石油天然气管道环焊缝施工及现场安全管理

张臣

摘要： 在油气管道建设的过程中，由于管道材质强度要求的增加、管道直径增大和管道壁厚的增加以及管道输送压力在增加，这些都会使管道焊接施工增加不少压力。如此，石油天然气管道的焊接施工难度也在增加。而环焊缝施工是管道焊接施工中非常重要的一个环节。笔者就石油天然气管道环焊缝施工以及现场安全管理进行了探究。

关键词：石油天然气；管道；环焊缝施工；现场；安全管理

前言

最近几年，石油天然气管道的质量和安全问题越来越突出，这也成为限制管道发展的重要环节。对于长输管道现场焊接施工，焊接场所所面临的环境是不断变化的。不仅如此，焊接施工需要面临复杂的自然环境和人文环境。另外，就焊接过程而言，管段的固定条件也是不稳定的。另外，焊接操作涉及到多个位置，焊接的工作的方法也较多。这些都会对环焊缝质量和安全产生较大的影响。

1.管道环焊缝焊接施工应关注的问题

1. 1. 连头焊接

连头焊口是通过一段钢管使相邻的两个固定管道进行连接，这样形成的焊接接头。这种接头是不能自由活动的。在连头焊口中，金口属于比较特殊的，它不参与管道试压。而且，通常情况下，它的位置部分是在新老管线连接处，部分是处于先管道试压、清洗再安装的管道连接、仪表等位置。在管道建设中，“连头”的意义更多。作业机组在进行后期管道闭合连接的焊接作业，这类作业都称作“连头”作业。焊口分为线路焊口和连头焊口这两种。通过分析可知，这两种焊口所使用的焊接工艺是有差别的，前者是线路焊接工艺规程，后者是连头焊接工艺规程。连头焊口由于各方面技术的限制，所以焊接质量难以得到有效保障，其中存在的安全隐患较大。最近几年，我国管道建设中出现的多起生产安全事故，与这类焊接质量问题有较大的关联。所以，不仅要从技术角度，而且要从管理角度对此引起重视。

1. 2. 返修焊接

对于石油天然气管道的焊缝返修与修补，一直是行业内争议较多的话题。这是因为，不管是在技术方面，还是在管理方面，返修焊接所带来的安全风险是存在的。

所谓的返修，就是指对通过目视检查、无损检测等方法找到焊缝缺陷，从而通过返修焊工的打磨和焊接的方法来提高焊缝的质量。而修补是焊接过程中发现的表面缺陷，通过焊工进行打磨和焊接，这样使焊接质量得到确保的手段。通过对返修与修补进行分析可知，这两者的主要区别之处在于承受的拘束应力有差异。在返修过程中，一般是多层焊接，需要从多个层面对全壁厚焊缝金属进行打磨、焊接。如此，才能使焊接的缺陷得到消除。而与此形成对比的是，修补通常是表面打磨或单层焊接。返修焊口的两侧一般是长管道固定端，修补焊缝的一侧一般是一根钢管自由端。所以，就拘束应力大小来看，返修焊接比修补焊缝要大得多。在返修焊接中，焊口承受的应力和返修焊工的操作水平都是对其质量影响的。

1.3高寒地区的冬季现场焊接

NB/T47015—2011中，规定了初始焊件的温度，最低温度要高于零下20摄氏度，当焊件温度高于20摄氏度，并且低于0摄氏度的时候，可以在开始焊接100毫米范围内进行预热15摄氏度以上。比如俄罗斯干线管道建设某标准要求温度不能低于零下40摄氏度进行管道吊装等机械作业。通过对国内和国外管道工程的施工经验进行分析，不难发现，对于焊接施工，一定要注意使施工环境温度处于施工人员承受范围之内的环境温度。在我国所建设的一些管道工程中，焊接施工最低温度是零下28摄氏度。比如，我国的西部原油成品油管道工程、西气东输二线西段管道工程。在环境温度较低的情况下，需要考虑更多问题。主要问题如下。第一，焊缝冷却速度更快，可能出现淬硬组织。第二，低温环境的预热效果要比常温环境的差一些，这样就难以使焊缝道之间的温度保持变得更加困难。第三，在极端恶劣的低温环境下，施工机械设备以及焊接设备可能会出现故障。第四，在寒冷的环境下，焊工的耐受力会导致焊接质量受到较大的影响。

1.4沉降和滑移等地质条件下环焊缝

在承载的输送压力相等的前提下，如果提高管道钢管强度等级和增大直径，减小壁厚。这样，钢管的径厚比会增加，不利于管道的稳定性的维持，最终会导致管道环焊缝受到的外部载荷的影响增强，从而增大其受到破坏的概率。如果管道仅仅受到内压作用，环焊缝水压试验承受的轴向应力是最大的，该力的大小大概是环向应力的一半左右。当管道处于正常运行状态的时候，轴向应力大概是环向应力的三分之一。当发生沉降或者滑移的时候，在环焊缝承受了内压之外的其他外部载荷会增加。如此，会导致管道环焊缝的焊接施工受到更为严峻的考验。

2.天然气管道环焊缝焊接施工注意事项

2.1返修焊的填充、盖面不应采用自保护药芯焊丝

由于自保护药芯焊接的合格率较高，所以在我国管道建设中应用较为广泛。但是，需要注意的是，返修焊口受到多方面因素的影响，导致其成为管道建设中薄弱之处，所以如果还是使用自保护药芯焊丝进行填充、盖面这种方式，可能导致环焊缝韧性不能得到有效保障，这样就会导致不良影响。焊缝金属性能的变差是不能通过无损检测到的，只可对其进行破坏性试验才可以检验到。所以，采用自保护药芯焊丝进行的返修焊缝韧性无法得到保障。具体原因分析如下。第一是道间温度的影响。由于返修焊缝长度是比较短的，在焊接的过程中，超过80~120℃的最佳道间温度是非常常见的。而在该温度下，焊缝金属韧性的稳定性是比较差的。第二是焊接操作稳定性的影响。一般而言，在返修焊接的时候，多数是在仰焊的位置，这个位置的焊接难度较大。为了获得较满意的外观成形，通常会采用小电流和灭弧法，而使用这些方法会导致电弧稳定性差等问题。第三是焊缝接头的影响。通过对自保护药芯焊丝半自动焊工艺进行分析，可知其有焊缝金属韧性离散的缺陷。一般认为，返修焊缝段接头层叠，韧性会变差。经过实践表明，低氢型焊条下向焊表现较差，所以，返修焊接使用低氢型焊条上向焊的方法较多。

2.2沉降和滑移等地质条件下环焊缝焊接

在管道处，如果有一定几率发生地质沉降、土壤滑移。这时候，在进行环焊缝的焊接的时候，可以使用高强匹配的焊接工艺。这样，可以使焊接接头的强度比管体要高。假设焊接热影响区软化倾向，这时候，可以使用增加环焊缝盖面宽度的方法。另外，还可以借助顺序组对的施工方式，从而达到减小环焊缝组对和焊接过程中的施工应力的目的。

2.3其他

可以借鉴国外一些国家先进的石油天然气管道的建设经验。比如，设立焊接总监，可以做好焊接施工的每一个环节。这样，可以针对管道来选择最佳的焊接工艺。将焊接施工过程中的问题进行分析与研究。另外，需要做好质量检查，主要是针对施工过程进行质量检查，要使焊接过程不仅具有规范性，而且做到井然有序，这样如果出现了问题，可以就施工材料进行追溯。

3.石油天然气环焊缝施工管理心得

第一，明确培训人员。培训无论是分公司培训还是作业区培训，培训人员必须上到项目经理，下至班组长（二包），总的来说，除了工人不参加这方面的培训，其他所有人参加培训。建立参加培训制度。培训内容切合实际，根据案例培训，不能只是老套路；工人培训由项目经理或者班组长开展培训，班前喊话，有记录，有视频，结合第3点，可以加强抽查。

第二，统一施工单位各级负责人着装。统一着装，不允许穿便装，服装上面必须写清楚：单位名称、自己名称以及现场职务，并与组织设计同步，即使为了合同等原因，可以不一致，但是现场人员必须固定，不允许更换；工人全部穿警戒马甲即可，或者根据施工单位实力，统一着装均可。

第三，充分利用信息技术进行管理。将分公司范围内承包商上至项目经理，下至班组长，建立专项管理微信群，要求在群内标注好“单位+姓名+职务+电话+负责的现场”（包坑，包点），可以建立承包台账，滚动更新，由施工单位更新上报；分公司可以安排人员随机、随时抽查，采取现场、电话、短视频、照片等形式都可以；也可以随时抽查监理，这样可以在一定程度上预防施工不规范现象的出现。

第四，做好施工风险控制。针对管道埋深较深，特殊地形地貌的环焊缝作业坑，不能只听设计，他们的目的是赚设计费，而不是真正为我们的利益考虑。所以，我们必须要有专业的人员现场定夺（是更换取消还是制定相应的方案），更不能让施工单位随意开挖；建立统一的开挖台账，由施工单位提前摸底制表，开挖那个点必须可控，不能由施工单位或者作业区自行安排开挖，必须按照开挖大表计划开挖。

第五，严格把控施工方案。尤其是动用机械的点，编写清楚切实可行，操作性强的方案，作业区人员随同挖机同时上下班进行监护。

第六，控制好施工进度。避免后期抢进度出事和拖延工期，每个施工单位必须至少三组人员同时开挖，达不到的，可以不用进场，更换有实力的单位；各施工单位前期摸排，提交现场人员部署和开挖程序，也就是说开挖难度较大的必须安排一组人员和其他两组同时开挖。

第七，合理安排开挖作业。开口计算、收方公式等前期算清楚，测量放线到位，开挖过程中由作业区、监理监护指导，坚决禁止开挖老鼠洞、仙人跳或者找寻管道、光缆，必须平挖，开挖人员必须确定并经过专业培训，防止裸缆、铁锹损伤光缆，这里牵扯人工开挖的技巧培训；根据经验和科学方法，制定专项开挖方法，比如河道如何开挖，不允许施工单位随意开挖，既不安全也浪费人力物力财力。

4.小结

本文针对石油天然气管道环焊缝施工中存在的问题及注意事项进行了分析，并结合自己在工作中的实践经验，总结了石油天然气管道环焊缝现场施工安全管理心得，以供参考。

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