第11期
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大口径管道内充氩装置的优化及应用
马庆乐，张西雷
（中国石油天然气管道第二工程有限公司， 江苏 徐州 221006）
[摘 要] 随着双金属复合管、双相不锈钢以及有色金属管道在海洋平台、井场及长输管道中越来越多的应用，此类高压管道焊接时背面内充氩一直是制约焊接质量和施工进度的一大难题。本文以塔里木油田克深5区块地面工程项目为例，介绍了施工中常用的几种管道内充氩的方法及特点，并对内充氩装置进行了优化，使之更适用于长距离、大口径管线的施工。[关键词] 大口径管道；内充氩；平衡管；虹吸
管道施工中为保证管道的焊 接质量和内部清洁度，防止焊渣混合在输送介质中破坏阀门或其他密
通入氩气封装置的密封性，焊接施工常采用钨极氩弧焊进行根焊焊接，填充材料选择不产生焊渣的实心焊丝。对含钼量≥3%或合金元素总含量>5%管端封堵的焊件，采用钨极惰性气体保护焊时，焊缝背面应内充氩气或其他保护气体，或应采取其他防止背面焊
缝金属被氧化的措施[1]。故双金属复合管、双相不锈钢、奥氏体不锈钢等耐腐蚀性材料，根据要求焊缝背面需进行内充氩保护，若焊缝内部保护不好，焊缝根部金属极易在焊接过程中发生高温氧化，造成合金元素烧损，导致焊缝金属的力学性能和耐腐蚀性能下降，降低管线运行安全性，缩短管线使用寿命。因此在此类管线施工中管道的内充氩质量至关重要，而内充氩装置是保证管道内充氩质量的重要因素。1 概述
目前，管道内充氩主要有整体内充氩和局部内充氩两种方式。整体内充氩是将管道两端用胶带（纸壳、橡胶板等）封口，由管子的一端充入氩气，另一端封口上部留一个3~5mm的放气孔，主要是防止焊接收弧时管内压力过大，造成收弧困难，产生内凹等缺陷，如图1所示。当管径较大、管线较长时，采用这种方式会浪费大量的氩气，增加施工成本，充氩时间过长，降低施工工效，且焊接质量不易保证，故不适用于大口径管道的焊接施工。
管线胶带封堵排气孔焊缝位置图1 管道整体内充氩 局部内充氩可采用水溶纸法。组对前，在管内距焊口两侧各150mm处贴水溶纸，形成一组临时堵板，然后在对口间隙处采用充氩针头向管内充氩气（见图2）。当管道系统进行水压试验时，水溶纸很快溶解于水，并随水排出，不会造成不利影响。对于大口径管线，水溶纸封堵常会出现封堵不严造成焊缝背面金属氧化的现象。 管线通入氩气胶带封堵水溶纸150图2 水溶纸封堵局部内充氩 局部内充氩的另一种方法是制作充氩夹具。采用橡胶板或其他材料制作充氩夹具，橡胶板将
作者简介：马庆乐（1985—），男，山东济南人，本科，高级
技师，主要从事长输管道及场站的焊接与施工工作。
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焊缝两侧一定范围内封闭，从一侧橡胶板通入氩气从而实现封闭空间内的气体置换，待密闭空间内空气置换完成后方可开始焊接（见图3）。
管线胶带封堵通入氩气堵板图3 充氩夹具内充氩保护 2 现状
塔里木油田克深5区块地面工程双金属复合管（管径≥355mm）施工时，采用充氩夹具进行管线内充氩保护施工，在连续焊接完成2.5公里后，管线内负压气流明显，导致现有充氩装置方法已经无法实现正常焊接施工。
因为大口径管线长时间管内外的温度气压差易形成虹吸气流，两个堵板密封后出现针管效应，导致气压相顶或相吸，充氩夹具在推拉时费时费力，且堵板磨损严重，不到一天时间就要重新更换堵板或密封材料，不能连续施工，严重影响施工进度。3 充氩装置的优化
为解决施工难题，结合多年施工经验，对内充氩夹具进行了优化。优化后的装置主要包括：堵板、通气管、减仓装置、平衡管、硅胶密封垫（见图4）。
管线胶带封堵通入氩气减仓装置堵板硅胶密封垫平衡管图4 优化后的内充氩装置 堵板位于装置的两侧，堵板内侧依附硅胶密封垫，与管线贴合形成密封舱。减仓装置依附于前后封隔板上，其中充气管贯穿一端封隔板板。
石油和化工设备2019年第22卷平衡管贯穿两侧封隔板，将装置推拉时所产生的气流和管内虹吸气流分流到单管侧，达到已连接管线和新焊钢管两侧的管内气压平衡保持装置两侧管线气压平衡。在管口组对完成后，将内充氩装置推至焊缝中间位置，用胶带将管口封堵，形成密闭舱。充气管往密闭舱进行充入氩气，在焊口胶带封堵处的上部撕开一个小口，用于管内空气的流出，充氩置换一段时间后，可在开口处采用气体检测仪进行管内氧含量检测，达到要求后便可以开始焊接。4 效果检查
采用优化后的内充氩装置完成塔里木油田克深5区块地面工程双金属复合管施工16.8km，未出现因背面充氩保护不良焊缝背面氧化现象。采用该装置进行施工，有效减少了管体内充氩气容积，节约了保护气体的用量和管内气体置换时间，提高了施工效率，节约了施工成本。且该装置操作方便，在管线内推拉轻便，省时省力实用性强。5 推广应用
优化后的内充氩装置背面保护效果好，适用性强，在沙特哈拉德天然气管道工程的双金属复合管（管道直径为406mm、914mm）的施工中得到了推广应用，共计完成双金属复合管施工21.3km。焊缝背面保护效果好，未出现根部氧化现象，装置应用简洁方便，施工中未出现虹吸现象，很好地解决了大口径管线焊接施工背面内充氩的问题，节约了施工成本，提高了施工工效。
◆参考文献
[1] GB 50236-2011[S].
，现场设备、工业管道焊接工程施工规范[2] GB 50540-2009，石油天然气站内工艺管道工程施工规范（2012年版）[S].
收稿日期：2019-08-20；修回日期：2019-09-09
