在用设备的焊接或热分接程序.docx

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在用设备的焊接或热分接程序

在用设备的焊接或热分接程序

Proceduresforweldingorhottappingonequipmentinservice

SY/T6554-2003

自  2003-8-1  起执行

目次　　前言　　1概述　　2热分接机　　3热分接和焊接冶金学及设计　　4准备　　5特殊条件　　6程序　　附录A（资料性附录）建议的热分接检查清单　　前言　　本标准包括了当在用管道或设备上进行热分接，或进行没有热分接的焊接作业时，所需考虑的安全事项。

　　本标准等同采用APIRP2201：

1995《在用设备的焊接或热分接程序》。

　　为便于使用，对于APIRP2201：

1995做了编辑性修改，删去了原标准的特别声明、引言及参考文献。

　　本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。

　　本标准起草单位：

胜利石油管理局安全环保处　　标准主要起草人：

周长江、李志勇、杨洪旭、赵忠、张勇。

　　1概述　　1．1范围　　本标准包括了当在用管道或设备上进行热分接，或进行没有热分接的焊接作业时，所需考虑的安全事项。

在每项工作开始前，为保证所采取的步骤是适当的，宜对热分接和焊接准备一个详细的、书面的程序。

当出现可能关系到人员和设备安全的特殊问题和情况时，可能需要对这些程序进行修订。

　　本标准所描述的热分接和焊接程序适用于用低合金钢和奥氏体钢制造的管道和设备。

其他材料，如铝、铜、塑料和铸钢，可能需要特殊的热分接或焊接程序。

　　热分接是将机制的或焊接的支线管件连接到在用的管道或设备上，并通过钻或切割被连接的管道或设备的那一部分，在该管道或设备上产生开口的一项技术。

通常是在把管道或设备从设施中脱离或用常规的方法进行吹扫和清洗是不可行时才使用热分接。

热分接连接可以在不干扰工艺操作的情况下安全进行。

　　1．2保护要求　　在认真考虑无其他替代方案后，才可以考虑在在用设备上进行焊接或热分接。

　　2热分接机　　2．1概述　　热分接机可以是手动的、气劝的、水力或电驱动的。

这些机器必须能够卡住并能移走切割下来的管件或金属切片。

热分接机的密封和材料必须与管道或容器的内容物相匹配。

钻头或切割器的材料必须能有效地穿透被分接管道或容器的金属。

设计和建造的热分接机应能承受在作业期间施工于其上的温度、压力和机械应力。

　　2．2热分接机需要考虑的事项　　在进行热分接前，宜认真检查热分接机、刀具和定向钻头，以确保它们处于完好的工况，并在必要时，如遇到机械事故或热分接阀门泄漏时，可以留在设施上。

所有的热分接机都有最大的和最小的工作压力，及最高、最低的温度额定值。

在热分接期间，必须对由于操作失常而导致工艺温度或压力改变的可能性予以考虑。

必须注意的是如果移走热力分接机不顺利，热分接机可能必须留在该位置上一段时间（见图1）。

　　图1热分接机　　3热分接和焊接冶金学及设计　　3．1概述　　在在用管道和设备上进行焊接时，需要注意烧穿和裂纹这两个问题。

如果焊接熔池下的未溶化区不再能承受管道和设备的压力，将发生烧穿。

焊接冷却速率过快将产生一个硬质的、对裂纹敏感的焊接微型结构而导致裂纹。

冷却速率快可能是由于在管道和设备内介质快速流动带走热量而造成。

　　在焊接期间，为防止在用管道或设备过热和烧穿，宜考虑对热传输进行评价，以确定热输入量及相应的焊接参数。

同时也宜对预计的焊缝冷却速率进行评价，以确定生成无裂纹的焊缝（和热影响区）所需的热输入量。

　　在含有夹层或其他缺陷的部位上进行不停产焊接时，宜进行工程评价。

必须对被焊接或热分接的容器或管线进行检查，以确保壁厚合适并且没有缺陷。

为减少烧穿的危险，金属的厚度宜适合所涉及的压力（真空）和温度要求，以便能安全地支撑热分接机、设备和人员。

　　焊接应根据被焊金属材料的化学成分和机械性能确定。

焊接材料、热分接管件的理化性能必须与被焊设备或热分接的理化性能相适应。

例如，常常建议采用低氢焊条来减少焊接裂纹的问题。

对于高抗拉强度钢，可能需要考虑进行特殊的焊接，以避免产生裂纹，并满足焊后热处理的需要。

　　3．2预防烧穿　　为避免过热或烧穿，宜根据类似管道或设备的焊接经验，和（或）根据热传输的分析来制定焊接规程。

为降低烧穿的可能性，对厚度小于（1/4in）的设备或管道系统，第一个焊道宜利用（3/32in）或更小直径的焊条，来限制热输入量（注意：

利用低热输入水平可能增加高碳当量材料发生裂痕的危险性）。

若是金属的厚度不超过（1/2in），随后的焊道焊接宜利用（1/8in）或更小的焊条。

　　对于壁厚超过（1/2in）的设备或管道，烧穿不是要紧问题，能够利用较大直径焊条。

在有可能发生烧穿的地址，宜注意幸免利用过大的焊接电流。

在许多情形下，利用低氢焊条能够减少烧穿的可能性。

　　3．3管道内介质的流动　　在热分接时，对于金属厚度小于（1/4in）的，适本地流动能够降低几种不良危险情形发生的可能性。

当维持流动时，由于金属温度升高产生的过热液体、烧穿及流体在封锁系统内产生热膨胀的可能性是极小的。

但是，过快的流动可能增大焊缝的冷却速度和裂纹产生的可能性。

因此，当焊接时，最好是既要幸免太低的流速，同时也要幸免太高的流速。

需要的最小流速是在降低烧穿的危险和产生裂纹的可能性之间来衡量。

　　对于厚度在（1/4in）和（1/2in）之间的金属，流动会加速焊缝的冷却速度及产生裂纹的危险。

降低流速以减少发生裂纹的可能性，并使发生焊穿的危险性维持在一个较低的水平。

　　在某些情况下，例如当在火炬管线上进行热分接或焊接时，流动可能不充分或中断，这样在焊接作业期间可能产生易燃混合物。

在这些情况下，为预防产生易燃混合物，需要用蒸汽、惰性气体或氮气充满管线。

　　3．4金属厚度　　管道或设备的母材厚度必须能支撑新的连接和热分接机。

否则可能需要对热分接机增加加强圈板或附加支撑。

母材严禁有夹层、氢脆或应力腐蚀裂纹。

必须由一个称职的人对可能影响焊缝质量的缺陷做出评价。

　　应在说明书中对工件的最小母材厚度的要求加以说明。

（3/16in）是大多数焊接和热分接所推荐的最小母材厚度。

为预防烧穿，实际的母材最小厚度是强度所需厚度的函数，即为强度所需厚度加上一个平安厚度[一般是（3/32in）]当由公司的专家规定的壁厚符合冶金和压力限制要求时，也可采纳不同于推荐值的壁厚。

　　3．5管件　　应由一个工程师或有经验的专业技术人员来选择合适的管件进行连接。

管件必须尺寸合适，与热分接机相匹配，允许热分接机的刀具在其行程限度内可以到达最大深度，当取回刀和切片时，不能影响分接阀的关闭。

　　3．6焊后热处理　　有些设备或管道不适于在用条件下进行焊接，这是因为该金属的冶金性能和内含物需要焊后热处理。

而焊后热处理通常不能在设备或管道加压的情况下进行。

在这种情况下，宜考虑用机械的方法来连接管件。

　　3．7金属温度　　如果金属温度足够低（低于空气露点），在焊接前应考虑预热焊接区，以保证金属表面不结水气。

除非采取特殊措施，例如提供临时的掩体、空间加热器等，否则当大气温度低于－45℃（－50°F）时，通常不宜直接在管线或设备上进行焊接。

　　当母材碳当量或应力高时，焊接程序可能要求进行预热以避免产生裂纹。

　　3．8热分接连接和焊接设计　　除非通过工程审查，否则宜避免在距法兰或螺纹连接少于460mm（18in）内，或在大约距焊缝（包括焊接管线的纵向焊缝）70mm（3in）内进行焊接或热分接。

确保把连接件放在便于热分接机的安装、操作和移动位置上。

必需按相应标准的要求设计热分接连接和焊接修理及变更。

　　3．9管道和设备的内容物　　注意：

除非通过工程评价证明该操作程序是安全的，否则真空状态下（即在低于大气压的情况下操作）不宜在管道或设备上进行焊接或热分接。

　　注意：

不宜在装有下列物质的管道或设备上进行焊接和热分接：

　　a）接近或在易燃爆炸极限范围内的气体和空气或气体和氧的混合物；焊接的灼热可能导致气体混合物进入易燃极限范围。

　　b）氢气：

除非由一个工程师或有经验的专业技术人员进行了相应的工程评价，批准在这些设备上进行焊接；在工艺操作中，碳和铁素体合金钢对高温氢脆敏感；所以必须进行审查，以确保增经运行过的设备所涉及的特殊钢材处在NELSON曲线内。

　　c）过氧化物、氯化物或其他化学物质可能因焊接灼热而产生剧烈分解或成为危险物质。

　　d）苛性碱、胺类、酸类（例如HF酸）；如果制造说明书说明在该浓度和温度条件下需要进行焊后热处理，这些设施可能在焊缝区或热影响区产生裂纹。

　　e）某些不饱和烃类（例如乙烯）；这些烃类可能会由于焊接作业产生放热分解反应，在管壁和设备壁上产生局部热点而可能导致损坏。

　　f）氧气或富氧空气（注意：

在富氧气氛下所需的氧气量随每种产品的可燃极限的变化而变化）。

氧气可能造成气体混合物进入易燃范围内并且可能影响被焊的母材。

　　g）压缩空气，除非知道没有易燃和可燃物质，例如润滑油的残渣。

　　4准备　　4．1书面计划　　在在用管道或设备上进行热分接和焊接前，需准备一个书面的工作计划，包括如下内容：

　　a）连接设计。

　　b）热分接程序。

　　c）详细的书面焊接程序（符合相关规范的要求），如合适，写明具体的焊接工艺规范参数。

　　d）健康、安全、消防、应急反应和其它相关程序及说明，包括业主和用户的要求。

　　4．2工艺危险管理　　应考虑由于使用热分接连接可能给工艺系统带来危险。

　　4．3人员资质　　焊工必须符合有关的规范和规程的要求。

他们应充分地熟悉拟使用的焊接设备和热分接及焊接程序。

只有有技能的人员才能安装和组装热分接机。

这些技能可能通过岗上培训或通过由热分接机厂商提供的正规培中来得到。

　　4．4毒性考虑　　试验表明过长或反复地暴露在有些石油液体或气体中可能是有害的。

在这个区域内对拟被热分接或焊接的管线和设备内的物质进行鉴定。

　　尤其是在焊接含有铅、锌、镉、铍或某些其他合金金属时，可能因焊接产生毒气。

有些油漆，特别是含铅的，当受热或燃烧时可能产生毒气。

毒性依照毒气的成分和数量而定，毒气则应依照被焊接的材料的成分和数量而定。

焊接耗材的成分、任何涂层或油漆、所使用的工艺、使用的情况和条件都可能影响毒性。

　　如果存在暴露于危险的可能，应提供相应的控制措施，包括如下方面：

　　a）通过测量和分析来确定暴露于危险的程度。

　　b）通过工程或行政管理控制，或通过提供适当的个人防护设备来减少皮肤接触和气体或毒气的呼吸量。

　　c）保持工作区域干净和良好通风，立即清扫溅落物。

　　d）使用肥皂和水或认可的清洁剂来洗掉与皮肤接触的材料，不要使用汽油或类似溶剂。

　　e）立即移走或洗掉油浸衣服，不要使用油浸的皮手套、围裙或其他材料。

　　5特殊条件　　5．1在用罐上热分接和焊接　　在进行热分接或焊接时，与罐作业相关的危险包括但不限于：

　　a）罐通风，气体可能到达正在进行焊接的外部区域。

　　b）罐内产品的液位升高或溢流。

　　c）不注意会导致罐内液体液位低于焊接点，从而使液体不能对罐进行冷却，并且使储罐内的气体空间暴露一个点火源。

　　除非采取适当的控制措施来预防易燃气体到达焊接区域，否则不应在在用罐的外部进行焊接。

当在焊接区域内探测到易燃气体时，应立即停止焊接工作。

　　当在在用罐上进行热分接或焊接时，应保持液面距焊接点至少1m（3ft）以上。

不要在常压储罐的液面上进行热分接或焊接，因为在罐的气体空间内可能存在潜在的爆炸气体。

可通过手动计量尺来测量罐的液面以验证自动或远距离计量表的准确性。

　　5．2浮顶罐甲板上热分接或焊接　　焊接不允许在用浮顶罐的甲板上进行。

在下列特殊位置浮顶罐具有独特的易燃性危险：

　　a）在浮筒内。

　　b）在甲板和液面之间，接近罐顶计量浮子部件。

　　c）在浮顶密封排气口附近。

　　d）在浮顶提升腿通风口附近。

　　e）在一级或二级密封之间。

　　f）在浮顶排水口附近。

　　5．3在基准面上或下进行热分接或焊接　　对于在基准面上或下进行热分接或焊接，应该提供容易接近出口的措施。

为确保坑道或有限空间内的气体对于进入和热作业是安全的，应对氧气、易燃气体、有毒空气污染物进行测试，并在颁发的许可证上列出要求及批准进入有限空间并在其内进行热作业的证明。

　　如果缺乏氧气、有易燃气体、或有危险空气污染物的存在，应用鼓风机或其他可靠的方法进行通风。

也可能需要提供呼吸设备，对危险的污染物、气体、或由于焊接所散发出的气味进行防护。

在工作过程中，也可能需要进行空气监测，以确保空气质量保持在容许的安全水平内。

　　5．4在带衬里管线、带衬里设备或加套管管线上热分接或焊接　　除非通过特殊的程序或工程评价得到专门的认可，否则热分接或焊接不允许在复合金属、或带玻璃、铅、耐火材料、塑料、或钢衬里的在用管线或设备上进行。

　　当在穿了套管的地下管线上进行热分接或焊接时，必须注意确保环形空间内没有气体，并且作业是在管线上而不是在套管上进行。

　　5．5设备和阀门的上游热分接　　应避免在旋转的设备或自动控制阀上游进行热分接，除非用过滤器或分离器对这些设备进行保护以防切屑。

　　6程序　　6．1预备程序　　在进行热分接或焊接前，应满足下列条件：

　　a）在进行热分接期间，需有一个能胜任的人在场。

　　b）确定拟进行连接的区域并做好标记。

　　c）验证金属厚度，并由一个胜任的人对可能影响正确焊接的金属缺陷进行评价和认可。

　　d）制定一个计划以监测和控制在进行热分接和焊接时过程的变化，使其在许可的范围内。

　　e）对易燃气体、氧气和危险的空气污染物进行一切必要的测试，以确保有一个安全的环境。

　　f）评价潜在的安全和健康危险，提供个人防护设备，必要时提供防火服。

　　g）颁发进入有限空间和进行热作业的许可证，要求在该区域内进行热分接或焊接持有此证。

　　h）建立消防监测，配备合适的干式化学灭火器或带压的消防水龙带。

　　i）当必需把工作场所与公众及未授权的人隔离开时，设置警告标志和围栏。

　　j）建立应急程序，时刻准备好以便在遇到紧急事件时能隔离工作场所。

　　k）培训人员熟悉热分接或焊接程序及相应设备的使用及位置。

　　6．2焊接　　下列要求适用于焊接操作：

　　a）针对特殊情况选择和使用合格的焊接程序。

　　b）确保焊工符合特殊的焊接程序要求。

　　c）在焊接前确保管件得到适当的就位和支撑，避免热分接机未对准的情况发生。

　　d）如果扬尘、下雪、或下雨，在清扫、准备、焊接和焊缝检查期间，应对焊接区域进行防护。

　　6．3焊缝检查　　焊接完成后检查所有的附件的焊缝情况。

在热分接机安装前，建议使用渗透、超声波、或磁粉进行检查。

在第一层焊接完成后，如果要进行这些检查，焊接区域必须将任何外来的物质或残渣彻底清扫干净。

这些测度不能代替水压或气压试验。

　　注：

如果确定对连接件予以加强，作业人员可能希望对开口在安装加强圈前进行压力试验。

　　6．4热分接机安装　　安装热分接机时应依照制造商的说明书和下列事项：

　　a）用于热分接阀门必须尺寸和等级合适、金属成分匹配、并且是一个全开式阀门。

在安装前宜对阀座的泄漏进行试验。

　　b）在安装时，阀门需对准管口法兰的中心。

　　c）操纵钻杆通过阀门开口以确保切割器不被卡住。

　　d）仔细地计算切割器的行程以确保热分接可以在尺寸极限范围内完成，可使切割在切割器或定向钻头接触到所分接的管线或设备的对边前停止，并且可使切下来的切片退回到不影响热分接阀门关闭。

　　e）确保泄放阀门能保持压力并且没有堵塞。

　　f）应确保已采取了预防措施，能安全地抽出及处理机器内从热分接阀门上面收集到的物料。

　　6．5焊接和热分接机检测　　在开始切割前，宜检测焊接连接件和热分接机，以确保符合相应的规范要求。

检测项目如下：

　　a）检验螺栓、填料、填密螺母及任何分支管线的紧密性，以防止可能发生的泄漏。

　　b）如果管线或容器当前的温度允许，宜根据相应的规范做一次水压试验；需考虑金属的温度以防脆裂；试验压力至少等于拟分接管线或容器的工作压力，但不宜超过当前内部工作压力约10%，以避免管线或容器壁的内部损坏；但是如果在通常测试条件下可能导致管线或空器壁的损坏，则试验压力可以降低。

　　c）如果因为温度的关系不能进行水压试验，可以用空气或氮气对焊缝上进行肥皂溶液的气密性试验；在高温下，仅在进行仔细的评价后才能进行空气试验，以避免产生潜在的易燃混合物。

　　6．6完成　　一旦作业开始，宜不间断地进行，直到热分接完成并且关闭了阀门：

　　a）通常可能通过手动曲柄阻力的减小或驱动马达的加速来判断切割是否已完成。

　　b）缩回钻杆开关闭阀门的时间宜根据制造商的说明书来进行；如果切片丢失，不要试图用热分接机将其取回。

如果必需将切片找回，可能需要关掉设备，降压并打开管线。

　　c）宜采取措施来控制滞留在热分接机内的流体和气体，当作业完成时，这些流体和气体可能由于热分接机的移开而泄漏。

　　附录A　　（资料性附录）　　建议的热分接检查清单　　为了有序地完成热分接操作，可以用检查清单进行提示。

特殊的工作情况可能规定了更多的预备步骤。

这个检查清单可以作为工作记录予以保存。

　　位置：

　　日期：

　　工作：

　　准备人：

　　一、在开始热分接作业前　　在开始热分接作业前宜满足下列注意事项：

　　1．审查/遵守制造商说明书。

　　2．是否对拟热分接或焊接的管线或容器的内容物进行过评价，以保证所采取的程序是合适的？

　　3．在加热条件下管线或容器内的介质是否稳定？

　　4．是否按照第3章的要求，进行连接件的设计？

　　5．拟在热分接的管线或容器上安装的法兰、螺栓、垫片、管子和阀门是否符合规范？

　　6．焊接程序说明书是否已经根据第3章要求编制出来？

　　7．是否已经得到批准的工作许可证（热作业、有限空间进入等等）？

　　8．审查制造商的说明，以确保热分接机对该项工作来说有适合的压力、温度额定值及足够的切割器行程。

　　9．阀门是否已经过压力试验以确保阀门能工作和可靠？

　　10．是否已在管线或设备上对热分接的准确位置进行了确认和标定？

　　11．是否对拟焊接的区域进行了厚度检查，并确保没有焊缝、夹层、氢脆或其他冶金学缺陷？

　　12．如果发现夹层或缺陷，是否进行了彻底的工程评价，以确定是否及如何进行该项作业？

　　13．是否了解管线或容器的冶金情况，管线或容器与连接管件是否相匹配？

　　14．该区域是否能支撑热分接机的重量，是否对热分接机及支管有合适的牵引或支撑？

　　15．如果焊接区域需要焊后热处理，是否根据第3章的要求进行了适当的审查？

　　16．是否有足够的空间安装热分接机并通过阀门抽出切割器？

　　17．是否有足够的空间通过阀门缩回切割器或切片？

　　18．热分接管件的长度是否合适并与热分接机的操作相匹配？

　　19．在热分接区域内是否进行了氧气、可燃气体及有毒空气的测试？

　　20．是否指派了一个消防观察员并提供了相应的消防设备？

　　21．是否对在该区域的所有人员提供了相应的个人防护装备？

　　22．拟进行热分接的区域是否位于罐的液面下方，或者在已具有流体流动的管线或容器上？

　　23．是否有合适的储存区域及空间作为作业或应急通道？

　　24．在发生事故时，是否有合适有效的程序以隔离工作区域？

是否由受过培训的人员来执行程序？

　　25．是否对焊缝检查和压力试验阐明了要求，并且所有的测试设备都齐全并处于良好的工作状态？

　　二、开始焊接前　　在开始焊接前应满足下列事项：

　　1．焊工是否符合认可的焊接程序（规范）要求？

　　2．是否需要对焊接区域进行预热？

　　3．管件是否正确就位以避免热分接机不对位的情况发生？

　　4．所装物料的压力和温度是否降低到工艺操作允许限度？

　　5．是否考虑了第3章、第4章和第5章有关流量、压力和液位的要求？

　　三、开始切割前　　在开始切割前是否满足了下列事项：

　　1．是否对焊缝进行了检查和检验？

　　2．是否对热分接管件进行了压力试验？

　　3．是否对热分接阀门、填料、垫片和螺栓进行了泄漏检查？

　　4．是否对热分接机的填料或密封垫进行了检查？

　　5．是否对泄放阀的关闭情况进行了检查以确保它能承压，可以操作并且不堵塞？

　　6．导向钻头和切削截齿的所有螺栓是否紧固？

　　7．切片抓爪是否在导向截齿上？

　　8．法兰上阀门是否对中？

　　9．切割的深度是否经过计算以避免切到管子的对边？

　　10．穿过阀门的钻杆是否有畅通的通道？

　　11．如果必要，热分接机和阀门是否经过了吹扫？

　　四、移动热分接机前　　在移动热分接机前，应满足下列要求：

　　1．在关闭热分接阀门前，是否按照制造商说明证实钻杆已充分的缩回？

　　2．热分接阀门是否已经关闭？

　　3．泄放阀是否已经开启？

　　4．在从法兰上卸下螺栓前，热分接机的压力是否已经释放干净？

　　5．是否采取了措施使热分接机内无任何液体或气体？

　　五、移走热分接机后　　1．清洗热分接机，从管线或设备中移走各种烃类/化学物质。

　　2．适当地处理所有的抹布、吸收垫和其他清洗材料。

发布单位：

国家经济贸易委员会

提出单位：

石油工业安全专业标准化技术委员会

起草单位：

胜利石油管理局安全环保处

批准单位：

国家经济贸易委员会2003-3-18