管材失效風(fēng)險(xiǎn)因素分析

1、 管材失效風(fēng)險(xiǎn)因素分析    自然氣管道輸送壓力高、鋼材等級(jí)高、管徑大，如我國(guó)正在建設(shè)的西氣東輸二線，其輸送壓力達(dá)到了12MPa，管徑達(dá)到了1219mm，所采納的鋼材等級(jí)為X80。管道一般以埋地敷設(shè)方式。所以引發(fā)自然氣管道事故的主要危急、有害因素表現(xiàn)為：管道應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕穿孔、管材缺陷或焊口缺陷等。     一、應(yīng)力腐蝕開裂     較高的壓力使管道面臨應(yīng)力開裂危急。應(yīng)力開裂是金屬管道在固定拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下引起的，對(duì)管道具有很大的破壞性。管道應(yīng)力腐蝕開裂的特征見表2-6。 表2-6 管道應(yīng)

2、力腐蝕破壞特征   因素 特征 發(fā)生地區(qū)   與特定的地面條件有關(guān)。65%發(fā)生在壓氣站和下游第一閥室之間，12%發(fā)生在第一和其次閥室之間，5%發(fā)生在其次和第三閥室之間，3%發(fā)生在第三閥室下游 與溫度關(guān)系   較冷氣候帶明顯多發(fā)。與管道溫度既明顯關(guān)系 與電解質(zhì)關(guān)系   中性pH值的稀碳酸鹽溶液，其值在5.57.5之間 電化學(xué)電勢(shì)   腐蝕電勢(shì)，陰極愛護(hù)不能達(dá)到的地點(diǎn) 裂紋的路徑和外形   穿透顆粒(橫過鋼顆粒)，寬裂紋帶邊壁有明顯腐蝕     環(huán)境因素、材料因素、拉應(yīng)力，其單方面或三方面都能引發(fā)管道的物理應(yīng)

3、力開裂。     1. 環(huán)境因素     環(huán)境溫度、濕度、土壤類型、地形、土壤電導(dǎo)率、C02及水含量等對(duì)應(yīng)力腐蝕將造成崢定的影響。黏結(jié)性差的防腐層以及防腐層剝離區(qū)，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂開。     2. 材料因素     應(yīng)力腐蝕開裂與管材制造方法(如焊接方法)、管材種類及成分、管材雜質(zhì)禽雖(大于200250m的非金屬雜質(zhì)的存在會(huì)加速裂紋的形成)、鋼材強(qiáng)度及鋼材塑性變形特點(diǎn)有關(guān)。管道表面條件也對(duì)裂紋的產(chǎn)生起著重要作用。     3. 拉應(yīng)力 

4、0;   主要包括制造應(yīng)力、工作應(yīng)力、操作應(yīng)力、循環(huán)負(fù)荷、拉伸速率、次級(jí)負(fù)載等。     二、CO2腐蝕失效     假如所輸自然氣組分中CO2含量高，在管輸壓力下，CO2分壓有可能接近發(fā)生CO2電化學(xué)腐蝕的臨界值，同時(shí)，CO2為弱酸性氣體，它溶于水后形成H2CO3，對(duì)金屬有肯定的腐蝕性。CO2腐蝕與管輸壓力、溫度、濕度等有關(guān)，隨著系統(tǒng)壓力的增加，而導(dǎo)致腐蝕的速度加快。     1. CO2腐蝕的危害形態(tài)     (1) 不勻稱的全面腐蝕與點(diǎn)蝕  

5、;   C02引起的腐蝕經(jīng)常是一種類似潰瘍狀的不勻稱全面腐蝕，嚴(yán)峻時(shí)可能呈蜂窩狀。在金屬表面形成很多大小、外形不同的蝕坑、溝槽等。幾乎全部的合金在CO2環(huán)境中都可以發(fā)生點(diǎn)蝕，其點(diǎn)蝕坑周邊鋒利、界面清楚，可在較短的時(shí)間內(nèi)完全穿透管壁。     (2) 沖蝕     管子截面變化部位和收縮節(jié)流部位的介質(zhì)流速增高，C02腐蝕加劇，假如氣流速度增加3.7倍時(shí)，則其腐蝕速度增加5倍。     (3) 應(yīng)力腐蝕裂開     在堿性介質(zhì)中，C02及碳酸鹽可造成碳鋼的應(yīng)力

6、腐蝕裂開。氧的存在會(huì)加劇這種裂開發(fā)生的可能。     2. CO2腐蝕的影響因素     (1) 材料因素     合金元素對(duì)材料的耐CO2腐蝕性能影響很大。有試驗(yàn)證明，Cr、Co能提高材料的耐C02腐蝕性能；C、Cu使材料的耐CO2腐蝕性能下降；Mo的影響不大；Ni含量小于5%時(shí)有害，含量大于5%時(shí)，可顯著提高材料的耐蝕性能。     (2) CO2的分壓及水的組成     CO2的分壓對(duì)腐蝕速度影響最大，分壓越大，溶入介質(zhì)中的C02越多，溶液

7、的pH下降，金屬的腐蝕速度越大。某些溶解物質(zhì)對(duì)水具有緩沖作用，可阻擋pH值降低，進(jìn)而削減CO2的腐蝕。     (3) 溫度的影響     溫度是影響CO2腐蝕的重要因素。溫度小于60時(shí)勻稱腐蝕，其腐蝕速度受CO2集中并進(jìn)而生成H2CO3速度的掌握，當(dāng)溫度上升時(shí)，CO2的腐蝕速度急劇增加。     (4) 介質(zhì)的pH值與流速的影響     當(dāng)介質(zhì)的pH值上升時(shí)，C02的腐蝕性減弱；當(dāng)介質(zhì)的流速增高時(shí)，CO2的腐蝕速度加劇。     三、管道腐蝕穿

8、孔     管道腐蝕穿孔分為內(nèi)腐蝕穿孔和外腐蝕穿孔。內(nèi)腐蝕主要是由于酸性氣體(如H2S、CO2等)與自然氣中的水結(jié)合，形成酸性物質(zhì)從而對(duì)管道內(nèi)壁形成腐蝕。外腐蝕主要是由于埋地鋼質(zhì)管道的防腐層，在實(shí)際工作中防腐質(zhì)量不能完全保證、管道施工可能造成防腐層機(jī)械損傷以及地質(zhì)災(zāi)難等因素可能造成防腐層破壞，導(dǎo)致管道腐蝕，引發(fā)事故。1994年7月23日，加拿大管道公司一條直徑914mm(壁厚9.14mm、管材X65)的輸氣管道在東部安大略省Lafeliford四周爆裂起火，大約20m長(zhǎng)的管道飛出地面，炸出了一個(gè)寬16m、長(zhǎng)36m、深24m的大坑。通過對(duì)斷白處管材金相檢查看出，由于

9、外腐蝕使管壁過度變薄，造成管材剪切-延性超負(fù)荷斷裂。引發(fā)爆裂的一大片外腐蝕區(qū)，長(zhǎng)約1440mm、寬約1210mm，約70%的管壁厚度已被腐蝕。     四、管道建設(shè)施工隱患     材料缺陷或焊口缺陷這類事故多因焊縫或管道母材中的缺陷在帶壓輸送中引起管道裂開。長(zhǎng)輸管道施工中如組對(duì)不夠精細(xì)、焊接工藝欠佳，使得焊口質(zhì)量難以達(dá)到預(yù)想的目標(biāo)；如焊縫內(nèi)部應(yīng)力較大，材質(zhì)不夠密實(shí)、勻稱等，因而使其性能潛力未得到充分發(fā)揮(甚至未達(dá)到設(shè)計(jì)的使用年限)。管道運(yùn)行中，受到頻繁的溫度波動(dòng)、振動(dòng)等作用，其焊縫處稍有微小之缺陷，易于引發(fā)裂紋。  

10、60;  另外，管道的施工溫度與輸氣溫度之間存在肯定的溫度差，造成管道沿其軸向產(chǎn)生熱應(yīng)力，這一熱應(yīng)力因約束力變小從而產(chǎn)生熱變形，彎頭內(nèi)弧向里凹，形成折皺，外弧曲率變大，管壁因拉伸變薄，也會(huì)形成裂開。     由于管道建設(shè)呈現(xiàn)出施工區(qū)域廣、地形簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所經(jīng)地區(qū)有平原、水網(wǎng)、沙漠、沼澤地及山地等。從施工角度來講，地形越簡(jiǎn)單，焊接施工的難度越大，因此也更易消失各類焊接缺陷。常見焊縫缺陷類型為未熔合、夾渣、未焊透、裂紋和氣孔等。表2-7列出了國(guó)內(nèi)某管道建設(shè)中抽查的約2000道焊口中消失的焊接缺陷統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。 表2-7幾種常見焊縫缺陷的消失概率    %   未熔合 夾渣 未焊透 裂紋 氣孔 其他 26 21 19 15 13 6     1. 未熔合     未熔合是指焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未能完全熔化結(jié)合的部分。分為根部未熔合、層間未熔合、坡口未熔合三種，其中根部未熔合消失概率較大。未熔合屬于面狀缺陷，易造成應(yīng)力集中，危害性僅次于焊接裂紋。   &#