万常顶油气线穿孔部位检验分析研究及预防措施

1、.论 文500万常顶油气线穿孔部位检验分析研究及预防措施单 位：天华化工机械及自动化研究设计院所在部门： 第三研究部无损检测技术研究所 作 者： 高 超 指导老师： 杨 海 军 论文日期： 2012年7月7日 500万常顶油气线穿孔部位检验分析研究及预防措施作者：第三研究部 高超 指导老师：杨海军摘 要：本文针对中国石油兰州石化公司炼油厂500万常顶油气线管道三通的穿孔部位，运用电光能等实验检测手段，来检验常顶油气线三通部位穿孔情况以及产生原因并提出相应的预防措施。ABSTRACT ：According to refinery 5 million oil and gas pipe line t

2、hree top punched parts of the LanZhou petrochemical company of China National Petroleum Corporation, using electric light energy of the detection means, to test the top three parts of oil and gas lines often perforation condition and causes and puts forward some corresponding preventive measures. 关键

3、词：检测检验，腐蚀，光谱，能谱前 言：中国石油兰州石化公司炼油厂500万装置，由于其安装较早，投入使用年限较长，油气线管道布置工艺不大合理，而且平时检修安排科学性差，所以难免会存在一些陈旧装置和管道。而这些装置和管道在设计和安装时又存在诸多不合理的结构，虽然其基本能满足生产需求，但时有会发生一些极其危险的泄漏事故。因此，有必要对此装置和管线进行检测检验分析和提出进一步的改造预防措施。该装置管线的特性数据罗列如下： 绪表 装置管线特性数据列表管道名称常顶油气线型号规格377×9.5mm标称材质碳钢设计压力0.28Mpa工作压力0.03 Mpa设计温度60工作温度40工作介质常顶油气(含

4、有汽油、瓦斯、硫化氢及一定量的水)介质流向空冷器（A-102）至常顶回流罐（D-103） 1. 常顶油气线穿孔部位检验检测分析1.1 宏观检查 针对500万常顶油气线管道，由于其经常受到一些汽油、瓦斯、硫化氢等腐蚀性介质的腐蚀，而且常年暴露在空气中，容易受到各种各样化学的物理的机械的或者电化学的破坏作用，所以首先在其宏观上常常表现出一些我们可以通过观察或者简单测定其某些数据进而确定其目前状态的特征。所以，有必要首先通过宏观检查的方式来对常顶油气线穿孔部位进行检验检测分析。 由于500万装置常顶油气线穿孔部位周围的管线特性数据和穿孔部位形成了一定程度上的对比，所以，有必要将其整个介质经流的管线图

5、样都在此进行示意图分析。这样才能更全面的分析常顶油气线穿孔部位检验检测数据，进而找出造成穿孔的具体原因，以及提出科学可行的预防措施。因此，将常顶油气线图样及取样部位具体情况附 图1.1 如下。图1.1 常顶油气线相关结构及取样部位示意图 1.1.1 常顶油气线宏观检查的大面积穿孔状况及取样情况由于常顶油气线在生产过程中要受到介质强烈地冲刷腐蚀，而其冲刷腐蚀穿孔的状况在宏观上会表现出一些可以识别的宏观形态，所以我们针对其宏观检查的大面积穿孔状况及取样情况如下。图1.2 常顶油气线宏观检查大面积穿孔部位及取样位置 根据以上宏观检查，对 图1.1 中常顶油气线进行全面检查的结论如下：（1）常顶油气线

6、外径377mm，母材为碳钢；（2）常顶油气线从空冷器（A-102）至常顶回流罐（D-103）东侧第一个承插式三通背向发现有一贯穿性孔洞，边缘不规则（面积约50cm2），孔洞边缘明显腐蚀减薄，孔洞正对上方插管，孔洞所在直管段东侧为管封头结构；（3）常顶油气线穿孔管段内壁靠近底部附着有大面积锈蚀层。1.1.2 常顶油气线穿孔部位对应三通测厚分析由于常顶油气线最东侧第一个承插式三通宏观来看受介质腐蚀破坏严重，所以有必要再进一步对其环向进行测厚，测厚的位置如 图1.1 中图示。鉴于其材质为20#钢，我们对其表面进行简单除锈并且敷以工业甘油后，用26XTDL 型测厚仪对其环向均匀取六点进行测厚，测厚数据

7、见下表 1.1 ，检测结果显示规格为377的三通环向部位孔洞周边管壁严重减薄。为便于清晰的显示测厚的情况以及结果，现在给出原始测厚数据如下：表1.1 常顶油气线测厚数据测量仪器型号26XTDL测量仪器编号DT-18测量仪器精度±0.01mm耦合剂工业甘油公称壁厚-实测最小壁厚4.0mm表面状况除锈实测点数6点检测部位示意图：图1.1。管 件名 称编号规 格测 厚 数 据 (mm)123456备注三通S13778.48.08.07.66.94.0检测结果：孔洞周边管壁严重减薄，实测值为4.08.4mm。 综上所述，经过对500万常顶油气线管道的宏观检查和背向三通穿孔部位的测厚数据分析,

8、可以从结果得出由于受到来自从空冷器（A-102）至常顶回流罐（D-103）流经的介质的冲刷作用，其东侧第一个承插式三通背向发现有一面积约50cm2的边缘不规则型贯穿性孔洞；而测厚数据显示孔洞边缘由内向外受到腐蚀影响的严重性依次递减，冲刷形貌也由内而外呈现出放射状，检测厚度也根据冲刷作用的影响程度由外向内渐渐减薄。 这只是该常顶油气线受冲刷腐蚀后宏观上的形态，为了能够在微观上更细致的分析产生这些宏观形貌的深层次原因，我们以下采用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对常顶油气线东侧三通受冲刷腐蚀空洞进行取样检测分析，这样能够让我们在结构性上对该现象有一个更好的更完整的论证和总结。1.2 扫描电子显微镜及X

9、射线能谱分析 为了进一步深入的分析造成常顶油气线东侧三通对应位置穿孔的原因，采用扫描电子显微镜技术，能够从微观上为我们展现该穿孔部位受到破坏之后的原始形貌；而同样配合X射线能谱检测分析，也能够从所含各种元素当量的角度揭示该部位产生腐蚀的原因。在进行电镜和能谱检测之前，为便于对比分析对象，常常在受到穿孔破坏周围相邻的位置进行取样，分别取样有 1#样品和 2#样品，其中1#样品是未进行清洗的，而2#样品是清洗之后的。两种样品的宏观图样如下 图1.3 。 图1.3 宏观取样图示（1#样品和2#样品）对1#样品进行扫描电子显微镜和X射线能谱检测分析，其在扫描电子显微镜观察下的1#样品腐蚀产物形貌及能谱

10、分析结果如下（未清洗）。图1.4 扫描电子显微镜观察下的1#样品腐蚀产物形貌图1.5 1#样品X射线能谱分析图示表1.2 1#样品X射线能谱分析结果列表Element Line Weight% Cnts/s Atomic%C Ka 2.98 0.78 11.40Si Ka 0.45 2.22 0.73P Ka 0.00 0.00 0.00S Ka 13.18 83.84 18.87K Ka 1.41 8.52 1.65Mn Ka 0.00 0.00 0.00Fe Ka 81.98 239.36 67.35对2#样品进行扫描电子显微镜和X射线能谱检测分析，其在扫描电子显微镜观察下的2#样品腐蚀产

11、物形貌及能谱分析结果如下（清洗后）。图1.6 扫描电子显微镜观察下的2#样品腐蚀产物形貌图1.7 2#样品X射线能谱分析图示表1.3 2#样品X射线能谱分析结果列表Element Line Weight% Cnts/s Atomic%C Ka 1.22 1.01 5.40Si Ka 0.16 1.61 0.30P Ka 0.17 2.00 0.29S Ka 0.33 4.60 0.55Mn Ka 0.00 0.00 0.00 Fe Ka 98.12 669.20 93.46综上所述，对比清洗前后试样的扫描电子显微镜和X射线能谱分析，可以发现，在扫描电子显微镜下观察出常顶油气线穿孔部位内表面呈现

12、出典型流淌状的冲刷腐蚀形貌，而X射线能谱结果数据列表也表明常顶油气线三通穿孔部位周边腐蚀产物S含量很高。同样，为便于清晰的展示进行扫描电子显微镜及X射线能谱检测分析时所用到的相关仪器以及取样方法，体现报告数据和结论的完整性，在此也一致性的给出原始分析报告如下。扫描电子显微镜及X射线能谱分析报告仪器名称扫描电子显微镜X射线能量色散谱仪仪器型号JSM-5600取样方法机械加工分析部位1、2#样品内表面常顶油气线材质碳钢热处理状态-分析部位相应断口形貌及X射线能谱分析结果：见图1.4至图1.7和表1.2至表1.3。分析结果：扫描电镜观察发现常顶油气线穿孔部位内表面呈现出典型流淌状的冲刷腐蚀形貌，能谱

13、分析穿孔部位周边腐蚀产物S含量很高。1.3 材料成分光谱分析为了深入分析穿孔管段部位的材料成分，我们采用SPECTROTEST工作站对管段外表面取三点（如报告中附图）检测其材料成分是否符合20#钢元素含量标准值，从而完成对其穿孔管段进行光谱分析。其检测部位如图1.1所示，检测分析结论同样以报告的形式附下。材料成分光谱分析报告分析方法光谱技术指标火花激发/全成分分析检测仪器型号SPECTROTEST工作站检测仪器编号ZT-06检测部位管段外表面实测点数3点分析状态：20#钢 元素含量标准值（GB/T8163-2008输送流体用无缝钢管）元素CSiMnPS含量(%)0.170.240.170.37

14、0.350.65 0.035 0.035管材元素含量实测值（分析部位：S1）元素CSiMnPS含量(%)0.2170.2330.4640.0020.013注：以上结果均为三点测试平均值，分析部位见 图1.1 。分析结果：经材料成分光谱分析，穿孔管段材料成分符合20钢元素含量标准值。2. 分析结论讨论及预防措施经过前面针对500万装置常顶油气线管道三通穿孔部位的检验检测分析，包括宏观检查，测厚数据分析，扫描电子显微镜和X射线能谱分析，材料成分光谱分析。从整个检测分析结果来看，常顶油气线穿孔部位孔洞边缘明显腐蚀减薄，穿孔管段内壁靠近底部附着有大面积锈蚀层，其内表面呈现出典型流淌状的冲刷腐蚀形貌，能

15、谱分析结果也显示穿孔部位周边腐蚀产物S含量很高。造成这些现象的原因主要可以归结为介质冲刷腐蚀，介质中含有大量的S起到了一定的促进作用，具体分析讨论如下。2.1 针对检测对象检验结论原因分析讨论（1） 开停车过程中产生的介质冲刷。如图1.1 所示，当开车时来自空冷器A-103的介质顺着承插支管流下来后到达下面时尤其会对三通背向产生冲刷，而在停车过程中东侧靠近封头部位会产生液相介质残留。这样的冲刷和残留的反复进行便会对三通背向产生腐蚀，而向西的其他管段的回流更加重了最东侧三通正对部位的腐蚀穿孔。（2） 空泡腐蚀。当液相介质经流管道的内壁时，由于空气气泡对管道内壁的附着作用，一旦液相完全充满整个管道

16、使管内压强到达一定极限，便会对附着的气泡产生一个压力使其爆炸，群组气泡的共同作用而产生的爆炸力便完全能够对管内壁造成一定程度上的破坏，从而加剧介质的腐蚀作用。（3） 介质腐蚀（硫化物和水相互作用生成稀硫酸产生电化学腐蚀）。当管内介质成分含有硫成分较高时，其硫化介质和水的相互作用容易生成稀硫酸，而对于管道内壁尤其对于靠近东侧封头三通正对部位，硫酸的积存所用便会产生更大的腐蚀促进作用。 2.2 针对检验结论的预防措施 （1） 更换极管，调整安装角度。针对讨论当中的开停车过程中产生的介质腐蚀，可以通过调整安装角度，比如将原来水平的管段适当倾斜10到15度，使东侧封头方向略高于其正对方向。这样有利于介

17、质的向外流通，减少封头附近的残留。（2） 开停车过程中进行蒸汽吹扫（削弱残留气液两相的腐蚀作用）。由于加强蒸汽吹扫可以在一定程度上迫使易穿孔部位附近的气液相流动加快，使得停车之后残留相对减少，这样能有效削弱液相残留和气相压迫对于管道易穿孔部位造成的危害。（3） 增加弯管，减小正对部位的直接冲刷。对于上面的承插管，可以在其内部向下的部位专门加工一个弯管，使上面流下来的介质可以避开对正对部位的直接冲刷，并且使其冲刷作用得到一个缓解，这样介质也能向着正对封头的理想流向流动。具体弯管的改造见附图（图2.1所示）。图2.1 常顶油气线弯管改造部位示意图（4） 加强定期的检测检验。 除了以上三个改造型的措施以外，有必要对于以前的检验检测的周期和工艺水平再做进一步的改善，使得以上三项主要改造措施的实施能够在以后得到保障。例如针对调整过安装角度的三通管要在停车检修期间检查是否仍然有液相残留，对于弯管改造部位在条件允许的条件下检验检测其受冲刷的程度，还要专门针对穿孔部位做出比平时更短周期的检验工艺。致 谢时间如梭，光阴似箭。参加工作已经一年，经过一年的见习锻炼，无论是工作水平还是个人