天然气采气管线的检测与安全性分析.pdf

第 4 6卷第 5期 2 0 0 9年 1 0月 化工设备与管道 P R O C E S S E Q U I P ME N TP I P I N G Vo 1 ． 46 No ． 5 0c t ． 2 0o 9 天然气采气 管线的检 测与安全性分析 任希佳 ， 淡勇 ， 李俊菀 ， 高启荥 1 ．西安特种设备检验检测院， 西安7 1 0 0 6 8 ； 2 ．i - [ L 大学 化工学院，西安7 1 0 0 6 9 摘要 对某采气管线进行宏观检测、 无损检测、 理化检测、 力学性能测试等方面的全面检测、 腐蚀机理分析 ， 得到 了采气管线的运行状态； 在检测和分析结果的基础上， 对采气管线进行安全性分析。检测结果表明管线含有不 同 程度的腐蚀缺陷和焊接缺陷； 安全性分析表明该管线可安全运行。 关键词 天然气管线； 检测； 安全性分析 中图分类号 T Q 0 5 5 ． 8 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 3 2 8 1 2 0 0 9 0 5 - 0 0 4 9 - 0 3 I n s p e c t i o n a n d S a f e t y An a l y s i s o f Na t u r a l Ga s Pi p e l i n e R E N X i - j i a ， D AN Y o n g ， L I J u n - w a n ， GAO Qi - r o n g 。 J ．X i a n S p e c i a l E q u i p m e n t I n s p e c t io n I n s t i t u t e ， X i a n 7 1 0 0 6 8 ，C h i n a ； 2 ．C h e mi c a l C o l l e g e ， N o n h w e s t U n i v e r s i t y ， X i a n 7 1 0 0 6 9 ，C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h t h e o v e r a l l i n s p e c t i o n s ，i n c l u d i n g v i s u a l i n s p e c t i o n，n o n d e s t r u c t i v e i n s p e c t i o n，c h e mi c a l a n d p h y s i c a l i n s p e c t i o n a n d me c h a n i c a l i n s p e c t i o n ，f o r a g a s p i p e l i n e a n d t h e a n aly s i s o f c o r r o s i o n me c h a n i s m，t h e o p e r a t i o n c o n d i t i o n o f t h e g a s p i p e l i n e w a s o b t a i n e d ．B a s e d o n t h e r e s u l t s o f i n s p e c t i o n ，t h e s a f e t y o f t h e p i p e l i n e w a s a n a l y z e d ．I t h a s b e e n s h o wn t h a t alt h o u g h t h e r e a r e C O rrO - s i o n a n d w e l d i n g d e f e c t s i n t h e p i p e l i n e，i t i s s t i l l s afe i n o p e r a t i o n ． Ke y wo r d s n a t ur a l g a s pi pe l i ne；i ns pe c t i o n； s a f e t y a n aly s i s 随着工业化进程 和城市化速度 的不断加快， 我 国的压力管道数量不断增加 ， 特别是用于输送原油 、 天然气 、 成品油等介质的长输管道近年来有 了很大 发展。据最新资料 。 显示 ， 仅天然气输送管线就长 达21 0 k m， 而且还在逐年增加 。由于油气输送管 道中的介质有一定 的压力 ， 通常易燃 、 易爆或具有一 定的毒性 ， 且一般大都埋地敷设 ， 而且常常会经过人 口密集区， 例如城市用天然气管网。这样势必会对 油气输送管线 的检测 、 安全状态监测 带来较大 的难 度 。如果油气输送管线一旦发生事故 ， 将会造成财 产损失、 环境污染和人员伤亡。因此 ， 如何对埋地敷 设油气输送管线进行有效的检验和检测 ， 进行合理 、 安全的分析 ， 对在役油气输送管线的安全运行 、 降低 或消除安全事故发生 的可 能性 ， 有着重要 的意义。 本文以某气 田天然气采气 管线 的全面检验 、 检测 和 安全性分析为例 ， 介绍埋地敷设管道 的检验和安全 性分析的内容和方法 ， 为从事压力管道检验人员提 供参考。 1 管线的运行情况 某气田经过多年的建设和开发， 目前的生产气 井 已达上千口， 采气管线累计长达数千公里 ， 分布在 不同的地貌环 境 中， 一些 单井管线 已工作 1 O年 以 上 ， 很多已工作 6年以上 。根据采气厂 的经验和综 合分析 ， 确定在含硫高 、 运行时间长达 6年以上的 具有代表性单井 的管线上截取两节管段进行检测和 安全性分析。受检管线的规格 西8 9 m m1 0 mm， 2 0 号钢。运行参数 工作压力 1 4 ． 6 MP a ， 天然气 中H s 含量 6 1 5 8 ． 8 mg ／ m ， 产水矿化度 3 2 6 1 9 ． 4 9 m g ／ L ， 气水 比 1 7 9 1 4 ， C O 含量 5 ． 0 7 7 ％。 2管线的腐蚀检测_ 5 剖 2 ． 1 管道外表面的腐蚀检测 对选定 的检测管道 ， 通过开挖检测可见 ， 为防止 管道外壁受到土壤 的腐蚀 ， 原施工时在管道外壁喷 涂了加强级环氧粉末涂料进行保护 ， 在焊缝及两侧 5 0 m m左右表面有胶粘剂粘着 的橡胶进行保护。通 过对保护层进行宏观检测 ， 发现涂层部分绝缘层有 收稿 日期 2 0 0 9 -0 5 - 2 0； 修 回 日期 2 0 0 9 - 0 6 - 2 3 作者简 介 任希佳 1 9 5 6 一 ， 女 ， 浙 江东 阳人 ， 高级工程 师。现从事 特种设备 的检验与检测工作。 5 0 化工设备与管道 第 4 6卷第 5期 损伤脱落 、 老化 、 鼓泡现象 ， 损伤部分有明显的锈蚀 ， 除去表面铁锈， 可见腐蚀凹坑。 2 ． 2 管道内表面的腐蚀检测 为了检测管线内壁的腐蚀情况 ， 将所选定的检 测管段割下进行剖切取样， 发现管道内壁面不同程 度附着黑色和黑褐色腐蚀产物 ， 清除腐蚀产物后， 以 目测和放大镜方法检测。 目测发现管道内壁面没有 明显的坑蚀 ， 仅在放大镜下才可观察到一些小麻点 蚀坑 ， 且内表面的冲刷也并不严重。 2 ． 3 管道 内外表面腐蚀的定性分析 通过 X R D检测表明， 管线外表面防腐层损伤部 位腐蚀产物为 F e O H 和 F e O H ， 混合物 ； 管线 内壁的腐 蚀产物 主要是 F e O 、 F e S O H O、 F e O O H 、 2 F e O H S O 。研究表明受检管段外表面主 要是由土壤 中导 电介质 、 杂散电流和细菌等 引起的 化学腐蚀和电化学腐蚀 ； 内表面主要是 由天然气中 的水、 硫化氢 、 二氧化碳等杂质引起的化学腐蚀和电 化学腐蚀。通过对蚀坑检测表 明 管道 内壁局部处 有小于 0 ． 2 mm左右深度的腐蚀蚀坑 ， 蚀坑 的密度 也小于 2 ． 51 0 个／ m ， 按 A S T M p r a c t i c e G 4 6 7 6 对点蚀程度评定的分级， 管道 的腐蚀属于不 到 1级 的轻微点蚀。按均匀腐蚀处理， 剖开管道的壁厚测 量结果见表 1 。 表 1 采气管线腐蚀检测结果 3 管线焊缝质量检测 通过宏观 和 X ． 射线检测方法 R T ， 对受 检管 段的焊缝质量进行检测， 检测结果表明 1 1 管段焊缝内壁存在未焊透缺陷； 2 2 管段存在不同程度的气孔和夹渣。 根据 J B ／ T 4 7 3 0 --2 0 0 5 承压设 备无 损检 测 “ 第 2部分 射线检测” 对 焊缝缺 陷进行评级 ， 其检 测和评级结果见表 2 。 表 2 焊缝质量检测结果 4管道的理化检测 4 ． 1 管道金相组织分析 1 0 - 1 1 ] 在受检管段的母材区、 焊缝以及焊缝热影响区 分别取矩形试样 ， 以 4 ％ 的硝酸酒精 为浸蚀剂 ， 在 5 0 0 x的 N E P H O T 2 1金相显微镜下 ， 观察试样的组织 和空洞的发展趋势。管段金相组织见图 1 。 对母材区、 焊缝区、 细晶区、 粗晶区的铁素体 、 珠 光体 、 针状铁素体的形态分布及晶粒度进行观察 、 分 析后认为 1 母材 区铁素体 珠 光体 组织及分布似无 变化 ； 2 细晶区组织均匀， 铁素体、 珠光体分布似无 变化 ； 3 焊缝区针状铁素体形态清晰 ， 似无变化。 一 一 a ． 母材 区金相组织 b ． 焊缝区金相组织 一 一 c ． 细 晶区金相组织d ． 粗晶区金相组织 图 1 管段 金相组织 4 ． 2氢致裂纹检测 2 J 通过管道腐蚀机理的分析得知 ， 管道的腐蚀主 要是以氧腐蚀和硫化氢腐蚀为主 ， 其 中硫化氢的腐 蚀可能会引起管道的氢致裂纹 、 氢鼓泡 、 氢致应力腐 蚀及应力主导氢诱发裂纹。为此 ， 对受检管段的焊 缝和母材进行了氢致裂纹检测。对母材试样经过冷 浸 ， 在金相显微镜下对氢致裂纹进行检测 ， 结果表明 在管线母材上没有发现由硫化氢所引起 的氢致裂纹 现象 ； 对焊缝金相试样经 过 4 ％硝酸酒 精溶液浸泡 后 ， 在高倍下进行观察 ， 在焊缝气孔和夹渣缺陷部位 2 0 0 9年 1 0月 任希佳， 等 ．天然气采气管线的检测与安全性分析 5 1 也没有发生氢致裂纹。 5管材的力学性能检测 5 ． 1 静拉伸性能检测 根据腐蚀检测及焊缝检测结果 ， 按 G B ／ T 2 2 8 2 0 0 2 金属材料室温拉伸试样方法 实施指南和 G B 2 6 5 1 --1 9 8 9 焊接接头拉伸试验方法 及 G B 3 0 8 7 1 9 9 9 低中压锅炉用无缝钢管 ， 在受检管段的母材 和缺陷焊缝处取样 ， 测试其拉 伸性能 ， 测试 结果见 表 3 。 表 3 管线拉伸测试结果 由表 3中结果可见 ， 腐蚀缺 陷和焊接缺陷的存 在对管材的拉伸性能有较大影响 ， 明显降低了管材 的强度。 5 ． 2硬度的检测 硬度是材料的重要力学性能指标 ， 和材料的强 度有一定的关系， 为了了解焊缝 区、 热影 响区、 母材 区的强度变化 ， 对受 检管段 的焊缝． 热影响 区． 母材 的硬度做了显微硬度测试 ， 其结果见图 2 。 位 移 ／ mm 图 2 焊缝硬 度测试 结果 从检i 贝 0 结果可知 ， 受检段焊缝． 热影 响区． 母 材 的硬度小于 2 4 8 H V， 满足 N A C E ME- 0 1 7 5 l 1 3 ] 标准 中 对管材硬度的规定。 6 结束语 通过定期检测和分析采气管线 ， 准确了解管线 的运行状况， 对及早采取防护措施、 降低维修和更换 费用 ， 为采气管线 的安全运行管理措施的制定提供 可靠的依据 ， 保障采气管线的正常 、 安全 ， 最优状态 下运行都具有重要 的意义。 本文对某气 田采气管线的检测结果表明 1 管壁外绝缘 防护层有部分损伤脱落 ， 并在 管外壁明显发生锈蚀 ； 管内壁腐蚀和冲刷不严重 ， 属 轻度均匀腐蚀。管内、 外壁腐蚀既有化学腐蚀也有 电化学腐蚀。 2 管材金相组织和标准 2 O号钢的金相组织 无太大改变 ， 在管材母 材和焊缝处也未发现 明显的 氢致裂纹发生。 3 管材焊缝处存在未焊透 、 气孔和夹渣缺陷 ， 按 J B 4 7 3 0 --2 0 0 5标准评级为 Ⅲ级合格。 4 腐蚀缺陷和焊缝缺陷对管材的拉伸性能有 一 定 的影响 ， 在 缺陷部位 ， 管材强度 明显 降低 。焊 缝 、 热影响区及母材 的硬度未超出有关标准。 参 考 文 献 [1] 王树立 ， 赵会军．输气管线设 计与管 理[ M] ． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 石兴春． 中国天然气工业发展研 究 [ M] ． 北京 石油工业 出版 社 ． 2 0 0 2 ． 李长俊． 天然气管道运输[ M] ． 北京 石油工业出版社 ， 2 0 0 0 ． 林存瑛． 天然气矿场集输[ M] ． 北京 石油工业出版社 ， 1 9 9 7 ． 郑津洋 ， 马夏康 ， 君谢平 ． 长输管道安全 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 王朝 晖， 石永 春 ， 朱 欢勤． 管道检 测技 术 [ J ] ． 管 道技术 与设 备 ， 1 9 9 9， 5 3 4 O 41 ． 范娟 ， 淡勇 ， 刘琪． 埋地敷设油气管道的腐 蚀和检测 [ J ] ． 西北 大学学报 专辑， 2 0 0 9 ， 6 3 9 1 4 4～1 4 6 ． 李应彤 ， 胡晓华． 石 化企业压 力管道 的检测 [ J ] ． 内蒙古石油 化工 ， 2 0 0 1 ， 1 0 2 7 7 5 -7 9 ． A n n u a l B o o k o f A S T M S t a n d a r d s S t a n d a r d P r a c t i c e G 4 6 - 7 6 [ c ] v o 1 ．3 ． 0 2，Ame ric a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d Ma t e ri a l s ，Ph i l a d e l p h i a 1 9 9 3 P ．1 9 7 ． 李鹤林． 高强度微合金管线显微组织分析与鉴别图谱[ M] ． 北 京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． 李长春． 焊接件 加工处理 工艺与 质量检 测， 失效 分析技术 及 金相谱图实用手册 [ M] ． 北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 6 ． 熊林玉． 管线 钢焊接接 头的显微组织及 H I C性能研究[ J ] ． 天 津大学学报 ， 2 0 0 3 ， 4 7 3 5 - 3 9 ． 美 国腐蚀工 程师协 会．钢材 在 H2 s环 境 中的评定 [ M] ． 北 京 中国石化 出版社 ， 2 0 0 0 ． 1；] j 1 j 1J 1j 一 一 纠 叫 ⋯ r}r j [rL r}rL