管材失效风险因素分析

1、管材失效风险因素分析刁、天然气管道输送压力高、钢材等级高、管径大，如我国正在建设的 西气东输二线，其输送压力达到了 12MPa管径达到了 1219mm所 采用的钢材等级为X80。管道一般以埋地敷设方式。所以引发天然气 管道事故的主要危险、有害因素表现为：管道应力腐蚀开裂、腐蚀 穿孔、管材缺陷或焊口缺陷等。一、应力腐蚀开裂 较高的压力使管道面临应力开裂危险。应力开裂是金属管道在固定 拉应力和特定介质的共同作用下引起的，对管道具有很大的破坏性。管道应力腐蚀开裂的特征见表 2-6。表 2-6 管道应力腐蚀破坏特征因素 特征 发生地区与特定的地面条件有关。 65%发生在压气站和下游第一阀室之间，12%

2、 发生在第一和第二阀室之间， 5%发生在第二和第三阀室之间， 3%发 生在第三阀室下游与温度关系 较冷气候带明显多发。与管道温度既明显关系 与电解质关系 中性pH值的稀碳酸盐溶液，其值在5.57.5之间 电化学电势 腐蚀电势，阴极保护不能达到的地点 裂纹的路径和形状 穿透颗粒（横过钢颗粒 ） ，宽裂纹带边壁有明显腐蚀 环境因素、材料因素、拉应力，其单方面或三方面都能引发管道的 物理应力开裂。1. 环境因素环境温度、湿度、土壤类型、地形、土壤电导率、C02及水含量等对 应力腐蚀将造成峥定的影响。黏结性差的防腐层以及防腐层剥离区， 易产生应力腐蚀破裂。2. 材料因素 应力腐蚀开裂与管材制造方法 （

3、如焊接方法 ） 、管材种类及成分、管 材杂质禽虽（大于200250 am的非金属杂质的存在会加速裂纹的形成) 、钢材强度及钢材塑性变形特点有关。管道表面条件也对裂纹的 产生起着重要作用。3. 拉应力 主要包括制造应力、工作应力、操作应力、循环负荷、拉伸速率、 次级负载等。二、CO2腐蚀失效 如果所输天然气组分中CO2含量高，在管输压力下，CO2分压有可能 接近发生CO2电化学腐蚀的临界值，同时，CO2为弱酸性气体，它溶 于水后形成H2CO3对金属有一定的腐蚀性。CO2腐蚀与管输压力、 温度、湿度等有关，随着系统压力的增加，而导致腐蚀的速度加 快。1.CO2腐蚀的危害形态 (1) 不均匀的全面腐

4、蚀与点蚀C02引起的腐蚀常常是一种类似溃疡状的不均匀全面腐蚀，严重时可 能呈蜂窝状。在金属表面形成许多大小、形状不同的蚀坑、沟槽等。几乎所有的合金在 CO2环境中都可以发生点蚀，其点蚀坑周边锐利、 界面清晰，可在较短的时间内完全穿透管壁。(2) 冲蚀管子截面变化部位和收缩节流部位的介质流速增高，C02腐蚀加剧, 如果气流速度增加 3.7 倍时，则其腐蚀速度增加 5 倍。(3) 应力腐蚀破裂 在碱性介质中，C02及碳酸盐可造成碳钢的应力腐蚀破裂。氧的存在 会加剧这种破裂发生的可能。2.CO2腐蚀的影响因素Cr、Co(1) 材料因素 合金元素对材料的耐CO2腐蚀性能影响很大。有实验证明, 能提高材

5、料的耐C02腐蚀性能；C Cu使材料的耐CO2腐蚀性能下降;Mo的影响不大；Ni含量小于5%寸有害，含量大于5%寸，可显着提高 材料的耐蚀性能。(2)CO2 的分压及水的组成CO2的分压对腐蚀速度影响最大，分压越大，溶入介质中的C02越多, 溶液的pH下降，金属的腐蚀速度越大。某些溶解物质对水具有缓冲 作用，可阻止pH值降低，进而减少CO2的腐蚀。(3) 温度的影响 温度是影响CO2腐蚀的重要因素。温度小于60C时均匀腐蚀，其腐 蚀速度受CO2扩散并进而生成H2C0速度的控制，当温度升高时,CO2的腐蚀速度急剧增加。（4） 介质的 pH 值与流速的影响 当介质的pH值升高时，C02的腐蚀性减弱

6、；当介质的流速增高时,C02勺腐蚀速度加剧。三、管道腐蚀穿孔 管道腐蚀穿孔分为内腐蚀穿孔和外腐蚀穿孔。内腐蚀主要是由于酸 性气体（如H2S C02等）与天然气中的水结合，形成酸性物质从而对 管道内壁形成腐蚀。外腐蚀主要是由于埋地钢质管道的防腐层，在 实际工作中防腐质量不能完全保证、管道施工可能造成防腐层机械 损伤以及地质灾害等因素可能造成防腐层破坏，导致管道腐蚀，引 发事故。1994年7月23日，加拿大管道公司一条直径 914mm壁厚9.14mm管材X65）的输气管道在东部安大略省 Lafeliford附近爆裂 起火，大约20m长的管道飞出地面，炸出了一个宽 16m长36m深 24m的大坑。通

7、过对断白处管材金相检查看出，由于外腐蚀使管壁 过度变薄，造成管材剪切 -延性超负荷断裂。引发爆裂的一大片外腐 蚀区，长约1440mm宽约1210mm约70%勺管壁厚度已被腐蚀。四、管道建设施工隐患 材料缺陷或焊口缺陷这类事故多因焊缝或管道母材中的缺陷在带压 输送中引起管道破裂。长输管道施工中如组对不够精细、焊接工艺 欠佳，使得焊口质量难以达到预想的目标；如焊缝内部应力较大， 材质不够密实、均匀等，因而使其性能潜力未得到充分发挥 （甚至未 达到设计的使用年限 ) 。管道运行中，受到频繁的温度波动、振动等 作用，其焊缝处稍有细微之缺陷，易于引发裂纹。另外，管道的施工温度与输气温度之间存在一定的温度

8、差，造成管 道沿其轴向产生热应力，这一热应力因约束力变小从而产生热变形， 弯头内弧向里凹，形成折皱，外弧曲率变大，管壁因拉伸变薄，也 会形成破裂。由于管道建设呈现出施工区域广、地形复杂的特点，所经地区有平 原、水网、沙漠、沼泽地及山地等。从施工角度来讲，地形越复杂， 焊接施工的难度越大，因此也更易出现各类焊接缺陷。常见焊缝缺 陷类型为未熔合、夹渣、未焊透、裂纹和气孔等。表 2-7 列出了国 内某管道建设中抽查的约 2000 道焊口中出现的焊接缺陷统计分析结 果。表 2-7 几种常见焊缝缺陷的出现概率 %未熔合 夹渣 未焊透 裂纹 气孔其他 26 21 19 15 131. 未熔合 未熔合是指焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化结合 的部分。分为根部未熔合、层间未熔合、坡口未熔合三种，其中根 部未熔合出现概率较大。未熔合属于面状缺陷，易造成应力集中， 危害性仅次于焊接裂纹。产生原因主要是由于焊接电流过小、焊速过快，热量不够或者焊条 偏离坡口