某天然气长输工程外腐蚀失效分析_严俊伟.pdf
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1、收稿日期:。作者简介:严俊伟,男,年业于中国石油大学(北京)油气储运工程专业,硕士,主要从事埋地管道检验检测工作,高级工程师。:。基金项目:浙江省市场监督管理局科研计划项目“长输管道安全运行风险识别及剩余寿命评估数字化管理技术研究”()。某天然气长输工程外腐蚀失效分析严俊伟,夏立,汪江伟,陈伟,金硕,陈长,(浙江省特种设备科学研究院,浙江 杭州 ;浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室,浙江 杭州 )摘要:文章针对油气长输管道易发生腐蚀失效的问题,对某天然气长输工程中管道腐蚀失效区域进行宏观和扫描电镜观察以及腐蚀产物能谱分析;对管子进行金相和化学成分分析、力学性能检测;并对管道周围敷设土壤进
2、行分析。分析结果表明,管子外部机械损伤首先导致管壁产生极大的损伤缺陷和壁厚减薄,同时造成管道外防腐层的破损;其二,该损伤点直接暴露在土壤电解质环境中,进一步发生化学或电化学腐蚀,直至发生局部壁厚减薄失效。上述分析揭示了管道安装过程中的机械损伤和运行期间的腐蚀作用共同诱发管道失效的一般现象。文章针对失效原因,提出了在采购、施工安装、运行维护阶段的相关建议措施,对相似问题的处理具有一定的参考价值。关键词:长输工程外腐蚀失效分析机械损伤化学腐蚀电化学腐蚀 :近年来,长输工程中管道腐蚀的问题越来越受到重视,对其的研究也越来越深入,陈琼陶【】等对某作业区 钢埋地管道外腐蚀严重的问题进行了相关分析,得出了
3、管道沿线土壤高含盐、高含水、低电阻率、强腐蚀性特点下的腐蚀原因与机理;葛庆武【】对埋地金属管道外腐蚀的因素进行分析,提出了具体的防腐措施;杨子叶【】对跨越管道外腐蚀原因进行研究,提出了相应的外防腐涂层体系设计理论。蔡锐【】通过对 集输管道进行失效原因分析,阐明管道内表面底部腐蚀及穿孔的主要原因是由于油水呈层流状态,水在管道底部沉积,对管道底部形成了电化学腐蚀;宫川宝【】通过对 钢管腐蚀失效进行分析发现,管道敷设后与投产前内部的空气、投产后天然气中的、管道中的水和泥土在管道腐蚀中起到了关键作用。从上述研究可以看出:油气管道内、外腐蚀都有发生;内腐蚀绝大多数是由于介质中含有的其他组分所致,而外腐蚀
4、的失效原因多且复杂。本文拟通过分析特定的损伤缺陷,揭示管道安装过程中的机械损伤和运行期间的腐蚀作用共同诱发的管道失效现象,提出在采购、施工安装、运行维护阶段的相关建议措施。油气长输工程的管道在运行过程中易发生大气腐蚀、土壤腐蚀、微生物腐蚀、海水腐蚀等不同类型的外腐蚀失效;引起腐蚀失效的因素也较多,包括管道材料组成、组织结构、管道敷设环境等因素【】。因此本文针对天然气长输管道长期运行过程中的外腐蚀失效进行研究,分析腐蚀失效原因,以期能够为提高管道完整性、确保管道本质安全提供参考。以某天然气长输工程中管道腐蚀失效为例进行分析 说 明。发 生 外 腐 蚀 失 效 的 管 道 长 度 约,输送介质为天
5、然气,管道材质为 ,规格为 ,外防腐为 加强级防腐等级,管道设计压力 ,设计输量为 ,地区等级为三级地区;失效 点 里 程 距 离 分 输 站 ,埋 深 约。该处管子共有处外部腐蚀,处为单独的腐蚀凹坑,另外处连在一起,上半部分是在腐蚀与防护石油化工设备技术,()安装过程中挖机导致的机械损伤,下半部分是腐蚀凹坑,腐蚀最深处 。缺陷长度为,缺陷宽度为;距上游焊缝,距下游焊缝,缺陷形貌见图()图()。发现需要立即响应维修的严重缺陷后,使用单位进行了切割换管的永久修复。图缺陷形貌将失效管段进行必要的清理,具体包括剥离去除 防腐层以及采用去胶剂清理浅蓝色的粘弹体,打磨切割后如图()图()所示,样品分别编
6、号为号、号、号。图腐蚀坑切割清理后照片管子腐蚀区形貌分析宏观分析号样品最小壁厚,腐蚀减薄量约为;号样品最小壁厚,腐蚀减薄量约为;号样品最小壁厚 ,腐蚀减薄量约为;母材样品壁厚 。选取腐蚀减薄最严重位置进行分析,其宏观照片和 照片分别见图()图()和图()图();号样品腐蚀坑经草酸清洗后,可见底部有明显的腐蚀沟壑,腐蚀坑边缘有腐蚀麻坑痕迹,腐蚀坑边缘与腐蚀坑之间呈现光滑过渡面,有金属光泽。由图图可以看出,在号样品中有明显的机械划伤,且划痕沟壑内颜色发暗,有明显腐蚀产物。图样品宏观照片图号样品 照片第 卷第期严俊伟等某天然气长输工程外腐蚀失效分析宏观分析显示,管道外壁形成腐蚀坑,对应内壁均完好,无
7、腐蚀。在减薄处的样品表面发现了明显的机械损伤划痕,腐蚀坑底部和边缘均有麻坑状腐蚀痕迹,在划痕底部亦发现腐蚀产物,因此可以确定为机械损伤后腐蚀,且腐蚀产物颜色和形状符合铁的氧化物特征。微观分析对样品腐蚀坑表面进行微观分析,其腐蚀形貌见图()图()。由图()图()可见,号、号、号样品表面均出现了直径约为 腐蚀坑。理化分析管子金相分析根据 金属显微组织检验方法 的要求对该失效管道腐蚀坑横截面取样进行金相分析,结果见图()图()。图腐蚀坑扫描电镜照片图号样品金相照片(硝酸酒精浸蚀)由图()图()可以看出:号样品组织为白色细小的等轴状铁素体和片状珠光体,无明显组织粗大现象,管壁减薄处底部的近表面有明显组
8、织剥离,形成了近似于分层等状态,裂纹附近晶粒呈长条形,材料内部金相组织正常。号、号、号样品的平均晶粒大小如表所示,晶粒度评级 级。其金相照片显示,腐蚀坑底部均有孔洞出现。由金相分析可知:样品母材的显微组织无殊,满足相应标准要求,周边未发现组织缺陷与裂纹;但是,在减薄处的近表面发现组织的机械剥离现象。管子化学分析根据 碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法)的要求,通过通道式合金分析仪对样品进行化学成分分析,结果如表所示。由表可见,样品化学成分符合 标准中对于管线钢 的要求。表平均晶粒大小样品号号号边缘底部边缘底部边缘底部平均晶粒尺寸 石油化工设备技术 年表样品化学
9、成分,元素 结果 标准值 由上述理化分析检验结果可以看出,该管道用钢管的化学成分、机械性能符合 石油天然气工业管线输送系统用钢管 标准的要求,金相组织为铁素体和珠光体组织,晶粒尺寸较细。管子力学性能管子拉伸性能根据 金属材料 拉伸试验 第部分:室温拉伸方法 的要求,通过万能试验机对样品进行力学性能分析,结果见表。由 表可 见,样 品 力 学 性 能 符 合 标准中对于管线钢 的要求。管子硬度分析根据 金属材料 维氏硬度试验 第部分:试验方法 的要求对样品进行硬度分析,结果见表。由表可见,样品硬度值均匀稳定,未见明显异常。表样品力学性能力学性能检测结果 ,结果 结果 标准值 管子腐蚀凹坑能谱分析
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