316L尿素级不锈钢高压管道施工技术

摘要:本文以新疆奎屯锦疆化工有限责任公司年产70万吨尿素装置的施工为例,对316L尿素级不锈钢高压管道的预制、安装、焊接、检验、水冲洗和试压等施工工艺进行了系统的介绍、同时对316L尿素级不锈钢高压管道施工技术进行了归纳论述。

关键词：尿素、316L尿素级不锈钢、高压管道、腐蚀、结晶、铁素体含量、检险、焊接。

由我公司承建的奎屯锦疆化工年产70万吨尿素装置，是我公司承建的最大的一套尿素装置。尿素装置具有高温、高压、易燃、易腐蚀、易中毒等特点，属特别危险生产区域；本装置最高操作压力为19.1Mpa，最高操作温度为300℃。装置高压部分工艺管道主要有2种材质：316L U.G、20G，其中316L U.G是超低碳不锈钢316L的改良型，又称316L尿素级不锈钢，这种新材料的施工条件要求最苛刻，施工难度最大。本人根据四川川化集团编制的《316L U.G的焊接》（化工建设工程第24卷第6期焊接专集）；中国五环化学工程公司工程设计标准《尿素厂高压不锈钢管道的制造要求》（14-A30S-95）、《尿素厂耐腐蚀钢的休氏试验和金相检验》（8-A10S-95）；兰州化学工业公司化工建设公司编制的《石油化工钢制管道工程工艺标准》（SHJ 517-91），陕西化建工程有限责任公司编制的《焊接工艺评定报告》（WP05-10）。论述归纳了316L尿素级有锈钢高压管道施工技术，供316L尿素级不锈钢高压管道安装借鉴。

本项目316L U.G管道规格如下： （1）φ21.3×3.6 （2）φ33.7×4.5 （3）φ48.3×5.0 （4）φ60.3×5.6 （5）φ88.9×8.0 （6）φ114.3×11.0 （7）φ168.3×15.88 （8）φ219.1×20 （9）φ273×25

一、316L尿素级不锈钢高压管道施工技术要求 1、原材料及焊材的技术要求

1.1尿素生产工艺过程中的中间产物存在的氨基甲酸根、氰酸根等对不锈钢及焊缝有强裂的腐蚀性；为了提高原材料和焊缝的耐腐蚀性；原材料及焊材必须满足下列要求。

（1）管道及管道组成件的化学成份要求（重量百分比）

成份 材质 316L 0.011 1.62 0.021 0.002 0.28 17.25 13.30 2.53 0.0665 铁素体C Mn P S Si Cr Ni Mo N 含量 ≤0.6 U.G （2）焊材熔敷金属的化学成份要求（重量百分比）

铁素成份 材质 ER310Mo BM310Mo-L C Mn P S Si Cr Ni Mo Co Cu N 体含量 0.011 0.03 4.40 4.53 0.014 0.018 0.003 0.006 0.1 0.44 24.95 24.53 21.95 21.19 2.02 2.39 0.043 — 0.082 — 0.133 0.12 — ≤0.6 根据我公司焊接工艺评定报告（WP05-10），本装置316L尿素级

高压不锈钢管道焊接材料焊丝为ER310Mo，焊条为BM310Mo-L。

（3）铁素体含量的要求

原材料及焊材的奥氏体形成元素（Ni、C、N、Mn）和铁素体形成元素（Cr、Mo、Si）的平衡应使得母材及母材焊接后能获得完全奥氏体组织（最大铁素体含量为0.6%）.铁素体含量可用铁素体测量仪检测.

原材料及焊材质量证明应列有材料在交货条件下的化学成分和力学性能,并包括休氏试验的试验号、休氏试验和选择性浸蚀试验结果以及有关材料的铁素体含量和金相组织说明。

2、原材料及焊材的保管要求

2.1经过检验合格的原材料及焊材的保管要求设专库进行统一管理,不允许与其它焊材接触.

2.2、焊条烘干采用专用烘干箱。 3、316L尿素级不锈钢高压管道预制

3.1同种管径且同壁厚的管道统一排料,管道下料时除现场实测量外,还应充分考滤管道坡度以及组对间隙的要求.

3.2尿素级不锈钢高压管道的开孔,使用专用钻头在钻床上开孔.热电偶组件开孔.

3.3 316L尿素级不锈钢高压管道预制要求在专用预制场地进行,车间不充许进行其它钢种施工作业.预制平台采用碳钢钢制作,但必须在平台上平铺上不含氯离子的石棉板或橡胶皮.另外预制平台要求干净、无灰尘。不论是存放在预制场地还是临时堆放在施工现场的预制

管段，都应在其底部平铺上不含氯离子的石棉板或橡胶皮；且预制管段应及时清扫封闭。

4、焊接工艺

4.1、焊接准备及焊接方法 （1）焊接准备

a、坡口形式：壁厚＜15mm，采用单V型坡口；壁厚≥15mm采用双V型坡口或U型破口；

b、破口边缘焊接区和相邻区域（离边缘约100mm），焊接之前应该用丙酮或酒精清洗干净；

c、破口加工时，要求边加工时边加水（水中氯离子含量最大为25ppm）；坡口打磨时，应平缓地打磨母材使之不至于变成蓝色。

（2）焊接方法

a、壁厚≤8mm，采用全氩弧焊焊接；

b、壁厚＞8mm，采用氩弧焊与手工电弧焊相结合焊接，氩弧焊打底焊接一层，其余各层采用手工电弧焊，只能采用窄的堆焊焊缝。

4.2、焊缝检查

a、公称直径≤40mm，最终焊接后检查：外观检查、铁素体含量检查、渗透检查，（对于对接焊缝采用射线检测代替渗透检测）。

b、公称直径＞40mm，壁厚≤5mm的焊缝，最终焊接后应进行如下检查：外观检查、铁素体含量检查（如有可能检查管内焊缝）、渗透检测、射线检测100%。

c、公称直径＞40mm，壁厚＞5mm的焊缝：

（1）、打底焊层和第一层填充焊接后应进行如下检查：外观检查、铁素体含量检查（如有可能检查管内焊缝）、渗透检测；

（2）、最终焊接后应进行如下检查：外观检查、渗透检测、射线检测100%；

（3）最终焊接后应进行如下检查：外观检查、渗透检测、射线检测100%；

4.3焊缝返修工艺

焊缝返修工艺与正式焊接一至. 4.4焊缝的渗透检测

应使用水型喷雾渗透法,并用湿式喷雾显示剂,试验的表面温度应在15°C～55°C,渗透时间为5～15分钟.

5、管道安装

5.1管道安装前，应将管道清扫干净； 5.2不能与碳钢或镀锌管相接触;

5.3临时搭接件和临时支撑的材质应为316L尿素级不锈钢;去除临时搭接件和临时支撑时,只能使用不锈钢专用砂轮片打磨铲除;

5.4固定夹具采用316L尿素级不锈钢制作或者采用碳钢加垫橡胶皮制作.

5.5高压排污总管各支管上的阀门必须进行100%的单体试压,且试压时应有业主、监理在场，此为确保装置正常运行的关键控制点；

5.6因高压气相管道连接的两台高压设备的操作压力几乎相等,为减少流体流动阻力,气相管道安装时,管道不能形成管袋(既保证水平

管水平,不能有坡度),以保证流体正常流通;其外,要确保气相管道伴热管及保温施工质量,以避免冷凝腐蚀;

5.7因高压液相管道中流体介质为尿液及甲铵溶液,其特点是在高压条件下,温度低于60°C时,易产生结晶现象;因此,高压液相管道施工中要注意以下几点:

(1)确保高压液相主管道安装坡度及坡向的要求以及高压液相主管道伴热及保温施工质量;

(2)安装高压液相管道上的导淋阀、取样分析点以及冲洗支管等服务点时，要求服务点上的第一道阀门离高压液相主管道的距离应为最小，以避免因这段距离中流体介质不流动、无法实现热量交换和散热的影响从而导致这段距离中的流体介质温度过低，产生结晶堵塞这些服务点。

5.8管道安装过程中及安装完毕,其周围围禁止动火作业;如不可避孕,应采取合理的防护措施,避免受到铁素体的污染;

5.9静密封组成件的安装

静密封均采用透镜垫密封型式,其密封效果良好;静密封组成件的安装要求焊环接头密封面顶部离螺纹法兰距离应为6mm;密封面存在可修复缺陷时,只能用专用研磨工具进行研磨.其外,在进行高压螺纹鞍座安装时，要特别注意防止焊接变形对其螺纹的伤害；为此，在其焊接前，先拧入一段预加工好的涂有二硫化钼的堵头，待焊接合格后，再将其拆除，安装正式件。

6、水冲洗及压力试验

6.1水冲洗及压力试验用的水质要求，氯离子浓度不大于1ppm，此为锅炉纯净水，务必满足；

6.2盲板加设:高压甲铵泵出口及所有高压安全阀入口,加设无孔透镜垫,液位计拆除加设无孔透镜垫及盲板法兰;无孔透镜垫压力等级应与工艺管道用透镜垫压力等级一致,无孔透镜垫材质宜采用不锈钢(其硬度应低于法兰硬度).

6.3压力试验时,必须认真检查高压排污总管各支管上的阀门,确认是否内漏;以避免装置投产时,因阀门内漏,工艺流体介质渗入排污总管堆积结晶堵塞排污总管.

6.4水冲洗及压力试验后,应将水排净,但不能加热或用空气干燥,以避免氯化物的浓缩.

二、铁素体含量检验方法及焊缝铁素体含量超标预防措施 尿素装置316L尿素级不锈钢高压管道的焊接，不仅要解决焊接接头强度问题，更为重要的是要解决316L尿素级不锈钢高压管道焊接接头耐腐蚀问题。铁素体含量的高低是判断316L尿素级不锈钢材料及焊接接头耐腐蚀性强弱的重要因素；铁素体含量的测量则是施工现场判断316L尿素级不锈钢材料及焊接接头质量是否符合要求的重要指标，也是唯一检验手段。因此正确掌握铁素体含量检验方法及焊缝铁素体含量超标的预防措施对保证316L尿素级不锈钢高压管道施工质量是非常重要的。

1、铁素体含量检验方法 1.1检验范围

管材、管道配件、焊环管头、法兰、垫片、热电偶组成件等内外壁任意三点；过滤器（检查阀体、本体法兰及滤网）；阀门、调节阀及安全阀（检查阀体、阀座、阀杆、阀杆）；高压设备的接口短管及本体法兰。

1.2检验方法 (1)检验设备的校验

检验设备采用铁素体测量仪,因316L尿素级不锈钢最大铁素体含量为0.6%,校验用的样品的铁素体含量最大应为0.6%;

(2)设备校验之前,应用丙酮或洒精洗校用的样品及检测探头,使其干净、无灰尘，确保校验的精度；

（3）铁素体含量检验前，应将被检测部位及检测探头用丙酮或洒精清洗干净，再进行检测；检测过程中，要常清洗检测探头，确保不受铁素体的污染，以保证检测结果的准确性；

（4）当被检验点铁素体含量不合格时，在条件允许的情况下，可用专用砂轮片打磨不合格点，磨去表面钝化层后，用丙酮或洒精清洗打磨处；然后再进行检测，仍不合格，则此点铁素体含量不合格。 2、焊缝铁丝体含量超标预防措施

原材料及焊材体验合格、并运用正确的有效的方法进行成品保护后，焊缝铁素体含量超标的可能性主要来自于管道焊接过程中，对焊缝铁素体含量地控制可采用如下措施。 2.1焊接技术措施

(1)选用适当的焊接方法,使它输入焊接熔池的热量最小,让焊接接

头尽可能的缩短在敏化温度区段的停留时间,减低危险温度对焊缝的影响;

(2)合理的制定焊接工艺参数

在保证焊缝质量的前提下,用最小焊接电流,最快的焊接速度; (3)合理的焊接操作

a、采用窄焊缝，多道多层焊，每一道焊缝或每一层焊缝焊后，要等焊接处冷却到低于150°C温度时，再进行次一道或次一层焊缝焊接；

b、在施焊过程中不允许焊接材料在熔池中摆动来增高熔池的温度和冷却时间；

c、在材质分界处，316L尿素级不锈钢的焊缝，在有条件的情况下一定要最后施焊，以减少焊缝的受热次数；

d、为了加快焊缝冷却速度，每焊完一层焊缝后可以浇水（水中氯离子浓度≤25ppm）加快冷却不会产生裂纹；也可以边焊边浇水，焊一段浇一段水，但必须注意焊接熔池及其附近区域不允许有水； （4）在焊接过程中为了防止受不洁物的污染，焊接用的手套及衣服应保持清洁。

2.2准确判断充氩保护效果

进行氩弧焊时，在管内保持用氩气进行连续保护直至完成了两层焊道；焊接区的充氩保护效果可以从焊接接头的颜色进行判断，其对应关系如下表：

奥氏体型不锈钢焊接接头颜色与保护效果的关系

焊接接头颜色 保护效果 银白 最好 金黄 良好 蓝色 较好 红色 不良 灰色 最环 黑色 最环 三、铁素体含量超标的处理办法

1、管材局部铁素体超标，可将起标部分切除；

2、管配件及焊环接头焊接端部铁素体含量超标，在规范的允许范围内切除超标部分；

3、焊缝铁素体含量超标，将超标部分用磨光机打磨铲除，重新焊接；

4、其它情况，只能做退货处理，重新定货。

在新疆奎屯锦疆化工年产70万吨尿素项目中,使用316L U.G管道输送熔融尿素.该管材国内较为少见,其管子、管件、焊材均由国外供货，焊接要求无相关标准规范，与普通316L焊接施工不同的是，它的焊接检验要求焊后铁素体含量≤0.6%。

基于上述原因,甲方和北京华旭监理公司将316L U.G管道施工做为本项目的关键控制工序,要求我方编制316L U.G尿素级不锈钢高压管道安装施工方案.本人在甲方于德林工程师和监理公司刘国兴工程师的帮助下并查找了大量相关资料,编制了此方案.并将此方案改写成本年度个人技术工作总结.

总结人：但汉彬

2010年12月8日