管材失效风险因素分析

1、管材失效风险因素分析 天然气管道输送压力高、钢材等级高、管径大，如我国正在建设的 西气东输二线，其输送压力达到了 12MPa管径达到了 1219mm所 采用的钢材等级为X80。管道一般以埋地敷设方式。所以引发天然气 管道事故的主要危险、有害因素表现为：管道应力腐蚀开裂、腐蚀 穿孔、管材缺陷或焊口缺陷等。一、应力腐蚀开裂较高的压力使管道面临应力开裂危险。应力开裂是金属管道在固定 拉应力和特定介质的共同作用下引起的，对管道具有很大的破坏性。 管道应力腐蚀开裂的特征见表 2-6。表 2-6 管道应力腐蚀破坏特征因素特征发生地区与特定的地面条件有关。 65%发生在压气站和下游第一阀室之间， 12% 发

2、生在第一和第二阀室之间， 5%发生在第二和第三阀室之间， 3%发 生在第三阀室下游与温度关系 较冷气候带明显多发。与管道温度既明显关系与电解质关系中性pH值的稀碳酸盐溶液，其值在5.57.5之间电化学电势腐蚀电势，阴极保护不能达到的地点裂纹的路径和形状穿透颗粒（横过钢颗粒 ） ，宽裂纹带边壁有明显腐蚀 环境因素、材料因素、拉应力，其单方面或三方面都能引发管道的 物理应力开裂。1. 环境因素环境温度、湿度、土壤类型、地形、土壤电导率、C02及水含量等对应力腐蚀将造成峥定的影响。黏结性差的防腐层以及防腐层剥离区， 易产生应力腐蚀破裂。2. 材料因素应力腐蚀开裂与管材制造方法 （ 如焊接方法 ）、管

3、材种类及成分、管材杂质禽虽（大于200250am的非金属杂质的存在会加速裂纹的形成) 、钢材强度及钢材塑性变形特点有关。管道表面条件也对裂纹的 产生起着重要作用。3. 拉应力主要包括制造应力、工作应力、操作应力、循环负荷、拉伸速率、 次级负载等。二、CO2腐蚀失效如果所输天然气组分中CO2含量高，在管输压力下，C02分压有可能 接近发生C02电化学腐蚀的临界值，同时，C02为弱酸性气体，它溶 于水后形成H2CO3对金属有一定的腐蚀性。CO2腐蚀与管输压力、 温度、湿度等有关，随着系统压力的增加，而导致腐蚀的速度加 快。1.CO2腐蚀的危害形态(1) 不均匀的全面腐蚀与点蚀C02引起的腐蚀常常是

4、一种类似溃疡状的不均匀全面腐蚀，严重时可 能呈蜂窝状。在金属表面形成许多大小、形状不同的蚀坑、沟槽等。几乎所有的合金在 CO2环境中都可以发生点蚀，其点蚀坑周边锐利、 界面清晰，可在较短的时间内完全穿透管壁。(2) 冲蚀管子截面变化部位和收缩节流部位的介质流速增高，C02腐蚀加剧, 如果气流速度增加 3.7 倍时，则其腐蚀速度增加 5 倍。(3) 应力腐蚀破裂在碱性介质中，C02及碳酸盐可造成碳钢的应力腐蚀破裂。氧的存在 会加剧这种破裂发生的可能。2.CO2腐蚀的影响因素(1) 材料因素合金元素对材料的耐CO2腐蚀性能影响很大。有实验证明，Cr、Co 能提高材料的耐C02腐蚀性能；C Cu使材

5、料的耐CO2腐蚀性能下降； Mo的影响不大；Ni含量小于5%寸有害，含量大于5%寸，可显着提高 材料的耐蚀性能。(2) CO2 的分压及水的组成CO2的分压对腐蚀速度影响最大，分压越大，溶入介质中的C02越多,溶液的pH下降，金属的腐蚀速度越大。某些溶解物质对水具有缓冲 作用，可阻止pH值降低，进而减少CO2的腐蚀。(3) 温度的影响温度是影响CO2腐蚀的重要因素。温度小于60C时均匀腐蚀，其腐 蚀速度受CO2扩散并进而生成H2CO速度的控制，当温度升高时， CO2的腐蚀速度急剧增加。（4） 介质的 pH 值与流速的影响 当介质的pH值升高时，C02的腐蚀性减弱；当介质的流速增高时， C02勺

6、腐蚀速度加剧。三、管道腐蚀穿孔管道腐蚀穿孔分为内腐蚀穿孔和外腐蚀穿孔。内腐蚀主要是由于酸 性气体（如H2S CO2等）与天然气中的水结合，形成酸性物质从而对 管道内壁形成腐蚀。外腐蚀主要是由于埋地钢质管道的防腐层，在 实际工作中防腐质量不能完全保证、管道施工可能造成防腐层机械 损伤以及地质灾害等因素可能造成防腐层破坏，导致管道腐蚀，引 发事故。1994年7月23日，加拿大管道公司一条直径 914mm壁厚 9.14mm管材X65）的输气管道在东部安大略省 Lafeliford 附近爆裂 起火，大约20m长的管道飞出地面，炸出了一个宽 16m长36m深 2 4m的大坑。通过对断白处管材金相检查看出

7、，由于外腐蚀使管壁 过度变薄，造成管材剪切 -延性超负荷断裂。引发爆裂的一大片外腐 蚀区，长约1440mm宽约1210mm约70%勺管壁厚度已被腐蚀。四、管道建设施工隐患材料缺陷或焊口缺陷这类事故多因焊缝或管道母材中的缺陷在带压 输送中引起管道破裂。长输管道施工中如组对不够精细、焊接工艺 欠佳，使得焊口质量难以达到预想的目标；如焊缝内部应力较大， 材质不够密实、均匀等，因而使其性能潜力未得到充分发挥 （甚至未 达到设计的使用年限 ) 。管道运行中，受到频繁的温度波动、振动等 作用，其焊缝处稍有细微之缺陷，易于引发裂纹。另外，管道的施工温度与输气温度之间存在一定的温度差，造成管 道沿其轴向产生热

8、应力，这一热应力因约束力变小从而产生热变形， 弯头内弧向里凹，形成折皱，外弧曲率变大，管壁因拉伸变薄，也 会形成破裂。由于管道建设呈现出施工区域广、地形复杂的特点，所经地区有平 原、水网、沙漠、沼泽地及山地等。从施工角度来讲，地形越复杂， 焊接施工的难度越大，因此也更易出现各类焊接缺陷。常见焊缝缺 陷类型为未熔合、夹渣、未焊透、裂纹和气孔等。表 2-7 列出了国 内某管道建设中抽查的约 2000 道焊口中出现的焊接缺陷统计分析结 果。表 2-7 几种常见焊缝缺陷的出现概率 %未熔合夹渣未焊透裂纹 气孔其他 262119151361. 未熔合未熔合是指焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化结合 的部分。分为根部未熔合、层间未熔合、坡口未熔合三种，其中根 部未熔合出现概率较大。未熔合属于面状缺陷，易造成应力集中， 危害性仅次于焊接裂纹。产生原因主要是由于焊接电流过小、焊速过快，热量不够或者焊条 偏离坡口一