Особенности технологии сварки стыков из теплоустойчивых хромомолибденовых сталей без термической обработки

 

18.73. Настоящая технология распространяется на сварку кольцевых и угловых (врезки трубных элементов) стыков технологических трубопроводов из сталей 1Х2М1, 15Х5М, 15Х5МУ, 15Х5ВФ, Х9М, 12Х8ВФ электродами аустенитного класса без термической обработки при производстве монтажных и ремонтных работ на открытых площадках нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий.

18.74. Технологией предусмотрена сварка трубопроводов диаметром до 550 мм с толщиной стенки до 30 мм.

18.75. Технологией предусмотрено выполнение сварочных работ при положительных и отрицательных температурах окружающего воздуха, но не ниже -30 °С с обязательным выполнением специальных технологических мероприятий, рекомендуемых настоящим документом.

18.76. Сварка трубопроводов по настоящей технологии для новых технологических процессов нефтепереработки и нефтехимии должна быть согласована с автором проекта, ВНИИнефтемашем и ВНИКТИнефтехимоборудованием.

18.77. Концентрация хлористых солей в подготовленном сырье при эксплуатации соединений с аустенитными швами не должна превышать 10 мг/л, а дозировка щелочи (каустической соды в обессоленную нефть) - 30 г/т.

18.78. При сварочных работах в цехах монтажных и ремонтных организаций, а также при монтаже установок аустенитный вариант сварки не допускается для соединения трубных элементов, работающих:

на установках и блоках первичной переработки нефти:

на линиях головных погонов эвапоратора К-1, основной атмосферной колонны К-2 и стабилизационной колонны, включающих в себя трубопроводы от верха колонны до конденсаторов-холодильников, от последних до сепараторов, от сепараторов колонн К-1 и К-2 до стабилизационной колонны, а также трубопроводы острого орошения всех трех указанных колонн, дренажной воды и газов из сепараторов этих колонн;

на линиях подщелоченной обессоленной нефти от места ввода щелочи до эвапоратора К-1 при дозировке щелочных реагентов свыше 30 г/т и концентрации остаточных хлористых солей более 10 мг/л нефти;

на установках и блоках гидроочистки топлив и масел:

на линиях продуктов гидрогенизации от теплообменника и холодильника до сепаратора С-1 высокого давления и всех линиях сероводородсодержащих жидкостей и газов после этого сепаратора, включающих трубопроводы нестабильного гидрогенизата, а также продуктов с верхней части стабилизационной (отпарной) колонны и десорбера, узла моноэтаноловой очистки газов, сероводородной воды, насыщенного сероводородом раствора моноэтаноламина, орошения стабилизационной колонны, газов и паров из сепараторов С-1, С-2, С-3 и др. с температурой продуктов ниже 260 °С.

18.79. Сварщики, впервые приступающие к сварке высоконикелевыми электродами (АНЖР-1, АНЖР-2 и др.), независимо от наличия удостоверений должны пройти дополнительное практическое обучение для приобретения навыков при сварке этими электродами и заварить контрольный стык, качество которого контролируют и результаты регистрируют в протоколе. Контрольные стыки сваривают также сварщики, имеющие перерыв в работе 2 мес.

18.80. Тип и марку электрода для облицовки кромок и сварки в зависимости от температуры эксплуатации и агрессивности среды выбирают по табл.57 с учетом п.18.83. При этом для сварки элементов трубопроводов установок каталитического риформинга с применением оксихлорирования металл стержня электродов должен содержать не менее 40% никеля.

18.81. Химический состав наплавленного металла и механические свойства шва и наплавленного металла, выполненного рекомендуемыми электродами, приведены в табл.58.

18.82. Подготовка кромок под сварку выполняется механическим способом, а их форму выбирают по ГОСТ 16037-80 или по рис.10.

18.83. Сборку элементов трубопроводов под сварку в зависимости от толщины стенки элемента и содержания никеля в наплавленном металле производят с предварительной наплавкой кромок или без нее.

Сборка и сварка стыков с толщиной стенки до 14 мм включительно электродами с содержанием никеля до 25% (ОЗЛ-6, АНЖР-3, ЭА-395/9 и им подобные) и с толщиной стенки до 20 мм включительно электродами с содержанием никеля 40% и более (АНЖР-2, АНЖР-1 и им подобные) производится без наплавки кромок.

В остальных случаях необходима наплавка кромок. При этом (см. табл.57) кромки стыков толщиной до 26 мм можно наплавлять всеми рекомендованными электродами в зависимости от рабочих условий, а при большей толщине стыка наплавка производится электродами, содержащими не менее 40% никеля в стержне с учетом рабочих условий.

18.84. Кромки наплавляют одиночными кольцевыми валиками электродом диаметром не более 3 мм при токе 60-80 А с соблюдением последовательности от внутренней поверхности трубы к наружной.

Как исключение допускается наплавка электродами диаметром 4 мм на максимальной скорости без поперечных колебаний электрода при токе 90-110 А. Ширина валиков не должна превышать двух диаметров электрода. Наплавка производится не менее чем в два слоя. Толщина наплавленного слоя в (см. рис.10) после зачистки поверхности наплавки должна составлять (6±0,5) мм и (7±0,5) мм при сварке стыка электродами 3 и 4 мм соответственно.

18.85. Корневой слой необходимо наплавлять без оплавления острой кромки разделки у внутренней поверхности трубы и связанного с этим недопустимого повышения доли основного металла в металле шва, для чего кромку следует притупить шлифовальным кругом до 2 мм. Наплавы шва внутрь трубы не должны превышать 1 мм. Наплавы большей величины удаляют шлифовальной машинкой. Если обычные приемы сварки не позволяют получить корневой слой, отвечающий этим требованиям, то рекомендуется корневые слои наплавлять с применением медного водоохлаждаемого ползуна, отформованного по внутреннему диаметру трубы и перемещаемого по мере наложения корневого слоя (рис.13). Допускается применение медных колец без водяного охлаждения с толщиной стенки не менее 14-20 мм.

 

 

Рис.13. Наложение корневого слоя с применением медной водоохлаждаемой пластины:

1 - корневой слой облицовки; 2 - медная пластина; 3 - труба

 

18.86. Прихватку при сборке стыков с наплавленными или ненаплавленными кромками, наплавку кромок, а также сварку стыка можно производить в зависимости от температурных условий и марки электродов без предварительного подогрева или с подогревом в соответствии с табл.59. При необходимости подогрева прихватку и сварку необходимо выполнять непосредственно после подогрева без охлаждения стыка ниже рекомендованной температуры.

18.87. Прихватку и сварку стыков с кромками, облицованными электродами с содержанием 25% никеля и более, производят этими же электродами, а при меньшем содержании никеля любыми аустенитными электродами, предусмотренными табл.59.

18.88. Прихватку стыков и корень шва выполняют электродами диаметром 3 мм, оставшуюся часть разделки можно заварить электродами диаметром 4 мм.

18.89. Сварку следует выполнять при постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде) короткой дугой. Режим сварки выбирают по табл.60. Рекомендуемое примерное число проходов многослойного шва в зависимости от толщины стенки трубного элемента и диаметра электрода приведено в табл.61.

18.90. При выполнении всех проходов шва, особенно первого, необходимо следить за полным проваром кромок. Поверхность корневого шва с внутренней стороны стыка должна быть ровной с небольшим усилением и плавным переходом к металлу свариваемых частей. Заканчивать сварку прохода необходимо с заходом на начало шва (на 5-10 мм) и задержкой на одном месте перед обрывом дуги.

18.91. При сварке стыков, собранных на прихватках, особое внимание следует уделять выполнению корневого шва.

Корневой шов выполняют следующим образом:

заваривают в диаметрально противоположных частях стыка участки шва, свободные от прихваток;

выбирают наждачным кругом оставшиеся прихватки до толщины 0,5-1 мм;

заваривают оставшуюся часть корневого шва.

18.92. Для обеспечения отжигающего воздействия швов на структуру зоны термического влияния, исключения мартенситной структуры, повышения работоспособности порядок наложения швов при сварке электродами с содержанием никеля 13% без облицовки и с облицовкой кромок необходимо соблюдать в соответствии с рис.14. Слои шва на кромках трубы необходимо накладывать на максимальных скоростях без колебаний электрода. Величина " B " при диаметре электрода 3 мм должна составлять (6±0,5) мм, при диаметре 4 мм (7±0,5) мм.

 

 

Рис.14. Последовательность наложения швов

 

18.93. Концы труб перед сваркой рекомендуется закрыть для предотвращения образования тяги воздуха.

18.94. Для обеспечения необходимого качества сварных соединений, особенно в тех случаях, когда требуется подогрев, рекомендуется тщательно соблюдать непрерывность термического цикла выполнения операций, включающего предварительный и сопутствующий подогрев, прихватку при сборке, сварку корневого шва, многопроходную сварку при заполнении разделки и охлаждение стыка. При вынужденных перерывах в работе необходимо обеспечить медленное и равномерное охлаждение сварного стыка под слоем теплоизоляции. При этом любые статические и особенно ударные нагрузки в зоне стыка недопустимы. Перед возобновлением сварки стык необходимо снова нагреть, если это предусмотрено п.18.86 или табл.59.

18.95. Подогрев перед наплавкой и сваркой производят любыми средствами, обеспечивающими равномерный прогрев до требуемой температуры всей толщины трубы в зоне стыка шириной, равной трем-четырем толщинам стенки, но не менее 50 мм в каждую сторону от стыка. Односопловые газовые горелки допускается применять только на элементах трубопроводов условным проходов не более 100 мм. При этом рекомендуются асбестовые или стальные воронки (рис.15), позволяющие более равномерно вводить тепло в металл.

 

 

Рис.15. Схема нагрева стыка газовой горелкой:

1 - наконечник горелки; 2 - асбестовая или стальная воронка; 3 - свариваемый стык

 

18.96. Предварительный и сопутствующий подогрев при отрицательных температурах окружающего воздуха, ввиду большой скорости охлаждения, следует выполнять устройствами электронагрева с регулируемой температурой: индукционными нагревателями (токами промышленной и высокой частоты), разъемными муфельными печами, пальцевыми нагревателями и т.д.

Подогрев в этих условиях необходимо производить с обеих сторон стыка, что позволяет получить оптимальную схему распределения температуры (рис.16). При этом расстояние от стыка до нагревателя должно быть 50-100 мм.

18.97. При сварке в условиях отрицательной температуры окружающего воздуха температура стыка не должна быть меньше нижнего предела температуры подогрева.

18.98. Температуру подогрева необходимо контролировать с помощью термокарандашей, термощупа, термопары с потенциометром или другими нерегистрирующими и регистрирующими средствами контроля в соответствии с действующими инструкциями.

18.99. На сварные стыки, которые требуется подогревать перед сваркой с последующей термообработкой, должны быть установлены нагреватели и теплоизоляция в соответствии с инструкциями или документацией на термообработку. В случае подогрева стыка при сварке без последующей термообработки наружная поверхность трубы, примыкающая к стыку, длиной не менее четырех диаметров при D_y не более 250 мм и длиной не менее 1 мм при D_y более 250 мм на каждую сторону перед прихваткой покрывается плотным слоем теплоизоляции. При температуре окружающего воздуха выше +5 °С толщина изоляции должна быть 10-12 мм (листовой или шнуровой асбест), при более низкой температуре - 80-100 мм. При этом оголенная часть трубопровода в зоне сварного стыка при сварке не должна превышать 170-200 мм. По окончании сварки, а также при случайных перерывах процесса оголенную часть трубопровода со стыком необходимо закрыть плотным слоем теплоизоляции, толщина которой указана выше.

 

 

Рис.16. Схема двухстороннего подогрева стыка:

1 - стык труб; 2 - теплоизоляция; 3 - нагреватель

 

Термообработка

 

18.100. Термообработку производят в соответствии с проектом, техническими условиями на оборудование или на основании опыта эксплуатации для исключения закалочных структур сварного соединения, придания ему необходимых физико-механических свойств, снижения остаточных сварочных напряжений, обеспечения необходимых коррозионных свойств.

18.101. Термообработку сварных стыков труб из сталей 15Х5М, 1Х2М1 выполняют сразу после сварки, не допуская охлаждения стыка до температуры ниже 300 °С. Стыки труб из сталей 12ХМ, 15ХМ, 12ХМФ, 12Х1МФ допускается подвергать термообработке с перерывом не более 8 ч по окончании сварки. До термообработки такие стыки запрещается подвергать нагрузкам, проводить с ними какие-либо работы, кантовать, транспортировать.

18.102. Режим термической обработки сварных соединений выбирают по табл.62.

18.103. Сварные стыки при термообработке в условиях монтажа и ремонта трубопроводов можно нагревать любым способом, обеспечивающим соблюдение рекомендованного режима нагрева, выдержки при заданной температуре и охлаждения. Основной способ нагрева под термообработку трубопроводов - электронагрев индукционным способом токами промышленной (50 Гц) и повышенной частоты, нагревателями активного сопротивления.

В условиях ремонта сварные стыки рационально нагревать гибкими нагревателями активного сопротивления.

Можно применять также другие способы нагрева и конструкции нагревателей, используемые при монтаже трубопроводов организациями Минмонтажспецстроя (например в соответствии с ОСТ 36-50-81).

При отрицательной температуре окружающего воздуха термообработку необходимо производить только электронагревателями.

18.104. Ширина термообрабатываемой зоны со сварным швом посередине должна быть не менее пяти толщин более толстой из свариваемых труб.

18.105. При вынужденном прекращении термообработки (прекращение электропитания, повреждение нагревательного устройства и т.д.) термообрабатываемый участок должен быть охлажден в соответствии с требованиями табл.62, при этом до окончания термообработки не допускается со стыком производить какие-либо работы.

18.106. При вынужденных перерывах в процессе термообработки под длительностью выдержки понимают суммарное время нахождения стыка при температуре термообработки.

18.107. Если после термообработки твердость металла шва превышает допустимую (табл.68), производится повторный отпуск сварного соединения, но не более трех раз.

 

Дополнительные требования к сварке и контролю лепестковых переходов

 

18.108. Электроды для сварки переходов выбирают согласно требованиям табл.44.

Применение аустенитных электродов для переходов из сталей 12Х1МФ, 15ХМ, 15Х5М, 12Х8МФЗ не допускается.

18.109. Сварка продольных швов переходов должна быть двухсторонней с обязательной зачисткой корня шва перед сваркой с обратной стороны. Односторонняя сварка не допускается. Технология сварки должна соответствовать требованиям настоящего параграфа.

18.110. После сварки, независимо от марки стали переход должен быть подвергнут высокотемпературному отпуску (режимы термообработки приведены в табл.62), после чего сварные соединения подлежат обязательному 100%-ному контролю внутренних дефектов неразрушающими методами.