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钛管道焊接施工方案

扬子石化扩建45万吨/年精对苯二甲酸

（PTA）生产线钛管道焊接

施工技术方案

中国石化集团第四建设公司

南京扬子PTA项目部

编码：

FCC—PTA/方案-031

一般

重大

√

扬子石化扩建45万吨/年精对苯二甲酸

（PTA）生产线钛管道焊接

施工技术方案

编制：

吴卫

审核：

关武堂

复审：

李雪梅肖然

批准：

郁东键

中国石化集团第四建设公司

南京扬子PTA项目部

二○○六年四月二十四日

目次

1适用范围…………………………………………………………………………………1

2编制依据…………………………………………………………………………………1

3工程概况…………………………………………………………………………………1

4焊接性分析………………………………………………………………………………1

5焊接施工准备……………………………………………………………………………1

6一般环境要求……………………………………………………………………………3

7施工工艺…………………………………………………………………………………3

8质量要求…………………………………………………………………………………6

9焊缝返修…………………………………………………………………………………7

10质量记录…………………………………………………………………………………7

11质量保证措施……………………………………………………………………………7

12施工机具及措施用料……………………………………………………………………8

13HSE管理…………………………………………………………………………………8

14附WPS…………………………………………………………………………………15

1适用范围

本方案适用于扬子石化公司扩建45万吨/年精对苯二甲酸（PTA）生产线氧化工段钛管线的焊接施工。

2编制依据

a）《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98

b）《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501-2002

c）《钛管道施工及验收规范》SH3502-2000

d）《石油化工施工安全技术规程》SH3505-1999

e）设计文件《3209-9100-A5-4》、《3209-9100-A5-6》

f）扬子石油化工股份有限公司45万吨/年PTA项目的《质量监督工作计划》

3工程概况

钛管道工程量见表1：

表1

材质

管径

壁厚（mm）

寸D

延长米（m）

安装寸D

预制寸D

寸D总计

钛

0.75＂～30＂

2.7～20

1026

4298

5326

750

4焊接性分析

4.1钛的焊接性

a）气体等杂质污染而引起焊接接头脆化

钛是一种活性金属。

它在常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性；在高温下与氧、氮、氢、碳都有很强的亲和力，反应速度较快，在300℃以上快速吸氢，600℃以上快速吸氧，700℃以上快速吸氮，而且空气中含有大量的氧和氮，氮、氧、氢的增加使钛和钛合金焊缝变脆而使其塑性严重下降。

因此为了避免空气的污染，钛材焊接时要求对焊接区及温度高于400℃的部位进行保护。

b）焊缝气孔

此种材料焊接时，对于焊接区的水分、油脂、氧化物等杂质特别敏感，容易产生大量气孔。

因此焊前应对坡口及其周围、焊丝等进行清理。

5焊接施工准备

5.1焊接工艺管理

a）焊接工艺评定规划见表2表2

序号

材质

厚度范围（mm）

选用的评定

适用范围（mm）

焊接方法

焊接材料

保护气体

（纯度）

1

Ti

2.7～12

1355AA-MV

1.5～12

GTAW

ERTi2

Ar（99.999%）

2

Ti

12～20

0620AV-BV

12～20

GTAW

ERTi2

Ar（99.999%）

b）施工前针对各类焊接接头编制《焊接工艺卡》，并报经监理、项目组、质量监督站批准。

施焊过程严格按照工艺卡要求的参数进行。

5.2焊工管理

a）参加施焊的焊工应持有有效期内相应材质、相应位置的《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》合格证，且符合GB50236-98的相关考试规则；

b）经项目质量经理/质量工程师确认并办理上岗证后方可有资格进入现场模拟考试；

c）钛材焊接的焊工上岗前需要进行现场模拟考试，考试合格后（检查外观颜色）进入两道焊口的初次口考试，两个初次口RT合格后才准再焊接三道焊口，待RT结果合格后方可正式上岗，严禁无证上岗或越岗施焊。

5.3焊材管理

焊材检验及存放保管

a）入库材料应具有合格质量证明文件，焊丝表面应洁净、无氧化色，不应有裂纹、起皮、斑疤和夹杂等缺陷；

b）对于本装置所用钛焊丝必须满足Fe≤0.070%，H≤60ppm；

c）焊丝应按批号、规格、入库时间分类存放保管，明确标志。

焊材库应配置温湿度记录仪，库房内温度保持在5℃以上，湿度不超过60%。

焊丝应存放在架子上，架子离地面和墙面的距离应不小于300mm，架子上宜放置干燥剂、去湿机；

d）氩气纯度不低于99.999%，含水量不大于50mg/m3。

在购置氩气时，需检测其纯度和含水量是否符合要求；

e）由专人负责，统一管理，作好记录，材料工程师定期进行检查。

焊材发放

焊工凭施工员签发的《焊材发放卡》领取焊材。

焊材发放人员作好发放记录。

5.4焊接设备管理

a）焊接设备双表（电流表、电压表）齐全，且均在检定有效期内；

b）焊接电缆线采用橡皮软线，接头不超过2个以充分保证焊接电流；

c）每台电焊机单独接地，实行“一机一闸一保”；

d）地线直接接到焊件上，不得接到钢结构或设备上，以防电弧击伤管道或设备。

6一般环境要求

a）空气相对湿度≤90%；

b）氩弧焊时风速小于2m/s；

c）雨天作业时采取适当措施，如搭设防风挡雨棚等；

d）工作场所应具有焊接材料的储存、清洗设施和良好的施焊条件；

e）每天焊接前必须用Phenathroline（邻二氮杂菲）法检验焊件周围空气中铁离子浓度，在焊接现场周围分散放置试纸，8h后仅有1～2个点试纸变色则可施焊。

配方如下：

溶解272gCH3COONa.3H2O于500ml热蒸馏水中，加240ml冰醋酸，然后以蒸馏水稀释至1000ml；溶解3.5g盐酸胺于350ml蒸馏水；溶解2.5g的1：

10Phenathroline（邻二氮杂菲）水化物于约200ml热蒸馏水中并稀释至300ml。

将三种溶液混合得1650ml混合液即可；

f）操作人员必须穿戴干净的不会造成铁离子污染的劳保用品，这些专用的防护服和鞋套应隔离放置并保持洁净。

7施工工艺

7.1坡口加工

a）切割和坡口加工必须使用机械加工方法，使用砂轮机时要选择无铁钛材专用砂轮片；

b）打磨时应间断进行，速度和力度要适当，不得使坡口表面因过热变色。

打磨后坡口呈现银白或黄色为合格，如出现紫色或兰色为不合格。

如出现紫色或兰色，必须将其轻轻打磨掉直至露出银白或黄色为止。

7.2焊前清理

a）坡口清理用工具与坡口直接接触部位的材质必须是无铁材料，清理的工具应专用，且要保持所用工具的清洁；

b）经过机械加工完的焊件坡口及两侧各50mm的内外表面，应用钛材钢丝刷、铰刀等机械方法清除其氧化膜、毛刺和表面缺陷。

然后使用不含硫的丙酮进行脱脂处理；

c）处理完毕后先用棉质布料擦干水分或杂质，然后用不含棉的布料如绸布将附着在焊件表面的棉纤维擦掉，防止棉纤维对焊道的污染；

d）焊丝使用前应使用钛材钢丝刷、丙酮等去除表面的油脂及杂物，清洁后的焊丝拿放须戴洁净手套。

7.3焊口组对

焊口组对时应使管内壁平齐，其错边量不应超过管壁厚的10%，且不大于1mm。

组对间隙详见焊接工艺卡。

7.4定位焊

a）定位焊尽量不使用通常的过桥式点焊方法，而使用内部搭接式点焊法，但此种点焊方法必须保证焊透，在正式焊接时，不必打磨掉焊点，使其成为正式焊缝的一部分。

这样做目的是减少中间打磨的频数，减少焊缝被污染的机会，从而减少气孔的产生；

b）定位焊缝长度为5mm～15mm，高度不超过壁厚的2/3，沿焊缝均布，且定位焊不得有裂纹、气孔、夹钨及氧化变色等缺陷。

7.5工艺要求

a）承插焊缝至少焊接两遍，且每道的表面不得有凌乱和有交错的起止点；

b）多层焊时各层、道之间的接头相互错开，接头打磨后应重新清理干净后在继续施焊，焊缝尽量一次性连续焊接完；

c）施焊过程中用测温仪监测层间温度，层间温度应小于100℃。

7.6焊接工艺

氩气要求

a）焊接保护气体选用氩气，在焊接前应在试件上试验一下氩气的纯度，确认合格再进行正式焊接；

b）氩气输送管需采用塑料软管，不应使用橡胶软管，防止焊口被橡胶颗粒污染。

焊缝的保护

c）考虑保护效果，焊接时尽量采用大直径的喷嘴保护熔池，喷嘴的直径一般取12mm～20mm，喷出的氩气应保持稳定的层流状态，且焊接时喷嘴距焊件的距离要尽可能小，以提高保护效果；

d）采用氩气拖罩保护热态焊缝，环缝用弧形拖罩，拖罩形式应根据管径大小和壁厚制作不同长度，随着管径和壁厚的增大拖罩相应加长加宽，拖罩宽一般为25mm～60mm，长为40mm～100mm。

拖罩结构示意图如图1所示；

图1现场拖罩图片

e）拖罩在焊缝上的移动形式有两种，小管径的焊缝采用的是把拖罩固定在焊炬喷嘴上，随着焊炬一起移动进行保护。

其余的焊缝用人推动拖罩随着施焊焊工一起移动来对焊缝进行保护；

f）在焊接中温度超过300℃以上区域都必须进行拖罩保护，控制焊缝及近缝区表面不出现蓝色以至灰色。

氩气拖罩的保护区域为距离焊炬喷嘴15mm以内，拖罩的网或多孔板到焊缝的距离不小于8mm是最佳保护区域；

g）对于大口径管线焊接可采用双弧焊配合内外双重拖罩保护的方法和单面焊双面拖罩保护的方法；

h）对于小口径管线焊接时，拖罩不便使用，可采用保护套管进行焊缝整体保护，保护套管示意如图2；

待施焊管子

进出氩气孔

外套管

焊炬作业孔

把紧块

图2保护套管示意图

焊接工艺要点

i）小口径管线采用管内充氩气保护焊缝区的内表面，管内应提前充氩，排净空气，并保持微弱的正压和流动状态；

j）焊接前，使用电动磨光机（配钛丝刷）再对待施焊坡口清理一遍，清除掉一些不可见的附着在坡口表面的氧化物和其它杂质；

k）在喷嘴保护气体流动正常的情况下，在焊接前用氩弧焊炬喷嘴靠近坡口用电弧热对坡口和坡口两侧进行热清理，驱除掉一些不可见的杂质和水分；

l）焊接设备应使用性能稳定的直流氩弧焊机，采用正接法，且应附有高频引弧和电流衰减装置；

m）适当放慢焊接速度，增加熔池停留时间，以增大气孔逸出的数量；

n）采用前后锯齿形摆动运弧焊，使电弧周围始终保持一个相对稳定的层流，从而减少了焊缝的氧化和气孔的产生；

o）焊接过程中电弧应保持稳定，防止钨极与焊件或焊丝接触造成夹钨；

p）在焊接过程中焊工应将焊丝的摆动严格控制在最小范围内，焊接过程中焊丝的加热端应始终处在氩气的保护中，熄弧后焊丝不应立即暴露在大气中，应在焊缝脱离保护时同时取出。

用过的焊丝继续使用时，须将端头剪掉；

q）层间焊接时必须再次用电动磨光机（配钛丝刷）进行层间彻底清理；

r）焊接过程中应对370℃以上进行可靠的双面氩气保护；

s）焊接结束或中断焊接前，应在关掉高频开关以后，保持焊炬不动，慢慢熄灭电弧直至中断，之后让喷嘴与保护罩仍然在原焊接位置停留30s～60s，待焊件完全冷却下来后再撤离保护。

8质量要求

8.1外观质量要求

a）外观检查

1）焊缝与母材圆滑过渡,表面应无裂纹、气孔、夹渣、夹钨等缺陷；

2）焊缝宽度已每边不超过坡口边缘2mm为宜；

3）焊缝余高：

当壁厚小于5mm时，为0mm～1.5mm；反之，为1.0mm～2mm。

b）外观颜色检查

焊缝和近缝区的颜色是保护效果的标志，焊接完毕后在清洗前必须用已备好的标准色标（银白色、金黄色）和焊缝进行对比，合格的焊缝表面颜色应是银白、金黄色。

不合格的焊缝要返修处理。

8.2内部质量要求

a）对于100%RT检验的对接焊缝按GB3323-87规定执行，II级为合格；

b）底层焊道均应进行PT检验，检验方法按JB4730-1994执行，I级为合格；

c）角焊缝均按JB4730-1994进行PT检验，I级为合格。

8.3硬度检查要求

焊接后焊缝及热影响区的硬度不得超过母材硬度的20HV。

9焊缝返修

9.1焊缝表面修补

a）表面缺陷用角向磨光机进行清除，缺陷清除后，焊缝厚度不低于最小厚度时，表面打磨平整圆滑即可；若焊缝厚度小于最小厚度，则进行焊缝修补；

b）缺陷打磨时，使砂轮片与焊缝平行，避免磨削过多。

9.2焊缝内部返修

a）经射线检测判定为不合格的焊缝在缺陷清除后进行焊接修补；

b）缺陷的清除采用角向磨光机进行打磨，打磨应间断进行，以防过热变色；

c）焊缝返修按正式施焊工艺要求进行（包括施焊环境条件、操作人员洁净的劳保着装等）；

d）焊缝返修过程必须有专业技术人员确认（包括从返修单的下达到最后的返修完毕）；

e）焊缝返修完毕后按照原检查程序进行外观检查和无损检测。

10质量记录

a）《合格焊工登记表》SH3503J116

b）《射线检测报告》SH3503J123-1、2

c）《渗透检测报告》SH3503J127、J127F

d）《焊接记录》

e）《焊接返修记录》

11质量保证措施

a）施工前技术部负责完成焊接工艺评定，由焊接工程师根据设计对管材要求具体确定工程所需焊接工艺评定的具体项数，并参照焊接工艺评定报告编写焊接工艺卡；报项目总工程师批准，并报监理、项目组、质量监督站审批；

b）专业焊接质检员审查焊工资格证，并提前做好特殊工种（如无损检测人员）施工人员资质审查，将合格证复印件交项目组、监理备案；

c）供应部门应严格对焊材烘干、发放、回收进行管理；在现场设二级焊材库，并应配备温湿度仪，建立焊材领用、保管、发放、回收制度，并做好记录；

d）对现场进行巡回检查，焊工作业必须持证上岗；

e）管托、支、吊架焊缝外观饱满，无明显咬肉、飞溅、夹渣、弧坑等质量缺陷；

f）在安装口施工时，必须采用临时的防风棚，减少焊缝内可能出现的气孔缺陷；

g）钛管材进场后必须有单独的存放洁净场所，安装时若存在交叉作业，应对钛管材进行有效保护；

h）确保使用接触良好的地线和完好的电源线，防止电弧击伤管材或管件表面。

12施工机具及措施用料表3

序号

名称

型号

单位

数量

备注

1

高频氩弧焊机

DC400

台

6

带衰减装置

2

角向磨光机

φ180mm

台

2

φ125mm

台

10

3

棒式砂轮机

台

3

4

车床

Q1343

台

1

5

钻床

台

1

6

钛丝刷

把

80

7

白胶布

卷

70

8

石棉布

kg

100

9

尼龙吊装绳

2t/条

根

4

10

不锈钢钢板

δ=8mm

m2

2

11

铜板

δ=1.5mm

m2

1

12

铜网

m2

1.5

续表3

序号

名称

型号

单位

数量

备注

13

铜管

φ10mm

m

10

14

丙酮

250ml/瓶

瓶

100

15

不锈钢管

DN80

DN100

DN150

m

1

每种

16

无铁砂轮片

φ180mm

箱

17

无铁砂轮片

φ125mm

箱

8

18

钛磨刷

箱

4

19

金属磨头

个

30

13HSE管理

13.1安全注意事项

a）大风及雨天，在没有防护措施的情况下，应停止作业；

b）提高安全意识，在施工和行走时注意安全；

c）施工完毕后，仔细检查现场，消除隐患，熄灭火种，切断电源；

d）焊机在使用前,焊接件必须可靠接地。

e）其余有关事项详见管道施工方案。

13.2风险评估见表4

风险评估一览表表4

序号

业务活动

作业步

骤分解

危险源

特征

现行控制措施

暴露于风险中人员（E）

伤害的可能性

（L）

伤害的严重度（C）

风险

水平

（D）

补充措施

风险

等级

1

管道焊接

管道预制

管道切割时飞溅的氧化铁

灼伤

规范劳保着装

4

3

1

12

加强日常巡回检查

五级

2

移动、搬运的管段

挤伤

作业前交清措施

4

2

1

8

加强作业人员HSE教育

五级

3

坡口打磨时飞溅的氧化铁

伤眼

佩戴防护镜

4

4

1

16

加强日常巡回检查

五级

4

组对时被翻转的管段

挤伤

作业前交清措施

5

2

1

10

班前讲话针对性

五级

5

管道焊接

管道安装

高处作业落物

物体打击

作业前“三交一清”

5

2

3

30

加强日常巡回检查

四级

6

小件吊装捆绑不当

物体打击

作业前交清安全措施

4

2

3

24

严格遵守安全操作规程

四级

7

索具配置不当机具不完好

机伤害

作业前交清安全措施机具检查

3

1

3

9

日常巡回检查

五级

8

吊管挤伤

伤害

作业前交清安全措施

5

2

3

30

严格执行安全作业规程

四级

9

螺栓紧固时工具

物体打击

作业前“三交一清”

3

2

1

6

加强日常巡回检查

五级

10

管道焊接

焊机漏电

触电

加漏电保护

5

3

1

15

日常巡回检查

五级

11

焊接打磨

砂轮片飞溅

戴防护用品

5

2

1

10

日常巡回检查

五级

12

潮湿环境用电

触电

插头、插座干燥

4

3

3

36

电源线无破损

四级

13

焊接作业

接地不牢或虚接

易着火

使用前进行检查

2

2

1

4

用螺柱连接牢固

五级

14

焊机漏电

触电

加漏电保护器

4

2

1

8

日常巡回检查

五级

15

焊接打磨

砂粒飞溅

戴防护眼镜

4

2

1

8

日常巡回检查

五级

16

把线过长或随意乱拽把线

外皮破损

随时检查、加漏电保护器

2

2

1

4

避免与钢丝绳或刃器绞在一起

五级

17

管道焊接

酸洗工作业

酸洗物质

1、酸灼伤人2、环境污染

1、物质使用合格，盛装器材可靠，工作完毕及时上盖。

2、按规定劳保着装，工作平稳，防止飞溅灼人，酸液散落及时综合处理。

3、酸液不得外流，废弃液统一由供应商回收。

5

2

3

30

四级

续表4

序号

业务活动

作业步

骤分解

危险源

特征

现行控制措施

暴露于风险中人员（E）

伤害的可能性

（L）

伤害的严重度（C）

风险

水平

（D）

补充措施

风险

等级

18

管道焊接

手持电动工具

壳体带电

触电

使用前检查、加漏电保护器

4

4

3

48

禁止使用金属外壳手持电动工具

四级

19

砂轮机砂片飞溅伤人

物体打击

使用前检查，按要求使用

4

3

1

12

掌握角度、配带防护眼镜

五级

20

气瓶使用

阳光下爆晒

爆炸

禁止阳光直接爆晒

4

2

1

8

应有遮阳防晒措施

五级

21

剧烈振动或撞击

爆炸

固定并采取防护措施

4

2

1

8

必须有防震胶圈

五级

22

电焊工作业

1、施工用电2、烟尘

3、电焊弧光

1、一次线、把线漏电2、烟尘进入呼吸道3、弧光灼伤

1、持证上岗。

2、巡检，消除裸露、漏电现象3、打磨必须戴眼镜，戴耳塞。

4、采取排尘措施，选用合适防护用品，密闭容器作业有专人监护5、操作手按规定劳保着装配合作业人员要采取屏障措施

4

2

1

8

五级

24

无损检测

作业

夜间、高空作业

夜间、高空作业

容易发生高空坠落

保障照明，系挂安全带

3

4

1

36

四级

25

电磁辐射

射线源

对人体射线伤害

执行规章制度

3

4

7

84

每人配备报警仪

四级

26

r源运输/保管

r源

发生泄露或丢失，对环境/人身造成伤害

规章制度/24h监控

1

3

1

3

五级

27

渗透检测

渗透剂

渗透剂易燃、腐蚀性伤害

保障通风、佩带手套等劳保着装

3

4

1

12

五级