管材失效风险因素分析

1、 管材失效风险因素分析    自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，所采纳的钢材等级为X80。管道一般以埋地敷设方式。所以引发自然气管道事故的主要危急、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急。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

2、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%发生在第一和其次阀室之间，5%发生在其次和第三阀室之间，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，阴极爱护不能达到的地点 裂纹的路径和外形   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

3、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，易产生应力腐蚀裂开。     2. 材料因素     应力腐蚀开裂与管材制造方法(如焊接方法)、管材种类及成分、管材杂质禽虽(大于200250m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 

4、0;   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     假如所输自然气组分中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，对金属有肯定的腐蚀性。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) 不匀称的全面腐蚀与点蚀  

5、;   C02引起的腐蚀经常是一种类似溃疡状的不匀称全面腐蚀，严峻时可能呈蜂窝状。在金属表面形成很多大小、外形不同的蚀坑、沟槽等。几乎全部的合金在CO2环境中都可以发生点蚀，其点蚀坑周边锋利、界面清楚，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，假如气流速度增加3.7倍时，则其腐蚀速度增加5倍。     (3) 应力腐蚀裂开     在碱性介质中，C02及碳酸盐可造成碳钢的应力

6、腐蚀裂开。氧的存在会加剧这种裂开发生的可能。     2. CO2腐蚀的影响因素     (1) 材料因素     合金元素对材料的耐CO2腐蚀性能影响很大。有试验证明，Cr、Co能提高材料的耐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%时有害，含量大于5%时，可显著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

7、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，可阻挡pH值降低，进而削减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60时匀称腐蚀，其腐蚀速度受CO2集中并进而生成H2CO3速度的掌握，当温度上升时，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值上升时，C02的腐蚀性减弱；当介质的流速增高时，CO2的腐蚀速度加剧。     三、管道腐蚀穿

8、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、CO2等)与自然气中的水结合，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难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四周爆裂起火，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。通过对断白处管材金相检查看出，由于

9、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%的管壁厚度已被腐蚀。     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裂开。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、匀称等，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，其焊缝处稍有微小之缺陷，易于引发裂纹。  

10、60;  另外，管道的施工温度与输气温度之间存在肯定的温度差，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，也会形成裂开。     由于管道建设呈现出施工区域广、地形简单的特点，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，地形越简单，焊接施工的难度越大，因此也更易消失各类焊接缺陷。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道焊口中消失的焊接缺陷统计分析结果。 表2-7几种常见焊缝缺陷的消失概率    %   未熔合 夹渣 未焊透 裂纹 气孔 其他 26 21 19 15 13 6     1. 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，其中根部未熔合消失概率较大。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。   &#