美国管道焊接标准API Std 1104—2013变更简析
2019-04-11张春河肖大伟卢凯锋张东辉张伟张维祯
张春河 肖大伟 卢凯锋 张东辉 张伟 张维祯
1中国石油管道局工程有限公司第四分公司
2中国石油管道有限责任公司西部塔里木输油气分公司
3中国石油华北油田分公司对外合作部
4中国石油华北油田分公司第四采油厂
“十二五”期间是我国长输管道实现跨越式发展的重要阶段[1]。截至2016年底,我国路上长输管道总长度达15×104km[2]。焊接是管道建设施工和运行维护中重要的技术环节,我国已研发出适用于大口径 (1 029~1 422 mm)、高压力 (10~12 MPa)的长输管道半自动和全自动焊接工艺技术和设备,建立了管道焊接施工、工艺评定和无损检测等系列技术标准[3-4]。针对超期服役管道,焊接维修作业较频繁,例如我国投资50亿元对已运行30年的东北输油管道进行安全改造,其中管道穿越河流、铁路、公路100多次,站场改造60多次,线路阀室改造40多次[5-6]。因此提高管道焊接作业技术水平和安全性具有重要意义。
美国是世界上拥有油气管道总长度最长的国家,制定了一系列先进适用、严格细致的管道技术标准[7-8],特别是制定了焊接作业安全综合性标准API Std 1104—2013,很有必要研究借鉴该标准的先进经验和修订信息。
1 APIStd 1104—2013标准简介
美国石油学会标准API Std 1104—2013《管道设施焊接/Welding of Pipelines and Related Facilities》是油气管道焊接技术的综合性标准,宗旨是通过控制焊工资质、焊接工艺、材料和设备以保证高质量焊接作业,通过控制无损检测规程、设备和无损检测人员资格以保证焊接质量正确评定。新版API Std 1104—2013集中反映了近十年来美国油气管道焊接技术水平和发展趋势,限于篇幅,本研究着重列出新版API Std 1104—2013(简称2013版)修订的重要技术性条款,以及与老版API Std 1104—1999(简称1999版)的差异,以供国内标准制修订管理机构和管道工程建设领域的技术人员参考。
2 重要技术性条款变更
我国行业标准SY/T 4103—2006的修改采用了API Std 1104—1999标准,因此有必要跟踪研究该标准的变更内容,尤其是其中的重要技术性条款。
2.1 范围
1999版适用范围是“原油、成品油、天然气管道”,2013版适用范围扩大为“原油、成品油、天然气、二氧化碳、氮气管道”。2013版范围新增“适用于新建管道工程和在役管道设施焊接”,新增“适用于等离子焊、氧炔焊等焊接方法”。
2.2 规范性引用文件
2013版新增API RP 2201—2003《石油和化工行业热开孔安全规范》、ASNT SNT-TC-1A—2016《无损检测人员资质认证》、ASTM E164—1997《焊缝接触式超声波标准试验规程》、AWS A5.23—2011《埋弧焊低合金钢焊条和焊剂规范》、BS 7910—2013《金属结构裂纹验收评定方法指南》等8项参考标准。
2.3 术语和定义
2013版新增以下术语和定义:反面焊缝焊接修复 (back weld repair)、支管焊接 (branch weld)、盖面焊道修复(cover pass repair)、二次修复(double repair)、焊缝整体性修复(full thickness repair)、打磨 (grinding)、内凹度 (internal concavity)、机械焊接 (mechanized welding)、焊接修复(repair weld)。
2.4 一般规定
本标准规定的焊接方法适用于的管材和管件类型,1999版中主要为API标准和ASTM标准产品,例如API 5L—2012《管线钢管规范》,2013版中扩展适用ASME(美国机械工程师学会)、MSS(美国制造商协会)、ANSI(美国国家标准协会)等标准化组织的产品规范。
本标准规定的焊接方法对填充金属类型的要求,1999版中是美国焊接协会AWS系列标准,即AWS 5.1—2012~AWS 5.29—2010等8项标准;2013版中新增AWSA5.23—2011《埋弧焊低合金钢焊条和焊剂规范》。
关于保护气体使用要求,2013版新增“禁止在焊接现场进行保护气体混合操作”。
2.5 焊接工艺评定
(1)关于接头设计的要求,2013版更改为“应画出接头的简图,简图应指明接头型式、坡口型式、坡口角度、钝边尺寸和根部间隙等”。
(2)关于焊道之间的时间间隔的要求,1999版为“应规定完成根焊道之后至开始第二焊道之间的最长时间间隔”,2013版更改为“应规定完成根焊道之后至开始第二焊道之间的最长时间间隔,以及完成第二焊道后和后续焊道之间的最长时间间隔”。
(3)2013版新增清理和打磨的要求,即“应规定清理和打磨焊道所使用的电工/手动工具”。
(4)2013版删除了焊接时焊道层间温度范围的要求。
(5)2013版新增焊接后冷却方法,即“如果采用强制冷却方法,应规定焊接后冷却的类型,例如采用强制水冷,以及开始强制水冷时的对应最高金属温度。”
2.6 焊接工艺变更
2.6.1 管材组别变更
1999版按照最小屈服强度低于290 MPa、290~448 MPa和大于448 MPa进行管材分组制定焊接规程,2013版按照API 5L—2012规定的X42、X42~X65和X65以上等级进行管材分组制定焊接规程。
2.6.2 保护气体和流量
1999版规定保护气体流量范围显著增加属于焊接工艺变更,2013版规定保护气体流量超过额定流量20%属于焊接工艺变更。
2.7 对接焊焊接接头的试验
2.7.1 适用范围
2013版删除了针对外径小于或等于33.4 mm管件试样进行拉伸试验、刻槽锤断试验和背弯试验的规定。
2.7.2 拉伸试验评定方法
1999版规定“如试样断在母材上,且抗拉强度大于或等于管材规定的最小抗拉强度时,试样合格”;2013版规定“如试样断在母材上,且抗拉强度大于或等于管道规定的最小抗拉强度的95%,试样合格”。
2013版新增“如果试样在抗拉强度不低于管材SMTS 95%时,在焊接和热影响区域(HAZ)以外位置发生断裂,则试样认为合格。因试样准备或试验不当发生故障的试样必需替换并重新进行试验。”
2.7.3 刻槽锤断试验评定方法
2013版新增“针对直径超过323.9 mm的试验焊缝,如果一个刻槽锤断试样失效,应由失效相邻位置的两个其他试样替代。如果替换后的任何1个试样刻槽锤断失效,则认为焊缝不合格。”
2.7.4 背弯、面弯和侧弯试验评定方法
2013版新增“针对直径超过323.9 mm的试验焊缝,如果1个弯曲试样失效,应由失效相邻位置的2个其他试样替代。如果替换后的任何1个试样弯曲试验失效,则认为焊缝不合格。”
2.8 角焊焊接接头的试验
针对角焊焊接接头的焊接要求,1999版规定“相邻夹渣之间应至少有12 mm的无缺陷焊接金属”;2013版变更为“相邻夹渣之间应至少有13 mm的无缺陷焊接金属”。
2.9 管口焊接
(1)针对管口组对、对口器使用、坡口加工、气候条件、作业空间、层间清理的技术要求,2013版和1999版无变更。
(2)针对固定焊和旋转焊,1999版规定“焊缝余高不大于2.0 mm,局部不大于3 mm”;2013版规定“焊缝余高不大于1.6 mm”。2013版规定“焊缝表面单侧宽度应大于坡口表面宽度0.5~2 mm”,2013版规定“焊缝表面单侧宽度应大于坡口表现宽度3 mm”。
2.10 无损检测验收标准
(1)射线检测。针对根部未焊透(IP)、错边未焊透(IPD)、中间未焊透(ICP)、表面未熔合(IF)、根部内凹(IC)、烧穿(BT)、夹渣、气孔、裂纹、咬边等焊接缺陷的验收指标参数,2013版和1999版无变更。针对夹层未熔合(IFD),1999版规定“单个长度超过50 mm为不合格”;2013版规定“单个长度超过25 mm为不合格”。
(2)磁粉检测、液体渗透检测、超声波检测的验收指标参数,以及咬边外观检查,2013版和1999版无变更。
2.11 缺陷清除和返修
2013版新增“根焊和盖面焊的打磨修复”“反面焊缝焊接修复”“焊缝二次修复”以及“焊缝最大允许修复长度”的要求。此外新增焊缝修复作业规程、修复焊缝试验和修复焊工资质评定程序。
2.12 无损检测规程
射线检测方法中像质计类型有变更。1999版规定孔型像质计应符合ASTM E1025—2018《用于放射学的孔型像质指示计的设计、制造》,线型像质计符合JB/T 7902—2015《线型像质计》或ASTM E747—2018《用金属丝透度计进行射线实验的质量控制标准方法》。2013版规定像质计ASTM E747或ISO 19232-1—2013线型像质计要求,删除了孔型像质计管壁厚与像质计厚度的对比参数。磁粉检测方法、液体渗透检测、超声波检测规程无变更。
2.13 焊工资质认证
针对焊工资质认证,2013版和1999版无变更。
3 结束语
综上所述,美国焊接标准API Std 1104—2013和API Std 1104—1999技术变更主要表现在以下方面:
(1)2013版主要在焊接工艺评定、焊接接头试验等方面进行了技术更新修订,在焊接工艺变更、管口焊接等方面仅有少量更改,在焊工资质认证、无损检测等方面没有变化,新增了缺陷清除和返修等内容。
(2)2013版重要技术变更主要是在相邻焊道之间的允许时间间隔、基于管材等级进行焊接工艺规程分类、对焊接头拉伸试验评定方法、焊缝余高允许值、夹层未熔合评定方法等。
(3)考虑我国行业标准SY/T 4103—2006采标标准API Std 1104—1999年代比较久远,因此建议对SY/T 4103—2006进行修订,本文列出了新版APIStd 1104—2013的重要技术性变更,可供参考。
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