荔湾3-1天然气综合处理平台关键焊接技术.docx

海洋工程专题

荔湾3-1天然气综合处理平台建成并安装成功被评选为2013年中国十大海洋科技进展，标志着我国海油工程在深水超大型油气平台设计、建造能力上取得了历史性突破。该平台的建造，极大地推动了海工焊接技术的发展。本文就项目建造中涉及到的焊接方法、设备、材料以及关键焊接技术等做简要介绍。

荔湾3-1天然气综合处理平台关键焊接技术

海洋石油工程(青岛)有限公司(山东266520)张剑利靳伟亮汪彬刘书慧刘宏王长军谢伟

1.概述

荔湾3-1深水气田位于中国南海珠江口盆地内，距珠海约300km,水深约1500m。气田探明储量为1000亿~1500亿m3,项目建成后每年可处理120亿m3天然气。此规模相当于西气东输一期的规模，将为珠三角及我国东南部地区提供大量优质清洁能源。荔湾3-1天然气综合处理平台建造重量为28000t,是国内结构最重、尺寸最大的海洋深水天然气平台，是中国海油深水开发最为重要的一步，具有里程碑的意义。海上浮托安装荔湾3-1组块如图1所示。本文就项目建造中涉及到的焊接方法、设备、材料以及关键焊接技术等做简要介绍。

图1海上浮托安装荔湾3-1组块

2014年第4期焊接与切割

10金属加工热加工

2.关键焊接技术

(1)超厚板CTOD焊接工艺荔湾3-1平台所处深水工况以及其中心平台功能定位，决定其结构中存在大量的D36钢厚板，其中厚度最大达100mm。本项目规格书中对板厚超过50mm的焊接接头要求进行焊后热处理，同时规定若焊态下焊接接头经断裂韧性(CTOD)测试合格，则可以免去焊后热处理。由于进行焊后热处理会增加焊口完工工序，增大现场质量风险，增加建造成本与工期，因此现场施工采用CTOD焊接工艺是最佳选择。CTOD受板材厚度的影响较大，板越厚，焊接接头断裂韧性值降低越严重。为覆盖本项目全部厚板施工焊缝，试验母材厚度选取最大板厚100mm,该厚度远超出平常项目的厚度，工艺开发难度很大。

考虑到现场实际施工需要，焊接工艺选取埋弧焊与气体保护焊。为了保证CTOD试验的通过，前期进行大量调查和研究工作，最终选定了焊材型号及焊接参数。根据母材的碳当量以及材料的厚度，选择预热温度为110℃。最大层间温度控制为200℃。埋弧焊选取F7A6—EM14K焊丝与焊剂，焊接参数如表1所示，气体保护焊选取E81T1—K2M焊丝进行焊接，焊接参数如表2所示。

表1

焊层

焊接方法

φ/mm

焊材类别

电流极性

焊接电流/A

电弧电压/V

焊接速度/mm-min

热输入/kJ·mm1

打底

埋弧焊

4.0

F7A6—EM14K

直流反接

450~500

28~31

410~480

1.1~1.8

填充

埋弧焊

4.0

F7A6—EM14K

直流反接

500~600

29~33

500~600

1.7~2.4

盖面

埋弧焊

4.0

F7A6—EM14K

直流反接

500~600

31~34

500~600

1.7~2.4

表2

焊层

焊接方法

φ/mm

焊材类别

电流极性

焊接电流/A

电弧电压/V

保护气体

气体流量/L·min

焊接速度/mm·min?

热输入/kJ·mm1

打底

焊条电弧焊

3.2

E7016

直流反接

70~110

19~23

-

-

60~100

1.5~2.1

填充

气体保护焊

1.2

E81TI—K2M

直流反接

180~240

22~26

Ar+CO?

20~25

250~500

0.8~1.4

盖面

气体保护焊

1.2

E81T1—K2M

直流反接

170~240

22~26

Ar+CO?

20-25

250~500

0.8~1.2

按表1、表2中参数焊接完成的试验件经CTOD测试，结果合格，工艺开发取得成功。本工艺的成功使得公司具备了100mm厚板材的CTOD焊接工艺，能够满足本项目使用的同时也可满足后续同类项目的需要。另外本次焊接工艺开发的母材使用了目前国内主要的大厚度船用钢生产厂家的产品，工艺开发成功进一步增强了工艺的适用性。

(2)大直径大壁厚双相不锈钢焊接工艺双相不锈钢因其良好的耐腐蚀性能以及与碳钢相近的热膨胀系数和热传导特性，在石油化工等领域得到广泛应用。其在海工以往项目中已大量使用，但一般均为小管径，薄壁管线。荔湾3-1项目中双相不锈钢数量众多，管径大，壁厚大，焊接接头耐腐蚀性能要求高，其最大壁厚39.67mm,最大管径36英寸(1英寸=25.4mm),耐腐蚀性能不仅要求点蚀试验，而且对氢致裂纹和CO?应力腐