天然气管道开裂失效分析

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1、天然气管道开裂失效分析单广斌，刘小辉。亓婧，翟良云，王延平(中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东青岛266071)摘要：对发生开裂的天然气管道进行了系统的分析与测试，如宏观分析、成分分析、金相组织分析、硬度测试、氢含量测试、扫描电镜观察等。结果表明，管道开裂的机理为氢致开裂，管道局部的划伤是管道发生开裂的主要原因。关键词：氢致开裂；失效分析；天然气管道中图分类号：TH142．2；TE832文献标识码：B文章编号：1001—4837(2013)11—0047—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2013．11．0

2、08FailureAnalysisofNaturalGasPipelineSHANGuang—bin，LIUXiao—hui，QIJing，ZHAILiang—yun，WANGYan—ping(SINOPECSafetyEngineeringInstitute，Qingdao266071，China)Abstract：Aseriesoftestswerecarriedoutonthenaturalgaspipeline，suchasmacroscopicanalysis，chemicalcompositionanalysis，metallograp

3、hicanalysis，hardnesstests，hydrogencontentandscanninge-lectronmicroscopeanalysis．Basedonthetestresults，thefailurereasonsarediscussed．Thefailuremecha-nismishydrogeninducedcrack，andthescratchonthepipelineisthemajorfactor．Keywords：hydrogeninducedcracking；failureanalysis；naturalgas

4、pipeline道已分为两段，部分管道已展开为平板，仅有少部0引言分与管道连接，撕裂口大部分在母材内，见图I。某天然气输送管道运行过程中突然开裂着火，为了查清事故原因，对开裂管道进行失效原因分析。失效管道材质为L390螺旋钢管，直径508mm，壁厚7．9mm。输送介质为天然气，设计压力6．4MPa，操作压力4．6MPa，管道埋地，外部采用环氧粉末防腐涂层，配有外加电流阴极保护措施。1宏观分析失效管道为一段直管，裂口总长度2．2m，管图1爆炸管道形貌第30卷第11期压力容器总第252期表面严重划伤处，而在划痕的底部存在裂纹。同严重的划伤，是造成管道发

5、生氢致开裂的主要原时阴极保护输出电流记录显示该段管道值(1．1因；—1．7A)明显大于其他管段(约0。1A)。这也同(2)应严格控制管道和施工质量，避免管道样说明管道防腐涂层存在破损。在破损处土壤中划伤，加强管道外防腐层的检测；腐蚀介质和水直接接触管道，在阴极保护电位的(3)在铺设管道时要尽量安置在干燥的地方作用下，管道涂层破裂处发生大量析氢：H+e—或区域，尽量不要靠近水池、河道、湖边等；H，为氢致开裂提供了氢源。(4)合理控制阴极保护电位和电流(参考氢原子很小，很容易渗透到管道金属内部。GB／T21488-2008)，运行过程中对电位和电流进人

6、金属内部的原子氢，一方面可在应力诱导下进行监控，一旦发现保护电流上升，就应检查和分发生富集，如：在划伤底部富集；另一方面，当两个析原因，以防氢致开裂的发生；氢原子在夹杂、相界面以及空位等处相遇可结合(5)提高管线钢抗氢致开裂的能力，如降低成氢分子，体积膨胀，局部区域内产生氢压J。钢的含硫量，适当加入少量铜，加入适当的钙，减随着氢的不断进入，压力不断升高，当内部氢压产少硫化物夹杂等¨。生应力+残余应力+工作应力>金属的极限强度时，形成孔洞和裂纹。在断口的扫描电镜观察中参考文献孔洞和二次裂纹均大量存在(见图7(d))。随着氢的继续渗入和富集，已形成的孔

7、洞发生连接，裂[1]GB／T971l_2011，石油天然气工业管线输送系统纹不断扩展。这种裂纹可在无外力作用下出现，用钢管[S]．[2]GB／T6394-2002，金属平均晶粒度测定方法[S]，失效管道中裂纹的形成与扩展主要以这种方式。[3]GB／T13299-1991，钢的显微组织评定方法[s]．渗入金属内部的氢原子不仅可以结合成氢分[4]任学冲，周庆军，褚武扬，等．金属中氢鼓泡形核的子形成内部氢压，而且可降低原子键合力，促进位机理[J]．科学通报，2007，52(6)：725—729．错发射等J。管道表面划伤，又引起局部的应[5]褚武扬．氢致开

8、裂和应力腐蚀机理的前沿问题[J]．力集中，在划伤的局部区域具有很高的残余应力腐蚀科学与防护技术，1993，5(3)：151