国外油气田地面工程碳钢管道焊接热处理应用研究

丁 馨 黄继兵

中国石油天然气第七建设有限公司 山东青岛 266300

油气田地面工程中常见的管道材质是碳钢、不锈钢和非金属管道，其中碳钢管道主要用于输送工艺介质，且占管道总长度的比重较大。焊口热处理是为了消除焊接过程中产生的残余应力，进一步释放焊缝中的有害气体，预防焊缝氢脆和裂纹的发生，改善焊接接头和热影响区的组织性能，降低硬度，提高塑韧性，达到提高使用寿命的目的。我国的碳钢管道热处理主要依据国标及石油石化规范要求，主要由管材壁厚决定焊口是否需要热处理，部分特殊工艺（如硫磺回收）会有设计文件对焊口热处理做特别要求。

近年来，随着国内施工企业承接国外油气田管道安装施工越来越多，发现国外规范与业主管理规定往往不同于国内，需要根据实际项目情况确定热处理使用范围，以下分析几种常见的碳钢管道热处理要求。

1 国内常规要求

1.1 SH3501- 2010 石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规范

（1）SH3501- 2010 中7.4.1 表10 对碳钢、碳锰钢焊接接头热处理基本要求：名义厚度＞19mm 的全部母材进行600～650℃热处理，恒温时间2.4min/ mm，最短恒温时间1h，处理后硬度≤200 布氏硬度。

（2）7.3.1 表9 中对名义壁厚≥25mm 的碳钢母材要求做不小于80℃的预热。

1.2 GB50235- 2010 工业金属管道工程施工规范

（1）表6.0.10- 1 中要求对名义厚度＞19mm 的全部母材进行600 ～650℃热处理，恒温时间2.4min/ mm，最短恒温时间1h，处理后硬度≤200 布氏硬度。

（2） GB50235- 2010 与SH3501- 2010 对碳钢管道焊后热处理要求一致，但GB50235- 2010 中未对预热做出规定。根据国内项目一般按更严格规定执行的惯例，碳钢管道热处理一般按照SH3501- 2010 的要求执行。

1.3 GB50819- 2013 油气田集输管道施工规范

9.3.1、9.3.2 分别要求“焊前预热应按焊接工艺规程执行”，“焊后保温和热处理应按设计文件或焊接工艺规程的规定执行”。

2 ASME要求

2.1 ASME B31.32018Process Piping 工艺管道

（1）表330.1.1 中对于碳钢管道预热温度的一般性要求：壁厚≤25mm 的焊口最低预热温度10℃；壁厚＞25mm，且碳当量≤0.30%时，最低预热温度为10℃；壁厚＞25mm，且碳当量＞0.30%时，最低预热温度为95℃。

（2）表331.1.1 中对于碳钢管道焊后热处理的一般性要求：热处理温度在595～650℃。对于壁厚≤50mm 的焊口，最低恒温时间为1h/ 25mm；壁厚超过50mm 的焊口，最低恒温时间在2h 的基础上每增加25mm 延长15min。

（3）表331.1.2 对P1 碳钢及P3 合金钢提出了降低热处理温度的替换热处理方案所需的最低恒温时间。

（4）表331.1.3 中规定了强制性热处理的豁免情况:对壁厚＞25mm 的焊口采取95℃的焊前预热；WPS已使用热输入对±10%的单焊道进行了评定，并且满足了所有其他免除条件的单层或单焊道焊缝可免除焊后热处理；单层或单焊道焊缝可免除焊后热处理，在此基础上壁厚＞5mm 的多道焊。

2.2 ASME B31.4 2019 Pipeline Transportation Systems for Liquids and Slurries 液体和泥浆管道输送系统

（1）434.8.8 要求焊接工艺规范应规定最低预热温度。

（2）434.8.9 规定焊缝有效厚度超过32mm 时应消除应力，除非使用相同规格、类型和等级的材料，且采用不低于生产焊缝的有效厚度的焊接工艺评定试验证明无需消除应力。

（3）32mm＜δ≤38mm 的碳钢管道如果采用了不低于93℃的预热就可以免除应力消除。

2.3 ASME B31.8 2018 Gas Transmission and Distribution Piping Systems 输配气管道系统

（1）ASME B31.8 2018 同样没有对预热温度给出明确说明。

（2）825.2 要求对壁厚超过32mm 的碳钢管道做应力消除。

（3）825.6 要求对碳钢管道应力消除温度不低于593℃，对铁素体合金钢不低于649℃。

3 NACE 要求

NACE MR0175ISO 15156：2015Petroleum,petrochemical and natural gas industries —Materials for use in H2S- containing environments in oil and gas production 石油天然气工业- 油气开采中用于含H2S 环境的材料。第2 部分：抗开裂碳钢和低合金钢及铸铁的使用中，附录A2.1.4 给出了碳钢、碳锰钢和低合金钢焊接接头的可接受硬度值，对符合表格硬度要求的碳钢、碳锰钢和低合金钢焊件不需焊后热处理。

4 对比几个常用国内外规范

总体来说，国外规范版本更新的更快，并且对热处理焊口要求壁厚范围比国内规范低。

对于站内工艺管道的规范，SH3501 与GB50235一致，要求需要进行焊后热处理的母材厚度在19mm以上。ASME B31.3 对碳钢管道热处理壁厚要求是25mm，这低于国内规范。同时，根据附表中的豁免条件，对25mm 以上壁厚焊口只要预热到95℃就可免做焊后热处理，这使得ASME B31.3 对焊后热处理的要求格外宽松。NACE MR0175 只对焊口硬度做了要求，而这个硬度是一般碳钢管道焊接都能达到的数值。

对于集输管道，GB50819 没有明确规定，ASME 标准要求不论输液相还是输气整体都遵循32mm 壁厚以上进行热处理的规定，但ASME B31.4 有32mm＜δ≤38mm 预热93℃免除热处理的说明。

5 国外项目热处理执行中的情况分析

由于项目所在国发展情况不同、油气条件不同，以及业主的管理水平不同，最终造成不同项目业主对碳钢管道的热处理要求不同。而业主要求往往是决定热处理适用范围的直接依据。

5.1 直接按壁厚规定碳钢管道热处理要求

有些项目的业主会在项目管道焊接管理规定中明确需要热处理的母材厚度。例如伊拉克哈法亚项目要求非酸性环境下壁厚≥20mm 的碳钢，以及低温碳钢管道需要进行焊后热处理；伊拉克鲁迈拉项目要求对壁厚＞25mm 的碳钢管道进行焊后热处理；乌干达TILENGA 项目要求对超过31.8mm 壁厚的碳钢集输管道进行焊后热处理。还有的项目划分的更细，按照不同的管道等级进行规定，例如莫桑比克LNG 项目指明对1500LB、32mm 及2500LB、38mm 以上的碳钢和低温碳钢进行热处理。

5.2 根据运行环境规定热处理要求

运行环境是决定碳钢管道是否需要热处理的一个重要条件。如伊拉克哈法亚项目要求对酸、碱、贫胺液环境下的所有碳钢和低温碳钢管道做焊后热处理。

5.3 指定引用规范

根据对国内外规范的分析可以看出，ASME 和NACE 规范对热处理的要求并不高，因此大多数项目会在规范基础上做出进一步细化。例如，尼日尔AGADEM 油田二期工程要求管道热处理完全按照ASME B31.3、B31.4 的规定执行；而伊拉克西古尔纳I 项目要求焊口热处理整体按ASME B31.3 执行，但对酸性流体环境下的碳钢管道要满足NACE 0175 的要求，ASME B31.3 基于壁厚的热处理豁免情况在此项目不适用。

5.4 其他

业主的管理规定形形色色，除了以上几种常见情况，还有规定硬度值的要求，即焊口硬度值满足指定要求就可不做热处理。

6 结论

总体来说，对于国外油气田地面工程项目碳钢管道的热处理要根据业主管理规定执行，而分析以上几种业主热处理规定会发现，最低的要求就是按ASME、NACE 标准执行。而除了个别项目有对酸、碱性、贫胺液等极端情况作出全部热处理的规定外，以19mm、25mm、32mm、38mm 规定热处理壁厚是最常见的要求，而在此范围内做热处理硬度也均能满足业主要求。因此，在今后承接新的国外油气田地面工程碳钢管道安装施工时，可以上述结论为基础快速理解业主规定，为项目前期策划及项目实施提供依据。