Сварочно-монтажные работы на проекте SHВAB-1 (часть 1)
ROGTEC, 13.03.2009
Сварка трубопроводов, как и любых других металлоконструкций, — это главный, «ключевой» технологический процесс, который определяет гарантированную прочность, несущую способность и эксплуатационную надежность строящихся объектов. Поэтому выполнение сварочных работ при строительстве трубопроводов и связанных с ними сооружений регламентировано специальными международными и национальными стандартами и нормами. Инженерно-технические работники — специалисты по сварке, сварщики полуавтоматической и ручной дуговой сварки, а также операторы сварочных машин — должны быть аттестованы национальными сварочными обществами или комитетами.
Для каждого конкретного проекта аттестованными по сварке специалистами подрядчика разрабатываются технологии сварки (предварительные сварочные процедуры pWPS), регламентированные проектными техническими спецификациями. После одобрения этих процедур специалистами по сварке заказчика и/или независимыми экспертами подрядчику разрешается начать их аттестацию. Для этого на монтажной площадке в условиях трассы или максимально приближенных к таковым свариваются допускные стыки труб или металлоконструкций с использованием сварочного и монтажного оборудования, планируемого подрядчиком к применению на проекте, в присутствии представителей заказчика и независимых экспертов по сварке, привлекаемых заказчиком. Результаты сварки оформляются протоколом. После получения положительных результатов неразрушающего контроля из допускных стыков в соответствии с требованиями проектных технических спецификаций вырезаются образцы для механических испытаний, выполняемых в независимой лаборатории, рекомендованной или согласованной с заказчиком, в присутствии его представителей. По положительным результатам испытаний оформляются соответствующие протоколы и выдается письменное разрешение заказчика на использование аттестованной технологии сварки.
Проект SHВAB-1 в Королевстве Саудовская Аравия по увеличению пропускной способности нефтепровода Шейба—Абкейк включает строительство нефтепровода SHВAB-2 протяженностью 217 км из труб класса прочности Х65, диаметром 30” с камерами приема и запуска очистных устройств и пятью узлами линейных задвижек, а также монтаж 21 узла гашения колебания давления и двух узлов впрыскивания реагентов на действующем нефтепроводе SHВAB-1 диаметром 42”. Контракт реализуется на условиях ЕРС.
Перед началом международных торгов по проекту SHBAB-1 всем претендентам на строительство данного объекта для подготовки технико- коммерческих предложений были переданы тендерные материалы, в состав которых входили предварительные технические требования на выполнение всех видов работ (документ Saudi Aramco 2616 ENG 03/99). Дополнительно выполнение и контроль сварочно-монтажных работ регламентировались стандартами заказчика — нефтяной компании Саудовской Аравии «Saudi Aramco»:
SAES-W-011. Требования к сварке технологических трубопроводов;
SAES-W-012. Требования к сварке трубопроводов;
SAEP-352. Рассмотрение и одобрение сварочных процедур.
Кроме того, перечисленные стандарты дополнялись требованиями международных нормативных документов по сварке трубопроводов и связанных с ними сооружений (API-1104), системе транспортирования жидкостей — для углеводородов, жидкого нефтяного газа, безводного аммиака и алкоголя (ASME B31.4) и стандарта для аттестации сварщиков и сварочных процедур (ASME IX).
В процессе подготовки технико-коммерческого предложения по нефтепроводу SHВAB-2 специалистами Управления строительных технологий «Стройтрансгаза» были внимательно проанализированы и изучены все технические требования на строительство и подготовлены материалы для формирования этого предложения.
После присуждения контракта «Стройтрансгазу» специалистами компании были выбраны технологии сварки и разработаны предварительные сварочные процедуры pWPS с учетом регламентов и требований стандартов заказчика SAES-W-011 и SAES-W-012.
Особое внимание при этом уделялось нетипичным для трубопроводного строительства регламентам и ограничениям заказчика по использованию методов сварки и сварочных материалов. Так, по регламентам заказчика сварку труб диаметром менее 1” и сварку корневого слоя шва труб диаметром менее 2” необходимо выполнять только аргонно-дуговой сваркой неплавящимся электродом (GTAW) с присадкой. Не допускается использование дуговой сварки в защитных газах и сварки порошковой проволокой для выполнения корневого слоя шва стыков труб и угловых соединений, а также использование присадочных материалов с содержанием 0,5% молибдена в наплавленном металле.
Применение электродов с целлюлозным покрытием разрешено только для сварки корневого слоя шва стыков труб.
Отступление от этих регламентов и ограничений, в частности, применение автоматической дуговой сварки в защитных газах (GMAW) с обязательным последующим контролем качества сварных швов компьютезированной автоматической ультразвуковой установкой и сварки порошковой проволокой, требовало специального разрешения заказчика.
Оформление сварочных процедур и протоколов их аттестации должно выполняться по форме, рекомендованной заказчиком. Сварные стыки труб из стали класса прочности Х70 и выше, планируемые к эксплуатации в сернистых средах, подлежали испытанию на коррозионное растрескивание под напряжением. В процессе монтажа и потолочной сварки трубопровода, до окончания сварки «горячего прохода», труба должна была поддерживаться стрелой трубоукладчика, и запрещалось выполнять с ней любые манипуляции. Указанное ограничение резко снижало темп потолочной сварки. Тем не менее разрешался второй ремонт дефектов в сварных стыках. Допускалось и снижение объема радиографического контроля до 10% при условии низкого уровня дефектности, который рассчитывался по специальной формуле, представленной в стандарте SAES-W-012.
Одновременно с разработкой процедур сварки подрядчик должен по форме, рекомендованной заказчиком, составить сводную таблицу сварных соединений, где были бы перечислены и сгруппированы по диаметрам и толщинам стенок все трубопроводы, входящие в состав проекта. Для каждой группы необходимо указывать способ, вид сварки и сварочные материалы, планируемые к применению, определять в соответствии с стандартом ASME IX группу материалов и указывать регламентированные технической спецификацией стандарта SAES-W-012 испытания на твердость, ударную вязкость и послесварочную термообработку сварных швов, если она необходима.
Для выполнения всех сварочных работ на проекте были разработаны и представлены заказчику 14 предварительных сварочных процедур (технологий сварки).
На трассе нефтепровода для линейной потолочной сварки труб в нитку использовались две технологии:
- автоматическая сварка комплексом оборудования CRC AW (сварка проволокой сплошного сечения в среде защитных газов аргон+углекислый газ и углекислый газ), класификация по AWS — GMAW (Gas Metal Arc Welding);
- скоростная ручная дуговая сварка (корневой слой шва и «горячий проход» выполнялись электродами с целлюлозным покрытием, как регламентировано спецификацией SAES-W-012, а заполняющие и облицовочный слои шва варились электродами с основным покрытием способом «сверху вниз»), классификация по AWS — SMAW (Shielded Metal Arc Welding). Такая технология позволила увеличить производительность на 10—20% по сравнению со сваркой всего стыка в целом электродами с целлюлозным покрытием и реализовать преимущества поточно-расчлененного метода организации работ.
Для сварки захлестных и переходных стыков, где применялся наружный центратор, была разработана комбинированная скоростная технология рWPS-2, обеспечивающая при сварке корневого слоя шва электродами с целлюлозным покрытием на прямой полярности способом «снизу вверх» гарантированное проплавление и формирование обратного валика. Заполняющие и облицовочный слои шва сваривались электродами с основным покрытием способом «сверху вниз», что позволило увеличить производительность на 50—70% по сравнению со сваркой способом «снизу вверх».
Кроме того, была предложена традиционная технология сварки таких стыков, когда все слои шва сваривались способом «снизу вверх». Для ремонта дефектов сварных стыков была предложена технология аналогичная технологии сварки захлестов. Остальные технологии разработаны для сварки узлов линейных задвижек, камер приема и запуска очистных устройств, приваривания якорных фланцев, разрезных тройников и врезки бобышек. Перечень всех сварочных технологий, которые использовались на проекте, приведен в табл. 1.
АТТЕСТАЦИЯ СВАРОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Проекты сварочных процедур рWPS направлялись заказчику на согласование. Одновременно специалисты «Стройтрансгаза» по сварке проводили технические совещания с представителями инженерной сварочной службы заказчика, на которых решались основные вопросы по составлению, оформлению процедур рWPS и о порядке проведения аттестации сварочных технологий. Согласование являлось разрешением для их аттестации. Процесс аттестации каждой технологии включал сварку допускных стыков, их неразрушающий контроль и, в случае его положительного результата, механические испытания образцов, вырезанных из этих стыков.
Допускные стыки собирались и сваривались из отрезков труб, поставленных для сооружения нефтепровода, с использованием оборудования, оснастки и инструмента, которые ОАО «Стройтрансгаз» планировал использовать на проекте. Сварка выполнялась сварщиками подрядчика в присутствии инспекторов заказчика.
В процессе сварки контролировались и фиксировались в протоколе: разделка кромок (угол), зазор, качество сборки, температура предварительного подогрева и межслойная температура, скорость сварки, время каждого прохода и промежуток времени между проходами, сила сварочного тока, напряжение, полярность и температура прокалки электродов (только с основным покрытием). По завершении сварки контролировались геометрические параметры сварного шва и, после его принятия заказчиком по внешнему виду, производилось соответствующее клеймение сварного соединения. В дальнейшем допускные стыки контролировались радиографическим методом и, при положительном результате, из них вырезались темплеты (в соответствии со схемой, приведенной в стандарте API 1104) для дальнейшего механического испытания.
Механические испытания осуществлялись в согласованной с заказчиком лаборатории. После окончания механических испытаний оформлялся пакет документов, включающий: записи режимов сварки допускных стыков, протоколы их контроля и испытаний, сертификаты на свариваемые трубы и сварочные материалы, сертификаты сварщиков и т.п. Завершающим этапом аттестации была корректировка WPS (технологических карт) в соответствии с фактическими режимами сварки допускных стыков и утверждение их представителем заказчика.
Представляет практический интерес регламент аттестации процедур ремонта дефектов в стыках, по которому нет четкого разъяснения в спецификациях заказчика и стандарте API 1104. Для такого вида ремонта использовались сваренные по аттестованным технологиям стыки труб, на которых имитировались дефекты корневого слоя шва, заполняющих и облицовочного слоев путем вышлифовки участков протяженностью 250—300 мм на различную глубину (насквозь, половина сечения, снятие облицовки). Затем эти участки сваривались ручной дуговой сваркой по предложенным технологиям WPS-03 и WPS-28. Регламент контроля в процессе сварки и последующие действия были такие же, как и при аттестации основных сварочных технологий (клеймение, неразрушающий контроль, вырезка образцов, механические испытания, оформление протоколов).
Для автоматической сварки с использованием оборудования CRC AW заказчик потребовал в дополнение к основной технологии (как исключение) аттестовать ее модификацию — так называемую «ночную процедуру». Суть этой процедуры заключалась в следующем: допускные стыки труб сваривались корневым, горячим и двумя заполняющими проходами. После перерыва в 24 часа завершалась сварка допускного стыка заполняющим (третьим) и облицовочным проходами. Такая технология при автоматической сварке оборудованием CRC AW позволяла оставлять часть стыков, недоваренных последним заполняющим и облицовочным слоями, для завершения сварки следующей рабочей сменой.
АТТЕСТАЦИЯ ЭЛЕКТРОСВАРЩИКОВ И ОПЕРАТОРОВ
Эта аттестация проводилась в соответствии с вышеназванными стандартами на сварку без механических испытаний образцов из допускных стыков. Для допуска на потолочную сварку труб каждый электросварщик сваривал половину неповоротного стыка по аттестованной технологии. Допускной стык контролировался радиографическим методом, и при положительном заключении сварщик получал допуск на сварку с персональной карточкой-бейджиком.
Для выполнения сварочных работ управление строительством на объекте комплектовалось электросварщиками из России, Индии и Филиппин.
Привлечение иностранных электросварщиков связано с квотами Саудовской Аравии на использование иностранной рабочей силы и более низкой стоимости их услуг по сравнению с российскими специалистами.
Для проведения аттестации технологий сварки и электросварщиков на производственной базе управления строительством на объекте Стройтрансгаз развернул аттестационный полигон, состоящий из десяти сварочных кабин и укомплектованный всем необходимым для резки катушек из труб, сборки и сварки стыков. Поскольку на проекте применялись новые скоростные технологии ручной электродуговой сварки (WPS-01, WPS-02, и WPS-03), незнакомые большинству электросварщиков, перед официальной аттестацией проводилась тренировка в течение 5—12 дней. Кроме того, часть российских электросварщиков перед командировкой обучалась еще в Учебном центре ОАО «Южтрубопроводстрой» в течение 5—10 дней. В целом на проекте было подготовлено и аттестовано 39 электросварщиков, в том числе 29 специалистов из России.
Аттестация операторов CRC проводилась без предварительной тренировки, поскольку они все имели большой опыт работы. В дальнейшем заказчик разрешил проводить аттестацию операторов даже на товарных стыках.
Для сварки на «горячих врезках» (приваривание к действующему нефтепроводу разрезных тройников) были отобраны сварщики высокой квалификации, которые хорошо зарекомендовали себя при сварке линейных стыков магистрального нефтепровода. Их аттестация проводилась на специально изготовленном стенде с имитатором наличия нефти под давлением в условиях более приближенных к реальным. По результатам такой аттестации сварщикам выдавалось специальное удостоверение.
Кроме первичной аттестации на полигоне проводились тренировка и повторная аттестация электросварщиков, отстраненных инспекторами заказчика. В соответствии с требованиями заказчика сварщики, у которых число ремонтных стыков превышало 5% от общего числа сваренных стыков, отстранялись от работы и направлялись на тренировку и повторную аттестацию.
АВТОРЫ
ЛУГУМАНОВ Расиль Варисович,
главный сварщик управления строительства
проекта в Королевстве Саудовская Аравия
ЯЦЕНКО Владимир Петрович,
и.о. заместителя начальника Управления
строительных технологий — главный сварщик
ОАО «Стройтрансгаз», канд. техн. наук
Продолжение статьи
