外输管线特殊穿孔的检测与治理

外输管线特殊穿孔的检测与治理

0外输管线腐蚀该32号管道于2001年9月竣工，管道规格为2139mm6.5mm，材料为20吨。外部采用黄夹克（硬氨基泡沫塑料外包醚）的防腐和保温结构，部分维修部分采用沥青路面管。输送介质为油气、水混合物。由于介质的温度高达65℃,造成聚乙烯内衬软化,2003年4月因发生衬管内吸塌陷而造成堵管,不得不将聚乙烯内衬截断抽出运行。到2004年7月开始出现穿孔,2005年元月开始频繁穿孔。2005年3月,对垦32区块外输管线进行检测中没有发现比较严重的腐蚀,加之该管线施工时由于某种原因,被分段承包给多个施工单位,穿孔又主要集中在起始端的0～1000m和3000～4000m两个区段。因此,曾怀疑腐蚀是由于这两个区段施工时选用的材质有问题造成的,而0～1000m区段的腐蚀又甚于3000～4000m区段,前者可能还有“三防”药剂的反应因素在内。于是,建议更换2000m已经多处穿孔以及检测认为有可能存在隐患的区段,其余区段在加强巡视的前提下继续使用。可是,仅仅过了八个月,在2500～3200m之间又发生了四处穿孔。1测试方法1.1腐蚀产物的提取和切割①从现场开挖截取数段有代表性、且已经被新投产管线替代下的埋地管道,每段管道长度在1m左右;②对运回样品进行简单的清理后,从腐蚀穿孔处提取腐蚀产物,封样;③用带锯床切割其它试样:先将管段切割成10cm长的管段,将其沿轴向切割成试验用片状试片。切割时把穿孔处设置在试片边沿,以便于分析。图1为在实验室对现场截取的管段进行再切割,制作分析用试样的部分照片和腐蚀穿孔形貌图。1.2腐蚀表面的特征分析管体表面沉积的一般腐蚀产物以确定腐蚀产物的构成,进而推断腐蚀的发生方式;对蚀坑或穿孔处的腐蚀产物形貌、结构进行分析以判断腐蚀的发展;对基体钢进行化学分析,对夹杂物的成分及大小进行分析,同时进行管体材质分析和金相检验,以最终分析腐蚀原因,并提出对策措施。1.3分析1.3.1xrd分析由于管段内壁垢物附有较多油污,先行将其用石油醚洗涤、晾干,然后对腐蚀产物用D/MAX-3B型X-射线衍射仪进行XRD分析。1.3.2截面腐蚀、钢基元素、夹合物及夹合物的分析方法沿腐蚀坑部位切取小块试样,将截面打磨、抛光,酒精超声清洗,用JXA8800R型电子探针显微分析仪(EPMA)进行截面腐蚀产物及钢基元素、夹杂物分析。1.3.3管道材料和显微分析用碳硫自动分析仪和化学浸泡两种方法进行管体的材质分析,用NEPHOT-Ⅰ型金相仪进行显微分析。2结果与讨论2.1腐蚀的形态及腐蚀方式通过对管体的解剖发现腐蚀损伤主要形式是腐蚀穿孔,蚀孔分布无规律(上、下、左、右各部位都有)。穿孔面积小且周围母材强度下降不大,腐蚀轻微,没有明显减薄的迹象。穿孔大多小拇指粗细的直孔,因此在目前技术水平条件下,对正在发展之中还没有穿透的腐蚀现象很难检测到,也很难发现(见图1)。穿孔部位分布有相对集中的特点。主要在起始端的0～1000m区段和3000～4000m区段。另外,虽然该管道地处芦苇丛中,但外壁腐蚀轻微,去掉外腐蚀产物层的管壁很光滑。初步断定腐蚀的主要形式是内壁点腐蚀,从穿孔的形貌和分布特点看管子内表面划痕划伤以及夹杂物分布及夹杂程度差异、输送介质中所加药剂、介质温度等均对腐蚀的发生有一定影响。药剂反应、介质温度会加重腐蚀但却不象是导致垦32区块外输管线这种特殊孔蚀的主要原因。2.2腐蚀管段内表面附着的化物从X射线衍射分析结果看,蚀坑内腐蚀产物中主要是铁的水合氧化物(Fe(OH)3、FeOOH),腐蚀管段内表面附着的主要是一些垢物(BaSO4、PbSO4)和氧化铁(Fe2O3)。因此管段的穿孔可能是垢下(闭塞电池)腐蚀的作用。2.3epma分析2.3.1腐蚀产物及元素分布图2为试验得到的管段腐蚀断面形貌及其元素的面分析结果,其中下部为金属基体,上部为腐蚀产物。界面上腐蚀物与管段结合较紧密,但腐蚀产物中存在较多裂缝贯穿。因此容易形成闭塞电池的局部腐蚀,从而造成腐蚀不断向坑底发展,直到穿孔。从元素分布来看,上部腐蚀产物层中主要是元素Fe和O;元素Cl主要存在于腐蚀产物外层和与钢基接触的界面上;元素C和Si散布于腐蚀产物层中。元素的分布说明了Cl元素在腐蚀坑底的富集和腐蚀产物的覆盖作用。表1是腐蚀产物中的元素分析结果。腐蚀沉积物中主要有铁的氧化物、氯化物和二氧化硅。2.3.2管体混杂物测试对管段截面抛光后,利用EPMA分析发现,钢基表面基本均匀,夹杂物较少(见图3)。对图3中1#、2#处夹杂物(其它部位黑点为元素碳)进行元素分析。(1#结果见表2,2#结果见表3)。由表2、表3成分分析可以看出,该钢基中主要的夹杂物为(CaS+MnS)复合夹杂以及(MgO+Al2O3)和(CaS+MnS)复合夹杂物。管体夹杂物检验:横截面总体级别为D1.5,存在0.045×0.023(mm)、0.040×0.031(mm)的大块夹杂;纵截面总体级别为D1.5,存在0.033×0.034(mm)、0.041×0.021(mm)的大块夹杂。2.4管道材料和组织分析管体材质分析结果见表4。由表4可看出,管体成分符合20#钢的标准要求。横截面和纵截面组织均为珠光体+铁素体。3结论和建议3.1腐蚀机理分析(1)从管道的解剖分析看出,穿孔是由点蚀引起的,且孔径小、孔道直、周边腐蚀轻微。虽然该管线的夹杂物在国家标准GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定方法》允许的范围内,但是可以认为管材夹杂是腐蚀的重要起因,其机理尚需做进一步的实验分析与探讨。(2)腐蚀产物中存在较多裂缝贯穿,易形成闭塞电池的局部腐蚀,从而造成腐蚀不断向坑底发展,直到穿孔。(3)该管道设计为内衬防腐蚀结构,因此设计的腐蚀余量为零。而实际使用是将内衬抽出后裸管服役,按照管道设计规范,裸管20#钢在该压力环境下的腐蚀余量应为3mm,这是该管道“短寿”的原因。3.2聚