壓力管道焊接工藝設計

1、壓力管道設計說明書設計題目 : 壓力管道焊接工藝設計設計參數(shù) :2.1工作壓力： 5MPa2.2工作溫度： -1080攝氏度2.3 外形：圓柱體2.4 工質(zhì)：原油2.5材料： L245 管線鋼設計要求：3.1 壓力管道結構受力分析3.2 強度計算，確定最小壁厚3.3 焊接工藝分析3.4 編寫焊接工藝卡3.5.編寫熱處理工藝卡3.6 繪制焊接工藝草圖一、總體概述長輸管道作為鐵路、公路、海運、民用航空和長輸管道五大運輸行業(yè)之一，其輸 送介質(zhì)除常見的石油、天然氣外，還有工業(yè)用氣體如氧氣、二氧化碳、乙烯、液氧等 介質(zhì)。大部分輸送介質(zhì)管道在國內(nèi)均有成功建設和運行業(yè)績。近幾年，我國管道建設發(fā)展非常迅速。在

2、管線的建設施工中，環(huán)焊縫焊接方法從 傳統(tǒng)的手工焊、管道下向手工焊、半自動下向焊到現(xiàn)在的全自動焊，管線的鋼級從Q235、16Mn、L290 (X42 )、L360 (X52 )、L415 (X60)、L450 (X65)和 L485 (X70) 提高到目前的L550(X80)，直徑從200mm增加到1219 mm,水管線直徑已超過2000 mm,壁厚從6 mm增加到30 mm，輸送壓力從4MPa增加到15MPa。從廣義上理解， 壓力管道是指所有承受內(nèi)壓或外壓的管道， 無論其管內(nèi)介質(zhì)如何。 壓力管道是管道中的一部分，管道是用以輸送、分配、混合、分離、排放、計量、控 制和制止流體流動的，由管子、管件

3、、法蘭、螺栓連接、墊片、閥門、其他組成件或 受壓部件和支承件組成的裝配總成。精選壓力管道具有以下特點：（1）、壓力管道是一個系統(tǒng)，相互關聯(lián)相互影響，牽一發(fā)而動全身。（2）、壓力管道長徑比很大，極易失穩(wěn)，受力情況比壓力容器更復雜。壓力管道內(nèi)流 體流動狀態(tài)復雜，緩沖余地小，工作條件變化頻率比壓力容器高（如高溫、高壓、低 溫、低壓、位移變形、風、雪、地震等都有可能影響壓力管道受力情況） 。（3）、管道組成件和管道支承件的種類繁多， 各種材料各有特點和具體技術要求， 材 料選用復雜。（4）、管道上的可能泄漏點多于壓力容器，僅一個閥門通常就有五處。（5）、壓力管道種類多，數(shù)量大，設計，制造，安裝，檢驗，

4、應用管理環(huán)節(jié)多，與壓 力容器大不相同。運輸管道承受著所運輸介質(zhì)的壓力和溫度的作用，同時還遭受所通過地帶各種自 然環(huán)境和人為因素的影響，對鋼材的強度、韌性、以及可焊性提出了相當高的要求， 在使用過程中可能發(fā)生各種破漏或斷裂事故。 為確保管道的安全運行和預防管道事故 產(chǎn)生應從設計、 施工和操作三方面這首， 其中設計中的合理選擇材料和焊接工藝是相 當重要的。二、受力分析內(nèi)容：參照標準： SHJ.41-91 石油化工企業(yè)管道柔性設計規(guī)范1.管道柔性設計的任務 壓力管道柔性設計的任務是使整個管道系統(tǒng)具有足夠的柔性， 用以防止由于管系的溫 度、自重、內(nèi)壓和外載或因管道支架受限和管道端點的附加位移而發(fā)生下列

5、情況1）因應力過大或金屬疲勞而引起管道破壞；2）管道接頭處泄漏；3）管道的推力或力矩過大， 而使與管道連接的設備產(chǎn)生過大的應力或變形，影響設 備正常運行；4）管道的推力或力矩過大引起管道支架破壞。2.分析步驟：1） 工程規(guī)定2）管道的基本情況3）用固定點將復雜管系劃分為簡單管系，盡量利用自然補償4）用目測法判斷管道是否進行柔性設計5）L型U型管系可采用圖表法進行應力分析6）立體管系可采用公式法進行應力分析7）宜采用計算機分析方法進行柔性設計的管道8）采用CAESAR II進行應力分析9）調(diào)整設備布置和管道布置10）設置、調(diào)整支吊架11）設置、調(diào)整補償器12）評定管道應力13）評定設備接口受力1

6、4）編制設計文件15）施工現(xiàn)場技術服務三、L245管線鋼的化學成分及力學性能L245就是一種低壓流體卷制管，其性能和 20#無縫管差不多鋼種力學性能化學成分屈服強度抗拉強度伸長率CSiMnSPMPakg/mm2MPakg/mm2不大于不大于不大于不大于L245245415210.261.150.0300.030參照GB50316-2000工業(yè)金屬管道設計規(guī)范四、管壁厚度計算4.1材質(zhì)：L245、工作壓力為4MPa、工作溫度：-1080C4.2公稱外徑壁厚理論質(zhì)量試驗壓力/mpamm管體公差/mm允許公差kg/mL210L2451290l230355.6-0.755.214.648.333.84

7、7.88.66.455.114.55.38.99.87.161.0255.99.810.97.967.745.66.510.912.14.3對壓力管道來說，大多數(shù)都屬于薄壁管子，故當 S D/6或P/ct D/6或p/ct 0.385時，直管壁厚應按厚壁管道計算公式確定。對于外壓直管的壁厚，應根據(jù)GB15 0鋼制壓力容器規(guī)定的方法確定。4.4壁厚等級的確定將上式的計算值先按四舍五入的原則進行園整， 然后查相應的應用標準， 與計算值 最接近且稍高的對庇壁厚就是該管道的公稱壁厚。 對應有管子表號時， 就用管子表號 表示， 無對應管子表號時， 就用壁厚值表示。 管子表號或壁厚值所表示的參數(shù)就是該 管

8、道的公稱壁厚等級。管道上其他組成件 （如彎頭、三通、異徑管、封頭等 ） ，也以上述確定的數(shù)字或代號 表示其公稱壁厚等級，并由此確定它們與管子是等強度的。由以上數(shù)據(jù)和公式，可以得到該管道的外徑 D1為355.6mm，壁厚為5.2mm內(nèi)徑為342.2mm五、L245 管線鋼的結構及材質(zhì)分析5.1 產(chǎn)品結構及材質(zhì)分析5.1.1、產(chǎn)品結構（詳見工藝草圖）外徑D1為355.6mm,壁厚為5.2mm內(nèi)徑為342.2mm的L245管線鋼。產(chǎn)品為直 焊縫。5.1.2、材質(zhì)性質(zhì)分析(1) 、化學性能分析鋼的化學成分(質(zhì)量分數(shù))%1鋼號CSiMnPSL2450.130.240.760.0220.014(2) 、材

9、質(zhì)的力學性能分析X70丄245鋼的力學性能2鋼號(T s/MpaCTb/MpaS 5/ %沖擊吸收功(-20 C )/JL2453804852256(3) 焊接性的分析L245是一種優(yōu)質(zhì)非合金鋼,GB/ T9711.2標準規(guī)定的碳當量為0142，實際碳當 量為0123，供貨的狀態(tài)是正火，組織為鐵素體加珠光體，無脆硬傾向,焊接性較好。 該次工藝評定的壁厚范圍為11 mm，厚度不大，考慮施工方便及經(jīng)濟性，一般對于 單純L245 - L245的焊接接頭焊前無預熱要求。綜合考慮這種鋼的焊接冷裂紋敏 感性，為了保證良好的焊接接頭質(zhì)量，避免焊接冷裂紋的產(chǎn)生，確定預熱溫度為100 C,層間溫度為100C15

10、0 C .六、焊接材料及焊接規(guī)范(附：焊接工藝卡)6.1焊接材料的選擇6.1.1焊絲的選擇為保證焊接接頭的強韌性,采用H08MnNiMoA型焊絲4，采用CHF602型焊劑。 其中焊絲以及焊劑的化學成分如下表：H08MnNiMoA型焊絲的化學成分型號CSiMnCrMoNiSPH08 Mn NiMoA0.100.251.20-1.60 30600650C Mn 20C-0.5MO5605900.5Cr 0.5Mo600650Mn V6506701Cr 0.5Mo 101Cr 0.5Mo V 67007501.5Cr 1Mo- V2.25Cr 1Mo5Cr 1Mo任意壁厚9Cr 1Mo7507802

11、Cr 0.5-WV3Cr-1Mo-Vti12Cr-1Mo-V7.3 焊后熱處理操作要點：(1) 焊后熱處理操作前，操作人員應認真檢查電源連接是否正確，漏電保護器是否 靈敏，有無裸露的電源線及接頭，加熱器瓷環(huán)有無損壞，保溫是否符合熱處理工藝卡 要求，熱處理設備及管道是否接地良好。(2) 熱處理過程中必須嚴格按照熱處理工藝卡規(guī)定的工藝參數(shù)執(zhí)行，設專人觀察溫 度指示儀有無異常，如發(fā)現(xiàn)異常時，應立即停止熱處理找出原因方可繼續(xù)進行。(3) 在臨近恒溫溫度50 C時，應逐漸減小電流、電壓，以使升溫速度逐漸減慢，平 滑過渡至恒溫溫度。(4) 熱處理升降溫操作要平穩(wěn)，嚴禁電參數(shù)急速大跨度變化。(5) 熱處理工

12、作結束后，操作者應在自動曲線圖上注明熱處理管線號、焊口號、操 作者姓名及日期并寫出熱處理報告。7.4電加熱器及熱電偶安裝(1) 進行熱處理時，每道焊口的測溫點應對稱布置在焊縫中心兩側，且不得少于兩點。水平管道測溫點應上下對稱布置。 測溫點處應用砂輪打磨出金屬光澤。 熱電偶安 裝應采用細鐵絲捆扎，為保證所測溫度為管子的實際溫度，在熱電偶與加熱器之間應 墊小塊保溫玻璃布進行隔離，熱電偶及加熱器安裝詳圖見圖 3。(2) 焊后熱處理的加熱范圍，每側不應小于焊縫寬度的 3倍，且不小于25mm有淬 硬傾向或易產(chǎn)生延遲裂紋的管道焊縫兩側各不小于壁厚的五倍，且不小于 100mm并 力求受熱區(qū)的溫度均勻一致。加

13、熱區(qū)以外100mn范圍內(nèi)應用玻璃棉或硅酸鋁纖維氈進行保溫，管道兩端應封閉鋼管擋風物導線保溫材料熱電源圖4-5-2熱電偶及加熱器安裝示意圖導線7.5熱處理工藝(1) 熱處理的加熱速度、恒溫時間及冷卻速度應符合下列要求：加熱速度：升溫至 300E后，加熱速度應按(205X25/ S ) C/h計算，且不大于220 C /h。恒溫時間：非合金鋼為每毫米壁厚22.5min ;合金鋼為每毫米壁厚3min,且總 恒溫時間不得少于30min。在恒溫時間內(nèi)，最高與最低溫度差應小于 50C。冷卻速度：恒溫后的冷卻速度應按(60x25/ S ) C /h計算，且不得大于260 C /h， 冷至300 C后可不控制

14、。(2) 異種鋼焊接接頭的焊后熱處理，應按兩側鋼材及所用焊條(焊絲)綜合考慮。熱處理溫度一般不超過合金鋼成分低側鋼材下臨界點Ac1,可參見表8執(zhí)行。八、焊接檢驗8.1 焊接檢驗主要方面8.1.1 焊前（1）焊接材料的選擇（2）焊接設備、儀表、工藝裝備 ;（3）焊接坡口、接頭裝置及清理 ;（4）焊工資格 ;（5）焊接工藝文件 .8.1.2 施焊過程中（1）焊接規(guī)范參數(shù) ;（2）執(zhí)行焊接工藝情況 ;（3）執(zhí)行技術標準情況 ;（4）執(zhí)行圖樣規(guī)定情況 .8.1.3 焊后（1）實際施焊記錄 ;（2）焊縫外觀及尺寸 ;（3）后熱、焊后熱處理 ;（4）產(chǎn)品焊接試板、焊接工藝紀律檢查試板（5）無損檢驗 ;（

15、6）致密性試驗 .焊接異種鋼的停條（焊絲）及焊后熱處理溫度推薦表表8rt?C1-a-A坪事am愿口武ic）l 結謝 憎滋JiHbfttnA3rTIC JillA -一世卜譽行饒酬虱CMjwBJ h R2站 50(,結 5Wft ir-i i*KdHi iA-HuBAl-nK tAkFiafiCTW-.b- TTGkT；3j?jS70d TlClt：llL -諭7K)d* T7GR；rD 菇A；鈾km s a4 VHJ/fCi-l/ZM*2 n-HISCiMcLCr-t /?Wc3-C3-b-C：.4 eCiGI.eja 卿31 腳BMMO1elivnijk加5幣鼻Hl甬髀口肘t HcaCrZM

16、ol王亍訊7旳1 yCrl/JMiJb1伽訊IVTh HCr?5Xil3L 2Cr-/2M0-Vn4-C-Dl-c-DMtK-CSdEt 傳 34ICr-l .:5Mn-V3-r-C4r r-D4-c-D4-c-C4 c-C5-d-E5-d-Eh , m 1 j rr“E v7務薊了 H)r?Cl9Kb4-E i i -dEi-d-E6-t-E3 yCrlMo2DXD+x-DME1 ESdaEAd-Ef-d-Ei -d-E6cE6-E2Cf-l-JWoVW4-e-DSd-E5E5-dEj-d-EM-EJ-d-E5-d-Ej-t-E&蟲2EMF3Ct-IM 口卄-DAdE5-d-E5-d_E5-

17、J-E5Td-E寸5/詢尼fikEX-E8-e-EZ-F-f-FSCr-lMoVT4 o Dl4-ZB-d-I5-d-E5-J-Erd ed Er-dt1M-E6弋E5+ E-f.FFr-(-FiCr-i.TMflSE$yEIEm-E6-*-EU-r-E&亡左S-e-E4e Eri-FF*F?-F7Cr-l.JIMaiEX-Efr-勺+EGlE5-t-E2EX-E5-*E2EXECM-Fr-f-FT-F?-Fr-FSCrLNoXE4- Ef-KG 護EZEHErG*Efre*Eftt-E6Er+rr-bf7T7-F一 -7-Ft FL2Ct-1Mc-V2E杠專EC-e-E2E2EW-F6*-J

18、-F7-F j T-Fr-FX*1HrA4-h A3-h-A?-AMfA片hA il-h-A9-h A5 4-A-h-A吳hAH-A9-hA9-h-A#-h-AB-S-AghcCM1/20- l/2MolOj/z Ms1 yCr-l/2M-Cr-lyZ Mn-VlCt-1. ?Mc-V屮卜IMa-V】討心1/2 MolMfl2Cr-t/2MaVWaCf-lMfl3Cr-lMflVTiSCrd/BMolCr-l/2 WoJCr-lMntiCr-1tfl-3Sti【I 目網(wǎng)相用期乂+壯可 9膺卑見鳧1卓捕肯相甩時轉(zhuǎn)罩 uffit ”ft Hl nww fc-ffRi J 朮恙 la kb!t 辟冇 *偉季誅用星卻鼻iig眾月蟲51畀廿圧旳1澤旦4可崗|*工電.也