双联管工厂化预制焊接方案研究

焊管
WELDED PIPE AND TUBE
第44卷第5期2021年5月
Vol.44 No.5May 2021
双联管工厂化预制焊接方案研究
谷海龙!!李建一 !!王寅杰!!石国红!!王全林"，谷传龙1
（1.渤海装备华油钢管公司，河北青县062658； 2.渤海装备第一机械厂,河北青县062658）
摘 要：为了减少长输管线对口数量，提高钢管对接环焊缝质量，对双联管的应用实例、标准要求
及资质情况进行了汇总分析。

通过焊接方法的对比确定内外焊均采用埋弧焊生产效率最高，且能够
获得优良的焊缝质量与性能$根据钢管管端尺寸得出了以下焊接方案：管端切斜1mm 左右时可 采用STT/RMD 根焊的“小钝边、小间隙”对接方案；管端切斜在2~3 mm 时可采用内焊侧加陶瓷
衬垫的“小钝边、大间隙”对接方案；管端切斜！ 0.5 mm 时可采用气保焊直接打底焊的“大钝
边、无间隙”对接方案$
关键词：长输管线；双联管；根焊；埋弧焊；陶瓷衬垫；切斜中图分类号：TG409
文献标识码：B
DOI : 10.19291/ki .1001-3938.2021.05.005
Study on Industrial Prefabrication Welding Scheme of Double -pipe
GU Hailong 1, LI Jianyi 1, WANG Yinjie 1, SHI Guohong 1, WANG Quanlin 2, GU Chuanlong 1
%! North China Petroleum Steel Pipe Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China;
2. 1st Machinery of CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China ）
Abstract ： In order to reduce the number of long distance pipeline butt joints and improve the quality of steel pipe butt
girth welds, the application examples, standard requirements and qualification of double -pipe are summarized and analyzed. Through the comparison of welding methods, it is determined that submerged arc welding is adopted for both
internal and external welding, with high production efficiency and excellent weld quality and performance . According to the size of pipe end, the following welding schemes are obtained: when the beveling length of pipe end is about 1 mm, the small blunt edge and small gap butt joint scheme of STT/RMD root welding can be adopted; when the beveling length
of pipe end is 2~3 mm, the small blunt edge and large gap butt joint scheme with ceramic liner on the inner welding
side can be adopted; when the pipe end cutting angle is less than 0.5 mm, the large blunt edge and no gap butt joint scheme can be directly adopted by gas shielded welding.
Key words ： long distance pipeline; double -pipe; root welding; submerged arc welding; ceramics backing; beveling
在大型长输管道施工时，现场焊接人员需 每12 m 左右完成一道环焊缝的焊接，由于现 场焊接环境多变，焊接工作量大，所以钢管对
接环焊缝焊接就成为管道施工进度的瓶颈问 题。

如果可以在工厂将两根钢管焊接成一根长 度为24 m 左右的长钢管，再运输至施工现场
进行组对，可减少现场工作量。

另外双联管焊
接可使用与钢管生产过程相近的对接及焊接工
艺，且具有焊接质量和工作效率高、
备
°
1双联管应用实例
双联管又被称为“二接一”，前苏联在西
第5期谷海龙等：双联管工厂化预制焊接方案研究
伯利亚的石油管道安装工程中首先使用，并进一步发展到三接一、四接一等#美国布特勒联合公司在伊朗沙漠区铺设的一条长797km、直径762-914mm的输气管线,除了个别坡度较大的山区没有采用双联管外,80%预制成了双联管，在施工沿线建立了5个预制厂，使施工速度大幅度提高$该工艺在国内于1991年曾用于轮库线30km管道施工，并先后应用于陕西一北京输气管道工程（1996—1997年）和苏石油发项目管道工程（1998—1999年）中,施工长度累计约400km,显著⑴$苏管道工程采用X65管线钢管,管径为711mm,壁厚为10.72mm［2/$ 2008年，中国石油天气管道局第二工程
公司在西气输线管道工程7X80钢!1219mm"18.4mm规格管道施工中,进行双联管接工艺应用,在北建立了双联管，采用+内/外双的接工艺,大大提高了双联管线程度$外在油建设中使用了“双联管”，但管径较小，$
,国内长输管线“双联管”扌
管线施工成,轮库线、陕京一线西气输二线3条管线中采用的“双联管”
中国石油天气管道局工程公司成,中国石油天气管道局三工程公司在—银川焦炉煤气管线中采用过“双联管”
$
2双联管标准与资质
,双联管的接
求钢管在制造过程中,TSG07—2019《特设和装》［3］取得《管道制》，双联管的焊接
钢管制在进$钢管制在长输管线施工
进双联管制，在原有钢管制造地申请多处制址，按办理增，多处制址不在同一省的，应'别向其所在地的省级特种设备安全监管部门进
申请$
在装过程中，需首先按照TSG07—2019《特设和装》的，《管道装》，同管线施工按照GB/T31032—2014《钢质管道焊接收》［4］或相近标准要求进制$钢管的焊接由符合要求的工进，对接焊缝的无损收与钢管制略有差异$另外,TSG07—2019《特种设备生产和充装》中规定“持应妥善保管，不涂改、倒卖、租、借；管道安装的理、无损测、热处理工序允外委，其他工作不允外委）$所以，无论是钢管制，还是管道装,都一单位来成两根钢管的对接作业，不能与其他合作的方式进行双联管接$
在制管厂预制的双联管在油气管道工程中尚无应用先例，“卡脖子”的问题还是双联管批量经济陆路运输$双联管很难采用铁路运输，公路运输也是超限运输，使用特殊加长车，报请运输沿线的公路交管部门审批放，同道路的转弯半径也有较高，路线受到限制，运输费用会增加50%左右$为实现双联管在油气管道工程的批量应用，应多方调研，与运输部门
分接洽，制定切实的方案，争实质性$
3双联管焊接方法
于双联管的制程，为坡制、钢管、钢管接、缝、钢管个步，其中钢管接的方方案与钢管制管道装都有很大差异，进行研$钢管制管道装的来，双联管接采用工、全气保的方式来成$双联管接接方法对比分析见表1,表1，当钢管可以旋转对接，内外焊均采用，率高，并能够获得优良的焊缝质量与能$
焊管2021年第44卷
表1双联管对接焊接方法对比分析
焊接方法
优点
缺点
综合分析
手工
①设备简单、操作方便；
电弧焊②可进行全位置接。

① 厚壁钢管需进行多层多道焊，更换焊条时
需打磨接头，层间需清渣， 效率低； 不适用于长管对接，可
② 全手
，焊接质量受 人员 水用于焊缝修补
平影响较大°
-、①行丄丄1—土 宀丄“、①行—4 ( 口亠“①厚壁钢管％进行多层多道焊，且％要配置
人占知①设备相对较复杂,自动化设备对操作人员技能申旧捕旧牡K 戸旧知小士幷右一肚 沖中工紺矜K 迪轻杜*全自动 亠”"叶 根焊、热焊等不同焊机，生产效率较低； 适用于钢管不能旋转对
依赖性低；
气保 id 知中” ②采用气体保护，对环境要求高，全自动设 接作业
②可进行全位置焊接° 备对钢管管口尺寸要求较高"
① 内外均可只进行一道埋弧焊焊接，生产效率高；①设备投资大，需配置钢管旋转及传输装② 埋弧焊焊接工艺可控性强，焊接质量好；
置，内焊及外焊焊接装置；
长管对接作Z
③ 自动化设备对操作人员技能依赖性低,对环境②仅能进行平焊焊接,需钢管进行旋转,对
丁裟作业
要求较低。

旋转设备精度要求"
4双联管焊接方案
4.1
“小钝边、小间隙”对接方案
在钢管修端过程中，修端设备支承机构的支 承点位置出现偏差，造成钢管轴线与修端机刀盘 旋转轴线不同轴，呈一定的角度，致使钢管在修 端过程中轴线与刀盘的旋转平面不垂直，造成管 端切斜叫 在API SPEC 5L 《管线钢管规范》问和
GB/T 9711—2017《石油天然气工业管线输送系 统用钢管》$力标准中，要求管端切斜尺寸不应超
过1.6 mm 。

当钢管管端存在1mm 左右切斜时，为 保证对接质量，可采用两根钢管间预留2~3mm 间
隙的方式进行对接， 1 ° 接方案为STT/RMD 根焊+气保 +
+
弧焊。

STT 技术是美国林肯公司20世纪90年代 的专利技术。

它采用
，是一 面过渡焊。

STT 用 钢、不锈钢的焊
接，并能使用各种保护气体， 根 度快、
图1
“小钝边、小间隙”对接坡口示意图
面成 、 接 、
、
容易操作等特点叫RMD
，
司的一 面 面成 根
方法°
，
对短路过渡做出
，
过程中
的
，
的
量， ， 在根
质量的熔深叫
2
°STT RMD
管
用 方 ，
用 间隙的 接， 可
不
和 接 ，省装配时间，且背面焊缝
成 ，不需要进行修磨处理°
(a) STT 根焊(b) RMD 根焊
图2 STT 焊缝及RMD 焊缝金相照片
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两道气保焊的作用是减小坡口深度，使得外焊能够填满#也可以加装焊枪摆动器，采用平摆方式进行焊接(如图3所示%,此种焊接方法一层就能够将焊缝填充起来，满足外焊埋弧焊要求&但是为了保证边缘部位焊透需要进行短暂停留，如图3(b)中红色平摆方式所示，停留时就会边缘部位，埋弧焊时法完化气保焊焊缝，差&
(a)摆幅
(b)焊接摆动路线
图3摆动焊摆幅及摆动路线示意图
若填充焊采用埋弧焊的方式，虽然能够减少填充所用时间，但是因打焊深度较小，焊接时，焊缝会加作时间。

内外盖面焊所用埋弧焊可，焊接&
双联管接时存在3mm以下对缝间隙时，采用此种方进行焊接，间；但此种方案需焊焊、气焊焊、卩焊埋弧焊焊、外焊双丝埋弧焊焊机，至少需要焊；时因焊焊接时需要间小来焊枪度，气焊、埋弧焊可以采用自动化设备，所以作少需要掌握STT/RMD焊焊接能及气焊、埋弧焊操作能&
4.2“小钝边、大间隙”对接方案
在GB/T3091—2015《低压流体输送用焊接钢管》㈣和GB/T5037—2018《普通流体输送管道用焊钢管》3114标准中，要求当管!813mm 时，管 3.0mm&当进行此双联管焊接时，管为2~3mm时，若采用“小钝边、小间隙”对接方案进行对接焊，就会使接缝部位间，部
位间4~6mm#间位焊透
，焊接化焊焊缝，将
响最终焊缝质量，同时由于STT/RMD两种方式当间＞4mm时，将增加焊接难度#所以方是为制造4~6mm间隙，焊位置粘垫的方式进行打底焊，如图4所示#这样既 能双面一次成形，背面焊缝成形饱满，焊缝整齐，焊接时电弧稳定，能够保证焊接#用此方式进行焊接，能够少用一种焊接方，而且使用陶瓷衬垫背形良好，当焊缝符合关：要求时，内焊可不再焊接#打底焊，其余焊接顺序与“小钝边、小间”接方案一致。

打底焊
陶瓷衬垫"
图4“小钝边、大间隙”对接坡口
4.3“大钝边、无间隙”对接方案
上述方案均使用CO-气保护焊进行根焊及填充焊，时为保证埋弧焊时
，CO-气保护焊总深，的埋弧焊焊接程中化。

CO-气体保护焊具有焊接飞溅、焊缝形好、焊缝金属冲击等足3124，从而会对环焊缝焊接冲击利&焊缝冲击有高要求的钢管对接时，就需要减少CO-气体保护焊的熔化深度，使其能够被埋弧焊化，从而提高焊缝指&
另外使用CO-气体保护焊进行根焊填充焊,整体效率较低，以!1219mm规格钢管为例进行测算，上述两种方案焊接总时间约为40~50min。

为提高总生产效率，可采用“、无间隙”的方式进行双联管的接，如图5所示，先进行气保焊打，再进行焊埋弧焊，进行外焊埋弧焊。

样以!1219mm规格管为例，此种焊接方焊接总时间约为20min。

焊管
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图5 ”大钝边、无间隙”对接坡口示意图
2
0~0. 5 mm
虽然此种方案效率高，但是对间隙要求比较 严，为了保证埋弧焊时不出现烧穿类缺陷，对缝
间隙要求0~0.5//,这样的对缝间隙就需要将 钢管管端切斜控制在0.5//以下来实现%随着
钢管壁厚增加，管径增大，切削力迅速增大，夹 紧装置不能有效防止钢管的振动和移动，钢管振
动加剧和偏离定位将严重影响钢管倒棱的 ㈣%
来看，一些大
有 备专业、测量规范，切斜超差完全可以得到有效控 制0141，能够控制在0.5//以下％
随着钢管制 制
的不 ， 钢管的 、
切斜 能 控制在 的
范围，以可在对接时
钢管固定，另一根钢管旋转的方
最佳对位置，使
间隙
要求数值，
此种焊缝方案的需求％
对接方案的实现，要求双联管对接设
备的 能 时 备
动和动功能％
要的 钢管
了 焊
，其精焊 有3种不
同形式：第一种是门式框架结构的正交型精焊
；
种是 防 的螺旋驱动 f
焊'第三种是 缝埋弧焊管的
焊％ 以 的
焊机为， 此类 焊 要 钢管
、 钢管
动 、 焊 、 焊 、控制 1 (时控制 焊和 焊)、焊缝
、
焊接电源及控制系统、焊 收系统和台成0151，
全能
管的对 .
焊需求％
5双联管对接试验
根据方案三的相关控制要点，进行了 X80M
钢级!1 219 //X 18.4 //长管对接，首先对钢
管尺寸进行了测量，管端尺寸符合标准要求；然 后进行钢管对接，对 时
钢管固定，另
钢管 的方 最 对 位置，
边及间隙
要求数值；接着行焊侧的气保
打底焊，再进行焊单丝埋弧焊，最后行焊
丝埋弧焊％焊后首先对钢管
行测(见
表2)，可以看出对 后长管能 标准 于
的要求，然后对焊缝 行超声波手 检测，
检测结果合格％
按照管线技术条件相关要求，对双联管对接
后焊缝取样行焊 艺评定试验，其焊缝形貌 及显微组织如图6 示，试验结果全部合格，与 管体焊缝差别不大％
表2对接焊后钢管直度测量结果
mm
测点1
测点2
测点3
测点4
测点5
测点6
测点7
测点8
测点9
测点10
最大值
9
4
6
9
8
7
1
13
17
12
17
验收值：0.2%!-0.002x ( 12.79+12.59)-51
(a)焊缝形貌(b)显微组织
图%双联管对接后焊缝形貌及显微组织
第5期谷海龙等：双联管工厂化预制焊接方案研究
6结论
(1)当钢管管端切斜在1mm左右时，可将钝边控制在1.5mm左右，间隙控制在2~3mm,采用先进行STT/RMD根焊,再进行气保焊填充焊，然后进行内焊埋弧焊，最后进行外焊埋弧焊的“小钝边、小间隙”对接方案。

(2)当钢管管端切斜在2~3mm时,可将钝边控制在1.5mm左右，间隙控制在4~6mm,采用内焊侧加陶瓷衬垫先进行打底焊，再进行外焊侧气保焊填充焊，然后进行内焊埋弧焊，最后进行外焊埋弧焊的“小钝边、大间隙”对接方案。

(3)当钢管管端切斜！0.5mm时，可将钝边控制在7mm左右，间隙控制在0~0.5mm，采用先进行外焊侧打底焊，再进行内焊埋弧焊，最后进行外焊埋弧焊的“大钝边、无间隙”对接方案。

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作者简介：谷海龙(1983—),男，工程师，主要从事螺旋埋/焊管焊接技术研究和焊管产9开发工作％
:2020-05-27
修返:2021-01-13
:
我国自主研发的首套浅水水下采油树系统海试成功
2021年5月14日，中国海洋石油集团有限公司宣布，由我国自主研发的首套浅水水下采油树系统在渤海海试成功，全面验证了该系统的可靠性、安全性和功能性，此举是我国海洋油气开发关键核心装备国产化的重要跨越，标志着我国在海洋石油工程装备领域取得重大突破。

水下采油树系统是海上油气田生产的核心设备，它连接了来自地层深处的油气和外部的油气运输管道，通过它可以控制油气的开采速度、实时监测和调整生产情况％我国海洋油气资源丰富，其中多数储量受限于环境影响，无法采用在海上平台安装采油树的常规开发模式，将采油树系统移至水下，是开发这部分储量的重要手段。

长期以来，水下生产系统装备都掌握在几家西方石油公司手中％2019年以来，中国海油研发团队持续攻关，先后攻克了井口稳定性、流动安全保障等多项行业技术瓶颈，完成了1300余个零部件的设计、试制、组装和测试，最终形成了具有我国自主知识产权的水下采油树系统，打破了西方少数石油公司的长期垄断。

与国外同类产品相比，该套系统重量降低40%、成本降低30%。

我国自主研发的水下采油树系统首次采用全包裹式的防护设施，可有效避免渔网拖挂和船锚下放给水下生产系统带来的风险，设计理念在国际上处于领先水平％
(摘自中国国际管道大会)。