Особенности квалификации сварочных процедур при строительстве узла подготовки газа к транспорту КС "Портовая" СЕГ Н.Г. Блехерова, к.т.н. (ООО «НИПИСтройТЭК») А.П. Ладыжанский (ООО «НИПИСтройТЭК») А.А. Сажаев, к.т.н. (ООО «НИПИСтройТЭК») Е.М. Вышемирский, к.т.н. (ОАО «Газпром»)

Узел подготовки газа к транспорту КС "Портовая" СЕГ Рабочее давление – 9,8 МПа Диаметр трубной обвязки – от 21,3 до 1422,4 мм Толщины стенок трубной обвязки – от 3,7 до 31,8 мм Применяемые трубы – из низгоуглеродистых и нержавеющих сталей с нормативным значением временного сопротивления разрыву до 565 МПа включительно Количество сварных соединений – более шт.

Узел подготовки газа к транспорту КС "Портовая" СЕГ Заказчик проекта – ООО «Газпром инвест Запад». Проектная организация – Siirtec Nigi (Италия). Поставщик - Siirtec Nigi (Италия). Генподрядчик – ООО «Стройгазконсалтинг». Разработчик сварочных технологий – ООО «НИПИСтройТЭК». Производственная база для предварительных и квалификационных испытаний технологий сварки – филиал ЗАО «Аргус Пайплайн Сервис» (г. Гагарин Смоленской области), производственная площадка ООО «Стройгазконсалтинг» (г. Выборг).

Нормативный документ для строительства УПГТ КС "Портовая" СЕГ Технологическая инструкция по сварке и неразрушающему контролю обвязочных трубопроводов установки подготовки газа к транспорту (УПГТ) КС «Портовая» Разработчик - ООО «НИПИСтройТЭК».

Зарубежная нормативно – техническая документация по сварке и НК ASME B31.3 – Система технологических трубопроводов; ASME B31.8 – Трубопроводные системы для транспортировки и распределения газа; A A-000A-QS Технические условия на сварку труб из углеродистой стали; A A-000A-QS Технические условия на сварку труб из аустенитной нержавеющей стали; A A-000A-QS Руководство по контролю качества для предварительного изготовления и монтажа трубопроводов; A A-000A-QS Проверочные таблицы для неразрушающего контроля.

Отечественная нормативно – техническая документация по сварке и НК СТО Газпром 2–2.2–136–2007. Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов. Часть I; СТО Газпром 2–2.2–115–2007. Инструкция по сварке магистральных газопроводов с рабочим давлением до 9,8 МПа включительно; СТО Газпром Инструкция по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов.

Требования к механическим свойствам сварных соединений магистрального газопровода Наименование показателя Значение показателя согласно требованиям УПГТ КС Портовая Предел прочности не ниже нормативного значения временного сопротивления основного металла труб в продольном направлении Угол загиба180 град. Твердость по Виккерсу (HV10) 250 для сталей класса прочности до К для нижних слоев шва и 280 для верхних слоев шва для сталей класса прочности от К54 Поглощенная энергия удара на образцах Шарпи при Т ИСП. = минус 40 ° С 50 Дж – среднее значение 37,5 Дж – минимальное значение для одного образца Макроструктура шва (анализ макрошлифов) Отсутствие недопустимых наружных и внутренних дефектов

Требования к механическим свойствам сварных соединений магистрального газопровода обеспечение высокого значения ударной вязкости при температуре испытаний минус 40 °С сварных соединений из низкоуглеродистых сталей с пределом прочности до К54; обеспечение регламентируемых значений твердости металла шва и ЗТВ при применении технологий сварки, не предусматривающих послесварочной термической обработки; повышенные требования к качеству формирования корня шва; минимизация внутреннего загрязнения трубной обвязки шлаком и металлическими брызгами.

Этапы подготовки сварочных процедур, проведения предварительных и квалификационных испытаний технологий сварки п/п Наименование этапа работ 1 Выбор базовых способов сварки и сварочных материалов 2 Разработка предварительных сварочных процедур для выполнения тестовых сварных соединений 3 Сварка, неразрушающий контроль и механические испытания тестовых швов. 4 Разработка процедур сварки (pWPS) для квалификационных испытаний 5 Квалификационные испытания сварочных технологий (сварка КСС с регистрацией параметров режима, неразрушающий контроль и механические испытания) 6 Оформление отчетов о квалификационных испытаниях процедур сварки и протоколов механических испытаний сварных соединений 7 Разработка и передача Заказчику утвержденных процедур сварки (WPS) для выполнения стыков УПГТ КС Портовая

Перечень предлагаемых технологий сварки РАД – ручная аргонодуговая сварка. Применялась для сварки стыков диаметром до 114,3 мм включительно ; РАД+РД – ручная аргонодуговая сварка корневого слоя шва и ручная дуговая сварка электродами с основным видом покрытия заполняющих и облицовочного слоев шва. Применялась для стыков из нержавеющей стали диаметром свыше 114,3 мм и стыков из низкоуглеродистых сталей диаметром свыше 114,3 мм до 273,1 мм включительно; РД – Ручная дуговая сварка электродами с основным видом покрытия (все слои шва). Применялась для сварки стыков из низкоуглеродистых сталей диаметром свыше 273,1 мм; МП + РД – Механизированная сварка корневого слоя шва в среде углекислого газа методом STT + РД последующих слоев шва. Применялась для сварки стыков из низкоуглеродистых сталей диаметром 508 мм и выше; РД+МПИ – РД корневого слоя шва + механизированная сварка порошковой проволокой в среде инертных газов и смесях. Применялась для сварки в поворотном положении при укрупнении стыков из низкоуглеродистых сталей диаметром 323,8мм и выше и толщиной стенки более 9,0 мм; РД+АПИ – РД корневого слоя шва + автоматическая сварка порошковой проволокой в среде инертных газов и смесях головками М-300С последующих слоев шва. Применялась для сварки стыков из низкоуглеродистых сталей диаметром 457,2 мм и выше и толщиной стенки более 9,0 мм; МП+АПИ – Механизированная сварка корневого слоя шва в среде углекислого газа методом STT + автоматическая сварка порошковой проволокой в среде инертных газов и смесях головками М-300С последующих слоев шва. Применялась для сварки стыков из низкоуглеродистых сталей диаметром 508 мм и выше.

Перечень рекомендованных сварочных материалов для труб из низкоуглеродистых сталей Метод сваркиПрименяемый сварочный материал Область применения РД ОК и Fox EV Pipe, диаметром 2,5 и 3,2 мм Корневой и подварочный слои шва РД ОК 48.08, диаметром 2,5 и 3,2 мм Заполняющие и облицовочный слои шва, стали класса прочности до К54 вкл. РД Fox EV 65 и Pipeliner 18P, диаметром 2,5 и 3,2 мм Заполняющие и облицовочный слои шва, стали класса прочности от К54 РАД OK Autrod 13.23, диаметром 2,0 и 2,4 мм Все слои шва МП Super Arc L–56 диаметром 1,14 мм Корневой слой шва МПИ АПИ ОК Tubrod диаметром 1,2 мм Заполняющие и облицовочный слои шва, стали класса прочности до К54 вкл.

Перечень рекомендованных сварочных материалов для труб из нержавеющих сталей Метод сваркиПрименяемый сварочный материал Область применения РАД OK Tigrod 308LSi, диаметром 2,0 и 2,4 мм Все слои шва РД ОК 61.35, диаметром 2,5 и 3,2 мм Заполняющие и облицовочный слои шва

Предварительные испытания 1.Ручная дуговая сварка. 2.Свариваемые материалы: сталь A 671 CC 70 cl Послесварочная термическая обработка: отсутствует. Несоответствие НД: низкие значения ударной вязкости, полученные на образцах, вырезанных из корневой части сварного соединения по центру шва (металл шва). Номер образца Температу ра испытаний, о С Место нанесения надреза Поглощенная энергия, Дж Ударная вязкость, Дж/см 2 Среднее значение ударной вязкости, Дж/см 2 Образцы из нижних слоев сварного соединения КСС-5Н-4-40Шов27,934,9 42,8 КСС-5Н-5-40Шов48,760,9 КСС-5Н-6-40Шов2632,5

Предварительные испытания

Предложенное решение. Для первого заполняющего валика применять электроды только диаметром 2,5 мм и ограничить погонную энергию при сварке. Технология сварки, ТД РД, пСПС (pWPS) ZGS-000-pWPS-0007 Rev.1/Ред.1 Номер контрольного сварного соединения WPS-0007 Основной металл Труба Ø508х19,05 мм из стали A 671 CC60 cl.22 + труба Ø508х19,05 мм из стали A860 WPHY60 Сварочный материал Корневой слой шва – электроды марки OK Ø2,5 мм, 1-ый заполняющий слой шва - электроды марки OK Ø2,5 мм заполняющие и облицовочный слои шва – электроды марки OK Ø3,2 мм Номер образца Температура испытаний, о С Место нанесения надреза Поглощенная энергия, Дж Ударная вязкость, Дж/см 2 Среднее значение ударной вязкости, Дж/см 2 Образцы из нижних слоев сварного соединения КСС-7Н-4-40Шов38,748,4 50,3 КСС-7Н-5-40Шов39,449,3 КСС-7Н-6-40Шов42,653,3

Предварительные испытания Предложенное решение. Для первого заполняющего валика применять электроды только диаметром 2,5 мм и ограничить погонную энергию при сварке.

Предварительные испытания 1.Сварка по комбинированной технологии: МП+АПИ (сварочные головки М-300С). 2.Свариваемые материалы: сталь A 671 CC 70 cl Послесварочная термическая обработка: отсутствует. Несоответствие НД: значения твердости в ЗТВ достигали значений 305 HV (допустимое значение для ЗТВ – 250 HV), причем эти значения были получены в ЗТВ со стороны выполнения последнего валика облицовочного слоя шва.

Предварительные испытания 1.Сварка по комбинированной технологии: МП+АПИ (сварочные головки М-300С). 2.Свариваемые материалы: сталь A 671 CC 70 cl Послесварочная термическая обработка: отсутствует.

Предварительные испытания 1.Сварка по комбинированной технологии: МП+АПИ, РД+АПИ (сварочные головки М-300С), РД+МПИ. 2.Свариваемые материалы: сталь A 671 CC 70 cl Послесварочная термическая обработка: отсутствует. Линия Значения твердости, HV 10 в точках замера и зонах сварного соединения* измерения твердости ОМ ЗТВ МШ ЗТВ ОМ I II * - ОМ - основной металл; ЗТВ - зона термического влияния; МШ - металл сварного шва;

Предварительные испытания Предложенное решение. 1.Изменить порядок наложения валиков в облицовочном слое шва – сначала выполняют валики, расположенные по краям, а потом выполняют валик (валики), расположенный по центру шва. 2.Ввести дополнительный контроль межслойной температуры перед сваркой облицовочного слоя шва и, в случае необходимости при остывании стыка ниже 100 ºС, применить сопутствующий подогрев до температуры ºС.

Предварительные испытания Технология сварки, ТД РД + АПИ, пСПС (pWPS) ZGS-000-pWPS-0046 Rev.1/Ред.1 Номер контрольного сварного соединения WPS-0046 Основной металл Труба Ø508,0х19,05 мм из стали A 671 CC60 cl.22 + труба Ø508,0x19,05 мм из стали A 671 CC70 cl.22 Сварочный материал Корневой слой шва – электроды марки OK Ø2,5 мм, Заполняющие и облицовочный слои шва – порошковая проволока марки OK Tubrod Ø1,2 мм + защитный газ 80%Ar+20%CO 2 Линия Значения твердости, HV 10 в точках замера и зонах сварного соединения* измерения твердости ОМ ЗТВ МШЗТВ ОМ I II * - ОМ - основной металл; ЗТВ - зона термического влияния; МШ - металл сварного шва;

Предварительные испытания 1.Сварка по комбинированной технологии: РАД+РД. 2.Свариваемые материалы: сталь A312 Tp 304 (нержавеющая сталь). 3.Послесварочная термическая обработка: отсутствует. Несоответствие НД: затруднено формирование поверхности шва (поверхность грубая, с резкой чешуйчатостью и нестабильностью по высоте – специфика применяемого сварочного материала), а применение повышенных режимов сварки приводит к перегреву стыка и вынужденным перерывам в работе.

Предварительные испытания Предложенное решение. Для устранения наружных дефектов и сглаживания поверхности облицовочного слоя шва в случае необходимости применять ручную аргонодуговую обработку облицовочного слоя по режимам сварки корневого слоя шва без присадки. В случае необходимости допускается применение в качестве присадочного материала прутков ОК Tigrod 308LSi Ø 2,0 мм (по химсоставу практически идентичные электродам ОК 61.35).

Предварительные испытания РАД+РДРАД+РД+РАД

Сочетания сталей для проведения квалификационных испытаний Для низкоуглеродистых сталей класса прочности до К54 включительно: A 671 CC 60 cl. 22 (труба) + A 671 CC 70 cl. 22 (труба); A 671 CC 60 cl. 22 (труба) + A 860 WPHY 60 (фитинг). Для низкоуглеродистых сталей класса прочности свыше К54 включительно: API 5L X70 (труба) + A 671 CC 70 cl. 22 (труба); API 5L X70 (труба) + A 694 F70 (фитинг); A 671 CC 60 cl. 22 (труба) + A 860 WPHY 70 (фитинг).

Сочетания сталей для проведения квалификационных испытаний Для аустенитных сталей: A312 Tp 304L (труба) + A312 Tp 304L (труба).

Объем квалификационных испытаний 41 предварительная процедура сварки (pWPS), включая неразрушающий контроль (ВИК,РК,УЗК, ПВК) и весь комплекс механических испытаний. Из них: 22 процедуры по сварке стыковых сварных соединений без термообработки; 14 процедур по сварке стыковых сварных соединений с термообработкой; 5 процедур по сварке тройниковых соединений.

Квалификационные испытания Положение для квалификации Технологии РД+МПИ Сварка пластин в положении 3G (требования ASME) Положение для квалификации всех технологий (кроме РД+МПИ)

Квалификационные испытания

Схема проведения квалификационных испытаний 1 - ая серия 2 - ая серия 3 - яя серия СВАРКА и НК МехиспытанияWPS рWPS СВАРКА и НК Мехиспытания WPS рWPS СВАРКА и НК Предварительные испытания Необходимость предварительных испытаний. Анализ последовательности монтажа линий и наличия труб различных типоразмеров и марок сталей на площадке. Сварка товарных стыков

Квалификационные испытания Процедура pWPS-005 Сталь A 671 CC 60 + A 671 CC 70 Технология: РД Процедура pWPS-004 Сталь A 671 CC 60 + A 671 CC 70 Технология: МП + РД

Квалификационные испытания Процедура pWPS-026 Сталь A 671 CC 60 + A860 WPHY60 Технология: РД Процедура pWPS-025 Сталь A 671 CC 60 + A860 WPHY60 Технология: МП + РД

Испытания разрывного образца, испытательная лаборатория ООО НИПИСтройТЭК (3-яя серия квалификационных испытаний) Процедура pWPS-017 Сталь А312 Тр 304L Технология: РАД+РД

Испытания загибных образцов, испытательная лаборатория ООО НИПИСтройТЭК (2-ая серия квалификационных испытаний)

Выводы Проведение предквалификационных испытаний технологий сварки позволило на начальном этапе внести необходимые коррективы в технологии, предлагаемые к применению, и подготовить предварительные процедур сварки (pWPS) так, что по результатам квалификационных испытаний количество изменений, вносимых в окончательные процедуры сварки, была минимальной. Применение предварительного логистического анализа позволило провести оптимизацию сроков проведения квалификации процедур сварки без ущерба для выполнения товарных стыков УПГТ КС Портовая и значительно сократить трудозатраты подрядчиков при ее проведении. Проведенные квалификационные испытания сварочных процедур при строительстве УПГТ КС Портовая подтвердили правильность принятых технологических решений, высокие квалификацию персонала и уровень технического оснащения подрядчиков, что в свою очередь гарантировало обеспечение предъявляемых требований к свойствам сварных соединений и высокую эксплуатационной надежность объекта.

Спасибо за внимание!