天然氣管道開裂失效分析

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（安徽省特種設(shè)備檢測院，安徽 合肥 230051）

天然氣廣大需要一定高級別的可靠性和安全性，開裂失效事故為使用中的管道敲響了警鐘，天然氣管道失效案例更不在少數(shù)。為尋找失效事故發(fā)生原因，采取試驗(yàn)研究等方法，做了很多壽命預(yù)測和完整評估等工作以預(yù)防管道服役過程中異常失效事故的發(fā)生。

一、概況

某天然氣輸送管道運(yùn)行過程中突然開裂著火，為了查清事故原因，對開裂管道進(jìn)行失效原因

分析。失效管道材質(zhì)為L390 螺旋鋼管，直徑508mm，壁厚7.9 mm。輸送介質(zhì)為天然氣，設(shè)計(jì)壓力6.4 MPa，操作壓力4.6 MPa，管道埋地，外部采用環(huán)氧粉末防腐涂層，配有外加電流陰極保護(hù)措施。

二、原因分析

（一）化學(xué)成分分析

在發(fā)生開裂的管道和未發(fā)生開裂的管道分別取樣，在火花直讀光譜儀上進(jìn)行成分分析，通過結(jié)果可以看出，開裂管道和未開裂管道測試結(jié)果與產(chǎn)品質(zhì)量證明書提供成分相符，且符合GB /T 9711—2011 要求。

（二）金相分析

在發(fā)生開裂的管道和未發(fā)生開裂的管道分別取樣，通過機(jī)械磨拋，并用5% 硝酸酒精溶液侵蝕后，觀察金相組織。開裂的管道和未發(fā)生開裂的管道組織均為鐵素體+少量珠光體，晶粒度為9 ～10 級，開裂管道存在帶狀組織，評級為A2 級。管道大部分區(qū)域?yàn)檎鸾M織，在靠近劃傷部位晶粒被嚴(yán)重拉長。

（三）氫含量測試

在開裂管道靠近劃傷區(qū)域和未開裂管道上分別取小塊試樣，進(jìn)行金屬內(nèi)部氫含量測試，顯示開裂管道試樣氫含量是未開裂管道試樣的2 倍，而且破裂管道金屬內(nèi)的可擴(kuò)散氫在管道燃燒、試樣加工等過程中大部分已逃逸，所測得的氫含量應(yīng)比管道運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的氫含量要低。

（四）力學(xué)性能測試

在失效鋼管的母材上沿環(huán)向制取3個(gè)全壁厚矩形板狀拉伸試樣和3個(gè)5mm×10mm×55mm 的V 型缺口沖擊試樣，對上述試樣進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)和-5℃夏比沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明試樣1的斷后伸長率略低于GB/T9711-2011 標(biāo)準(zhǔn)中對X60 管線鋼標(biāo)準(zhǔn)要求的下限，其余均符合標(biāo)準(zhǔn)要求?？紤]到試樣表面粗糙會影響材料塑性變形的能力，因此認(rèn)為鋼管母材的力學(xué)性能基本滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（五）爆裂失效原因綜合分析

1.管道爆裂失效與介質(zhì)相關(guān)。由于該管道輸送的介質(zhì)為石油伴生氣，未經(jīng)處理干燥屬于濕氣。輸送的天然氣中含有CO2、H2S、水、CL- 等雜質(zhì)，當(dāng)酸性氣體溶解在水中時(shí)會具有

較強(qiáng)的腐蝕性。水汽，管道內(nèi)部的水只以氣態(tài)存在時(shí)，不會造成嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕。液態(tài)水是發(fā)生較嚴(yán)重內(nèi)腐蝕的必要條件。輸送介質(zhì)中的CO2、H2S 等酸性氣體會溶解到液態(tài)水中形成嚴(yán)重腐蝕，是造成本次管道爆裂失效部位管道底部的原因所在。二氧化碳，CO2 是天然氣管道內(nèi)部的主要腐蝕介質(zhì)，影響CO2 腐蝕的主要因素有濃度、溫度、壓力和pH 等。CO2 腐蝕主要是天然氣中的CO2 溶于水中生產(chǎn)碳酸引起的電化學(xué)腐蝕。

2.管道爆裂失效與沖刷腐蝕相關(guān)。在氣體流速較高，壓力較大時(shí)，管道受沖刷腐蝕比較嚴(yán)重。由于腐蝕產(chǎn)物被氣流帶走，新的金屬面不斷裸露，加速了腐蝕。本次爆裂失效的管段

處于埋深的低點(diǎn)，爆裂部位有明顯沖刷痕跡。

3.設(shè)備材質(zhì)的化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相分析未見異常。由于爆裂失效只發(fā)生在管道底部積水位置，這說明介質(zhì)為導(dǎo)致失效的主要因素，而材質(zhì)不是影響管道失效的主要因素，即不是爆裂失效的直接原因。

三、結(jié)論

管道爆裂失效的原因由三方面造成。其一管道內(nèi)輸送介質(zhì)中的CO2、H2S 等酸性氣體溶解到液態(tài)水中形成電化學(xué)腐蝕；其二外部雜散電流對管道造成腐蝕；其三高速氣流的沖刷使金屬表面不斷裸露，加速了腐蝕反應(yīng)。應(yīng)采取以下措施進(jìn)行預(yù)防：

1.增加內(nèi)涂層防腐，使管道內(nèi)壁和流體之間形成有效隔離層，不使腐蝕性物質(zhì)與管道直接接觸，達(dá)到減緩腐蝕的目的。

2.添加緩蝕劑，以減少介質(zhì)對管壁的腐蝕。

3.提高管道防腐層質(zhì)量、加裝絕緣法蘭等方法減小雜散電流對金屬管道的影響。