王偉越(中海石油技術(shù)檢測有限公司，天津 300452)

0 引言

海底管線是通過密閉的管線在海底連續(xù)地輸送大量油(氣)的管道，是海上油(氣)田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，也是目前最快捷、最安全和經(jīng)濟(jì)可靠的海上油氣運(yùn)輸方式。海底管線按輸送介質(zhì)可劃分為海底輸油管線、海底輸氣管線、海底油氣混輸管線和海底輸水管線等，從結(jié)構(gòu)上看可劃分為雙重保溫管線和單層管道線[5]。近年來，隨著對石油和天然氣需求的持續(xù)增長，海上油氣田開發(fā)逐漸向縱深及強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的油氣田轉(zhuǎn)移，常規(guī)普通碳鋼管已不能滿足開發(fā)需求。對于強(qiáng)腐蝕性油氣的運(yùn)輸，常規(guī)的防腐措施包括添加緩蝕劑、采用塑料內(nèi)涂層、采用耐腐蝕合金等單一方法，在耐腐蝕可靠性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)上都難以平衡，難以滿足油氣田發(fā)展的需要。CRA復(fù)合管是以碳鋼管線作為基材，在管線內(nèi)表面通過冶金復(fù)合或機(jī)械復(fù)合的方式形成厚度約3 mm的耐腐蝕復(fù)合層(包括不銹鋼和鎳基合金)。耐腐蝕復(fù)合層具有良好的耐腐蝕性能，碳鋼基材管線具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能，且造價(jià)成本低，從而使CRA復(fù)合管達(dá)到與耐腐蝕合金管相當(dāng)?shù)哪透g性能，提高了管線安全級別，延長了使用壽命，同時(shí)具有相對耐腐蝕合金價(jià)格低廉的特點(diǎn)[1]。諸多優(yōu)點(diǎn)有效地解決了強(qiáng)腐蝕性油氣的運(yùn)輸問題，因此在海底管線中得到越來越多的應(yīng)用，卡塔爾項(xiàng)目即是其中比較典型的應(yīng)用。

1 卡塔爾項(xiàng)目中CRA復(fù)合管海底管線的特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)形式方面

在海油工程以往項(xiàng)目中，也有部分項(xiàng)目的海底管線采用CRA復(fù)合管，在管線結(jié)構(gòu)方面，本項(xiàng)目的CRA復(fù)合管有兩個(gè)特點(diǎn)：一是復(fù)合形式不同，以往項(xiàng)目中的CRA復(fù)合管一般是通過機(jī)械復(fù)合的方式成型的，管線末端部分的耐腐蝕層通常是采用堆焊的方式形成的，而本項(xiàng)目的復(fù)合管是通過冶金復(fù)合的方式成型的；二是規(guī)格尺寸更大，以往的項(xiàng)目中CRA復(fù)合管管徑一般不超過14英寸，壁厚不超過20 mm，而本項(xiàng)目中的CRA復(fù)合管的管徑為20英寸，壁厚為28.4(25.4+3) mm和31.6(28.6+3) mm，大幅增加了焊接工作量。

1.2 質(zhì)量要求方面

本項(xiàng)目的海底管線，建造參考標(biāo)準(zhǔn)是DNV-OS-F101，與常規(guī)的海底管線項(xiàng)目相同，但該項(xiàng)目存在一些特殊要求，使質(zhì)量要求明顯嚴(yán)格，主要包括三方面：一是表面錯(cuò)皮的要求，標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)表面錯(cuò)皮不超過2 mm，而本項(xiàng)目要求是內(nèi)外表面的錯(cuò)皮都不能超過1 mm，對管線橢圓度、組對精確性和組對檢驗(yàn)都提出了更高的要求；二是根部缺陷的驗(yàn)收準(zhǔn)則，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在距離內(nèi)表面4.5 mm范圍內(nèi)，允許高度為1 mm、長度為25 mm的根部缺陷，而本項(xiàng)目的要求是，距離內(nèi)表面6 mm的范圍內(nèi)定義為根部區(qū)域，不允許任何面狀缺陷，也不允許對該區(qū)域進(jìn)行任何返修，對焊接質(zhì)量提出了更高的要求；三是AUT(全自動(dòng)超聲波檢測)的缺陷定量方面，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以高度為40%FSH(滿屏幕高度)的缺陷回波信號(hào)為缺陷長度測量的臨界高度，即只有回波信號(hào)達(dá)到40%FSH以上區(qū)域才計(jì)算在缺陷長度內(nèi)，而本項(xiàng)目缺陷測長的臨界回波高度為20%FSH，使缺陷的測量長度大幅增加，進(jìn)一步加劇了返修風(fēng)險(xiǎn)。

2 CRA復(fù)合管海底管線的檢驗(yàn)管理

該項(xiàng)目CRA復(fù)合管的各項(xiàng)特點(diǎn)，導(dǎo)致了焊接難度和焊接工作量的大幅提升，同時(shí)也加大了質(zhì)量檢驗(yàn)工作的難度和工作量。為了保證焊縫質(zhì)量，除了開發(fā)專用焊接工藝外，焊接的過程控制、過程檢驗(yàn)、焊后檢驗(yàn)以及整個(gè)檢驗(yàn)過程的管理，都是必不可少的保障措施，本項(xiàng)目主要檢驗(yàn)和管理措施包括：加強(qiáng)組對檢驗(yàn)、焊接過程監(jiān)控、打底焊接后的內(nèi)表面檢驗(yàn)、熱焊后RT檢驗(yàn)、焊后AUT檢驗(yàn)及返修后PT檢驗(yàn)。

2.1 組對檢驗(yàn)

本項(xiàng)目的焊縫接頭形式如圖1所示，鈍邊厚度為1.6～1.8 mm，坡口角度為10±1°，組對間隙為零。

(1)坡口加工完成后，需要首先對鈍邊厚度和坡口角度進(jìn)行測量。鈍邊厚度必須控制在公差范圍內(nèi)，否則會(huì)導(dǎo)致組對后錯(cuò)皮要求無法滿足，也會(huì)加大封底焊接的難度；坡口角度過大，會(huì)增加焊接的工作量，而坡口角度過小，焊縫的強(qiáng)度將不滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)坡口根部標(biāo)記，即坡口加工完成后，采用劃線器，在距坡口鈍邊一定距離的管線外表面適當(dāng)位置處劃線，根據(jù)劃線的位置，焊接完成后可以確定鈍邊位置，有利于后續(xù)AUT檢驗(yàn)對根部缺陷的判別。

(3)外表面錯(cuò)皮檢驗(yàn)，即采用內(nèi)對口器完成組對后，在封底焊接前采用焊接檢驗(yàn)尺從管線外表面測量錯(cuò)皮量，確保外表面錯(cuò)皮量在允許誤差范圍內(nèi)。

2.2 內(nèi)表面檢驗(yàn)

對于管線內(nèi)部錯(cuò)皮量的檢驗(yàn)，以往項(xiàng)目中一般通過組對間隙將錯(cuò)皮檢驗(yàn)尺放入管線內(nèi)部進(jìn)行測量，但該項(xiàng)目中的焊接接頭不存在組對間隙，因此錯(cuò)皮檢驗(yàn)尺無法使用。為有效控制錯(cuò)皮量以保證根部焊接質(zhì)量，本項(xiàng)目在國內(nèi)首次采用激光檢測內(nèi)成像系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的使用，實(shí)現(xiàn)了焊縫內(nèi)表面錯(cuò)皮、凹陷、表面狀況等的有效檢驗(yàn)，杜絕了后續(xù)因表面問題導(dǎo)致的返修。

該成像系統(tǒng)安裝在管線組對對口器上(如圖2所示)，管線組對就位后，先進(jìn)行封底焊接，完成兩遍焊接后將對口器移出焊縫位置，將內(nèi)成像系統(tǒng)置于焊縫根部區(qū)域，對焊縫內(nèi)表面進(jìn)行掃描和拍照，得出各位置處的錯(cuò)皮信息以及表面凹陷信息，如果錯(cuò)皮和內(nèi)凹數(shù)值在項(xiàng)目要求范圍內(nèi)，即錯(cuò)皮不超過1 mm，焊縫內(nèi)部余高不低于母材，則進(jìn)行下一步的焊接工作，否則作切口處理，因?yàn)楦坎辉试S進(jìn)行任何返修。另外，還可以通過系統(tǒng)拍攝的照片，對根部表面狀況進(jìn)行檢查，以發(fā)現(xiàn)諸如穿絲、燒穿等表面缺陷。

圖2 激光檢測內(nèi)成像對口器

2.3 射線檢驗(yàn)

本項(xiàng)目跟以往常規(guī)項(xiàng)目相比，由于存在焊接量大、焊接難度高、根部不允許返修等特點(diǎn)，為保證焊縫質(zhì)量和工作效率，在熱焊區(qū)域(焊縫厚度為8～10 mm)完成后，進(jìn)行射線檢驗(yàn)以提前發(fā)現(xiàn)熱焊區(qū)域的缺陷，最大程度的降低因返修或者切口對整個(gè)作業(yè)線的影響。在各工程項(xiàng)目的海底管線檢驗(yàn)中，本項(xiàng)目首次采用了CRT(即Computed Radiography Technology計(jì)算機(jī)射線成像，屬于數(shù)字射線技術(shù)的一種)，與常規(guī)射線檢驗(yàn)相比，減少了膠片沖洗的時(shí)間，節(jié)約了檢驗(yàn)時(shí)間。常規(guī)射線檢驗(yàn)的膠片沖洗時(shí)間通常需要約15 min，而CRT的膠片掃描時(shí)間大約為2 min。

此次對熱焊區(qū)域進(jìn)行CRT 檢驗(yàn)采用的是中心曝光工藝[3]，透照布置如圖3所示。為保證檢驗(yàn)的有效性，加強(qiáng)了三方面的管理：(1)透照工藝方面，由于缺少相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在工藝開發(fā)階段，通過反復(fù)試驗(yàn)確定了最佳的曝光參數(shù)，同時(shí)解決了如何確保射線源處于焊縫圓周幾何中心的困難，因?yàn)槟覆暮穸燃s為30 mm，而焊縫厚度約為10 mm，如果射線源不能處于焊縫圓周范圍內(nèi)，將導(dǎo)致焊縫影像投射到母材中，因透照厚度太大而無法顯示焊縫影像，導(dǎo)致檢驗(yàn)失敗(如圖4所示)；(2)人員資質(zhì)方面，由于CRT技術(shù)與傳統(tǒng)RT技術(shù)在底片評判方面存在較大差異，需要有對應(yīng)的專項(xiàng)資質(zhì)證書以及操作評片軟件的技能，為確保人員技能水平，在項(xiàng)目開始前對評片人員進(jìn)行技能考核；(3)加強(qiáng)與各方的溝通，保證業(yè)主和第三方代表共同參與和見證評片過程，第一時(shí)間確認(rèn)我方評片結(jié)果的有效性，避免后續(xù)對評片結(jié)果的質(zhì)疑。

圖3 中心曝光透照布置圖

圖4 射線源偏離焊縫圓周范圍導(dǎo)致檢驗(yàn)失敗

2.4 焊接過程管理

與傳統(tǒng)管線相比，雙金屬復(fù)合管的焊接難度很大，特別是根部區(qū)域，易產(chǎn)生未熔合、裂紋等缺陷[4]。本項(xiàng)目采用TT焊接工藝，采用不銹鋼焊絲，為保證焊接質(zhì)量，主要加強(qiáng)了四方面的管理：(1)在通過項(xiàng)目業(yè)主組織的技能考試的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目開工前組織焊工利用項(xiàng)目管線材料進(jìn)行大量實(shí)踐練習(xí)，焊接質(zhì)量穩(wěn)定后正式投入項(xiàng)目；(2)檢驗(yàn)人員全程監(jiān)控氬氣濃度和流量；(3)與業(yè)主和第三方代表共同確認(rèn)焊前的預(yù)熱溫度和焊接過程中的層間溫度，溫度不符合要求時(shí)禁止焊接；(4)檢查電流大小、焊接速度以及擺寬數(shù)值，并做好相關(guān)記錄。

2.5 焊后NDT檢驗(yàn)

焊接完成后，根據(jù)焊接工藝規(guī)定，焊縫空氣冷卻至120 ℃后即可進(jìn)行水冷，冷卻至50 ℃以內(nèi)即可進(jìn)行AUT檢驗(yàn)，為保證AUT高質(zhì)高效地實(shí)施，檢驗(yàn)團(tuán)隊(duì)開展了以下工作：(1)工藝開發(fā)階段，通過邀請第三方機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，以及業(yè)主方對工藝認(rèn)證的現(xiàn)場見證，成功開發(fā)出適用的、獲得各方認(rèn)可的AUT檢驗(yàn)工藝和認(rèn)證試塊；(2)項(xiàng)目開工前，檢驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過對一系列焊工練習(xí)試驗(yàn)件進(jìn)行檢驗(yàn)，加強(qiáng)與設(shè)備的磨合，同時(shí)進(jìn)一步熟悉檢驗(yàn)工藝；(3)對產(chǎn)品焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，要求業(yè)主和第三方代表共同見證包括數(shù)據(jù)評判在內(nèi)的檢驗(yàn)過程，并立即對檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，提高檢驗(yàn)效率的同時(shí)避免了后續(xù)對結(jié)果的質(zhì)疑[2]。

如果存在返修的情況，為保證返修的準(zhǔn)確性和有效性，一方面在返修前對缺陷部位進(jìn)行精確定位，并由AUT主操人員做好缺陷標(biāo)記；另一方面在返修過程中，由QC人員對返修位置和深度進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)返修到位后，對返修部位進(jìn)行PT檢驗(yàn)，以確認(rèn)缺陷清除干凈。

3 結(jié)語

通過分析卡塔爾海管項(xiàng)目中CRA復(fù)合管海底管線的特點(diǎn)，了解了由此帶來的焊接檢驗(yàn)和質(zhì)量保障方面的困難，為確保焊縫質(zhì)量和施工效率，檢驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在以往項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)表面檢測、熱焊后RT檢驗(yàn)等檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，同時(shí)加強(qiáng)了焊接過程和檢驗(yàn)各環(huán)節(jié)的管理，為此次大壁厚CRA復(fù)合管焊縫的質(zhì)量管理提供了保障。

通過各項(xiàng)措施的實(shí)施，該項(xiàng)目的AUT檢驗(yàn)返修率為1.4%，其中切口率為0.4%，對于如此高難度、高要求的復(fù)合管焊縫，也算是很不錯(cuò)的結(jié)果，除了歸功于焊工的技能水平外，也得益于檢驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的有效管理。