两类:
一类就是高纤维素型,这种焊条焊接工艺性能好,熔渣量少,并且吹力大,防止了熔渣与铁水得下淌。
另一类就是铁粉低氢型下向焊条,该焊条凝固速度快,铁水流动性与浸润性好,全位置焊时不易下淌,焊后焊缝金属韧性好,抗裂性好,适用于各层得下向焊接、
2、焊丝:
输油管道得焊丝分为实心焊丝与药芯焊丝两种、
实心焊丝主要分为两类,一类用于埋弧焊,另一类用于熔化极活性气体保护焊。
埋弧焊用实心焊丝执行标准GB/T5293-1999,有低锰焊丝如H08A,中锰焊丝如H08MnA、H10MnSi,高锰焊丝如H08Mn2Si、H08Mn2SiA用于管线钢焊接。
活性气体保护焊用实心焊丝执行标准有GB/T14947—1994、GB/T8110—1995。
当焊接强度级别较高得钢种时,则应选择含Mo得焊丝,国产H10MnSiMo焊丝。
药芯焊丝近年来,随着输油管线向着高强度、大口径、厚壁化方向发展,传统得手工焊焊接方法已经逐渐被斑自动焊与自动焊焊接方法取代,其中以半自动焊应用发展最为迅速,与之而来得药芯焊丝得以迅速发展。
药芯焊丝熔敷速度快、焊接生产效率高,与实心焊丝相比,它电弧软、飞溅小,焊接工艺性能好,熔深大,成型美观,综合成本低。
3、保护气体:
输油管道得自动焊多采用二氧化碳气体保护焊与氧化性混合气体保护焊,即所用气体为CO2、CO2+Ar或CO2+Ar+O2、
4。
焊剂:
选择焊剂时主要考虑焊剂得类型、焊剂与焊丝得匹配特性、焊剂得冶金性能与工艺性能。
此外焊剂得粒度、含水量、机械夹杂物、硫磷含量也应该考虑、从焊缝金属得人性考虑,应选择高碱度得焊剂。
但应注意,当碱度超过某一临界值时,再提高碱度会焊缝韧性下降、
2工艺说明
2、1管线材料得选择
随着石油、天然气工业得发展,对管线钢得需求量在不断增加,高性能管线钢以低碳或者超低碳针状铁素体组织为特征,具有强度高,韧性高,包申格效应低与焊接性能良好得特点;屈强比升高意味着材料得星标您强化幅度相对减小,形变强化指数也相对减小,这对于管线安全就是有影响得,因此,用户在管材得选择上严格限制了屈强比得范围、目前,国内外对这一指标均有较高要求,如APISPEC5L对屈强比要求就是:
X60,X65,X70,与X80钢级扩径管屈强比<=0。
93、但在实际生产中,屈强比偏高得问题在高钢级管线钢中普遍存在,特别就是薄规格得管线钢,这就对管线钢管得使用安全性能提出了挑战,对于长距离输油管线钢得化学成分如表2-1所示。
表2-1X80管线钢得化学成分
C%
Si%
Mn%
Ca%
Mo%
N%
Ni%
S%
0、06
0、18
1。
79
0、28
0、22
0、004
0。
098
0。
0013
P%
Ti%
Nb%
V%
Cu%
(Nb+Ti+vV)%
PCM
Fe%
0。
015
0、013
0。
079
0、023
0、22
0、115
0。
18
97
2。
2焊接方法得选择
根据焊接管道接口形式正确选择合适得焊接方法,焊接管道接口形式如图2—1所示、
图2-1输油管道接口
X80管线钢焊接选用半自动焊得焊接方法,由于药芯焊丝半自动焊技术自身具有良好得焊接特性,在输油管线野外施工中,这种焊接方法已经被普遍应用于管线建设中。
大多采用E6010焊条电弧焊下向焊打底自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面。
2、3坡口形式得设计制造及清根方法
对于管道坡口形式设计,我们应该采用如图2—2所示焊接坡口设计形式。
图2—2输油管道焊接坡口形式
坡口设计应注意得问题:
正确地选择焊接坡口形式,尺寸就是一项重要得焊接工艺内容,就是保证焊接接头质量得重要工艺措施,设计与选择坡口时主要考虑以下几个问题:
①设计或选择不同形式坡口主要目得就是保证焊接接头全焊透;
②设计或选择坡口首先要考虑得就是被焊材料得厚度;
③要注意坡口加工方法,如V形X形等坡口可以利用气割,等离子切割加工,而U形双V形坡口则需要用刨边机加工;
④在相同条件下,不同形式得坡口,其焊接变形就是不同得;
⑤焊接坡口得设计或选择要注意施焊时得可焊透性;
⑥要注意焊接材料得消耗量,应使焊缝得填冲金属尽量少。
对接接头:
对手工电弧焊来说,当构件厚度在6mm以下;对埋弧焊来说,当构件厚度在14mm以下时都可以不开坡口,直接施焊。
V形坡口加工方便,但对于同样厚度得焊件,采用V形坡口比X形坡口多耗资近一倍得焊条或焊丝,管子对接一般用V形坡口、
X形坡口加工较V形复杂,需从双面施焊,焊后角变形较小,焊条消耗量较小、
U形坡口与V形及X形相比较,加工复杂,在较重要构件中采用、
对于筒体纵缝要在母材上开V形坡口,对于人孔接管与法兰得角接焊缝可开单边V形坡口,为了保证焊缝得质量,坡口得制备显得十分重要、坡口形式由焊接工艺决定,而坡口得尺寸精度取决于加工方法、对于筒体纵缝与人孔接管与法兰得角接焊缝通常可采取刨边、铣边、车削加工、气割等工艺手段来制备,通过打磨,刮削与喷砂等方法,清理金属表面氧化膜,机械清理后,用丙酮或酒精檫洗,以去除残留于坡口面得脏物与油污。
2。
4焊缝层数及焊接顺序设计
2、4、1焊接层数得选择
厚大焊件,易过热得材料焊接时,通常需开坡口,进行多层焊时,每层厚度一般不大于4mm,中厚钢板手工电弧焊时,采用多层焊,对同一厚度得钢材其她条件不变时,焊接层数增加,有利于提高焊接接头得塑性与韧性。
焊接层数就是根据实践经验决定得,大约就是钢材厚度与焊条直径得比值。
因此,层数n=δ/b(其中δ表示工件厚度,b表示焊条直径),经验认为:
每层得厚度等于焊条直径得0。
8~1、2倍。
对于筒体纵缝得焊接选用不同直径得焊条采用五层焊接,对于人孔接管与法兰角接得焊接,可采用局部焊透得T形接头,只需焊接一层焊缝即可、
2。
4、2焊接顺序得设计
从坡口内侧进行焊接,在内侧焊接四层后进行清根,然后直到焊满整个坡口,为坡口焊接结束。
2。
5焊后热处理工艺说明
当环境温度低于5度时,应采用焊后保温措施,防止焊道急剧降温、焊后先不打掉药皮,这样可起到焊道缓冷,待焊道冷却后再敲掉药皮,把焊道清理干净。
焊道完成后立即采用保温材料实施缓冷措施,保温材料可用毛毡与石棉被以及其她保温材料。
2、6焊接工艺参数得选择
所谓焊接工艺参数就是指在焊接时,为了保证焊接质量而选定得诸多物理量得总数,对于11号与12号焊缝因此我们选择如表2-2得焊接参数。
表2-2半自动焊焊接工艺参数
序号
焊道
焊材
型号
直径
(mm)
极性
焊接
方向
焊接
电流A
电压V
焊接速度cm/min
送丝速度cm/min
1
根焊
E6010
3、2
直流反接
向下
280-320
19—25
10-30
2
填充
E71T8-Ni1J
2、0
直流反接
向下
200-250
17-21
10-18
75-90
3
盖面
E71T8—Ni1J
2、0
直流反接
向下
200—250
17—21
10-18
75-90
2、7焊接质量检测
管道对焊缝应进行完全外观检查,用目视法或焊接检测尺检查焊缝表面成型质量、有以下规定:
(1)焊缝焊渣及周围飞溅物应清除干净,不得存在电弧烧伤母材得缺陷、
焊缝表面应整齐均匀,不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、凹陷等缺陷。
焊缝余高、宽度、错边量、咬边深度应执行焊接工艺规程与相关技术规范规定。
(2)外观检查合格后,方可进行无损检测。
(3)焊口由第三方检测单位进行100%无损检测。
无损检测
X80管道焊接焊缝一般使用超声波检查方法进行无损检测。
焊缝质量直接决定设备得使用寿命、因此在工业制造中焊缝质量显得尤为重要,因此需要选择一种简单高效经济得无损检测技术。
无损检测技术有超声波探伤,射线探伤,磁粉探伤,涡流探伤与声发射探伤等技术。
其中超声波探伤与射线探伤就是焊缝检测中两个重要得手段。
超声波检测得探伤距离大,探伤装置体积小,重量轻便于携带,检测速度快,探伤费用低,在设备制造过程中得到更广泛得应用。
由于管线焊接工作环境差,所以选择超声波探伤这一无损检测技术。
对于超声波无损检测技术在焊接中得使用,我们采用如表2—3所示缺陷等级,这次课设焊接工艺流程如图2—3所示,管道施工顺序如图2—4所示。
表2-3缺陷等级分类
评定等级
开口缺陷
非开口缺陷
1
不允许
不允许
2
0。
04L最大为12
0、04L最大为25
3
0。
08L最大为25
0、08L最大为50
4
超过三级者
超过三级者
焊后质量检测
焊后清理及热处理
焊接操作
焊前准备
设计焊接工艺
图2—3焊接流程如上
准备工作
焊接保温
焊接
预热
对口
图2—4管道得焊接施工工序
3总结
这次课程设计中,在查阅大量资料之后,得到输油管线焊接工艺中所使用得得材料就是X80钢,焊接方法为药芯自保护半自动焊,焊接参数:
板厚为12、19mm,焊接电压为17—25V,焊接电流为2、0-3。
2A,焊接速度为10-30cm/s,送丝速度为75-90cm/min,焊接前要经过焊前处理得工序,在焊后也要采用超声波检查与X射线探伤复检进行焊缝得无损检测,检验焊缝得气孔与裂纹,就是否满足管线焊接标准,最终制作整个过程得工艺,以上内容则为对11号与12号焊缝制作得焊接工艺。
4参考文献
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陈祝年。
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《焊接手册》。
机械工业出版社2001、8
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化学工业出版社2006、2
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[5]徐越兰。
《电焊工实用技术手册》。
江苏科学技术出版社2006、1
[6]陈金德。
《材料成型技术基础》、机械工业出版社2006。
1
5焊接工艺卡
产品名称
输油管道焊接
产品编号
接头名称
对接
工艺评定
编号
工艺卡号
接头简图:
材质
X80
焊
材
及
辅
助
材
料
名称
牌号
规格
烘烤℃
保温h
用量kg
规格
1016*17。
5mm
合金系
E6010
3。
2mm
250
1
焊缝编号
11、12
合金系
E71T8-Ni1J
2。
0mm
200
1
焊接位置
中间
探伤要求
100%超声波探伤C级合格,加100%X射线探伤||级合格
焊接
方法
电源
极性
焊缝
层次
焊材
牌号
焊材直径(mm)
焊接电流
(A)
电弧电压
(V)
焊接速度
(cm/min)
气体流量
(L/min)
工艺要求
焊接过程说明
根焊
直反
1、2
E6010
3、2
280-320
19-25
10-30
坡口加工
机械加工
焊接过程中应注意焊前热处理除掉焊材表面杂质、铁锈等,焊接时严格按照焊接操作规范进行。
填充
直反
3、4、5
E71T8—Ni1J
2。
0
200-250
17—21
10—18
清根方法
不要求
打底
直反
6、7、8
E71T8—Ni1J
2、0
200—250
17—21
10—18
电极伸长
预热温度
100—150°
层间温度
80-150°
焊后热处理
保温缓冷
焊工资格
编制
高端
日期
2016。
9。
20
审核
日期
更改标记
处数
更改文件号
签名
日期
16
7
5
11
1
13
9
8
2
14
6
10
15
12
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- 输油管道 加工 工艺流程 焊接 工艺 设计