天然气管道腐蚀穿孔成因分析.pdf

2 0 1 4 庄 第1 期 管道技术 P i p e l i n eT e c h n i q u e 5 设 备 a n d E q u i p m e n t 2 0 1 4 N o ．1 天然气管道腐蚀穿孑L 成因分析 朱圣平，李方圆，江涛 山东省天然气管道有限责任公司，山东济南2 5 0 1 0 1 摘要某天然气管道发生腐蚀穿孔泄漏事故，利用理化实验分析、微观分析 S E M 和x 射线衍射 X R D 等技术手段，分析了事故管道的拉伸性能、冲击性能及腐蚀产物等，确定了腐蚀穿孔的诱因，并 推理得出管道内发生C O ，腐蚀的机理。针对这一现象，结合管道的运行工况，从管道清管、气质处理、 管道内检测及介质流速等方面给出了几点防腐建议。 关键词天然气；管道；腐蚀；穿孔 中图分类号T E 8 3 2文献标识码A文章编号1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 4 0 l 一0 0 3 9 0 3 A n a l y s i so fN a t u r a lG a sP i p e l i n eP e r f o r a t i o nb yC o r r o s i o n Z H US h e n g p i n g ，L IF a n g - y u a n ，J I A N GT a o S h a n d o n gN a t u r a lG a sP i p e l i n eC o ．，L t d ．，J i n a n2 5 0 1 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t An a t u r a lg a sp i p e l i n eW a sp e r f o r a t e d ．I no r d e rt of i n do u tt h ec a u s ea n dp r e v e n tt h i sp h e n o m e n o nf r o mo c e u r i n ga g a i n ，t h et e n s i l ep r o p e r t y ，t h ei m p a c tp r o p e r t ya n dt h ec o r r o s i o np r o d u c t sw e r ea n a l y z e db ym e a n so fp h y s i c a la n dc h e m i c a le x p e f i m e n t s ，S E Ma n dX R D ．T h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ec a u s eo fc o r r o s i o np e r f o r a t i o na n dt h em e c h a n i s mo fC 0 2c o r r o s i o nw a so b t a i n e d ． F i n a l l y ，s e v e r a ls u g g e s t i o n sw e r ep r o p o s e dt op r e v e n tp i p ec o r r o s i o ni nt h ea s p e c t so fp i g g i n g ，t e m p e r a m e n tp u r i f i c a t i o n ，i n 。l i n e i n s p e c t i o no fp i p e l i n e sa n dn a t u r a lg a sv e l o c i t yi nc o m b i n a t i o nw i t ht h ep i p e l i n eo p e r a t i o nc o n d i t i o n s ． K e yw o r d s n a t u r a lg a s ；p i p e l i n e ；c o r r o s i o n ；p e r f o r a t i o n 0 引言 泰安市某天然气管道在正常运行状况下出现失 效泄漏，失效管道为螺旋缝埋弧焊钢管，管道规格 0 5 0 8 6 ．4m m ，钢级L 3 2 0 ，3 P E 防腐，设计压力为3 ．9 M P a ，于2 0 0 6 年1 0 月投入使用，目前的输气规模较 小，约为2 1 0 5m 3 ／d ．自投用以来，该管道已先后5 次 发生泄漏事故，为防止此类事故再次发生，对腐蚀穿 孑L 管道开展了取样检测分析，了解管道失效的具体原 因，并找出合理的腐蚀穿孔预防对策。 1 取样管道宏观分析 取样管道内壁底部有大量的泥土沉积，在钢管底 部呈带状分部。失效腐蚀圆孔位于钢管的底部，直径 约5 ．6m m 见图1 ，腐蚀孔内壁周围是直径为2 0m m 的腐蚀坑。 从钢管一端连续切割3 个环，长分别为2 6 0m m 、 3 6 0m m 和2 0 0m m ，在第2 个圆环内壁，发现有4 个较 大腐蚀坑，分别以1 、2 、3 、4 表示，均位于钢管的底 部 见图2 ，钢管底部外的其他部位未发现腐蚀坑。 收稿日期2 0 1 3 0 7 0 4收修改稿日期2 0 1 3 0 8 1 2 图1 漏点内壁形貌 图2 腐蚀坑形貌 2 理化实验分析 2 ．1 化学成分分析 从接近腐蚀孔处管道取样，依据G B ／T4 3 3 6 2 0 0 2 ⋯，使用直读光谱仪检测材料的化学成分，检测 结果如表l 所示。由分析结果可以看出，取样管材材 万方数据 4 0 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n t J a n ．2 0 1 4 质为L 3 2 0 ，符合G B ／T9 7 1 1 ．1 1 9 9 7 的要求‘2 | ，与设 计要求一致。 表1 化学成分分析结果 ％ 元素管段 9 7 1 1 G ．B 1 ／一T 1 9 9 7 元素管段 9 7 1 l G ．B 1 ／一T 1 9 9 7 C0 ．0 8 6≤O ．3 0C u0 ．0 0 80一 S i0 ．2 0 一 T i 0 ．0 1 7 一 M n1 ．1 8≤1 ．2 5N o 0 ．0 0 01 0 一 P0 ．0 0 90≤0 ．0 3 0V 0 ．0 0 03 0 一 S0 ．0 0 60≤0 ．0 3 0 A l 0 ．0 2 4 一 C r0 ．0 0 7O N b0 ．0 1 3 N i O ．0 0 05 0 一 2 ．2 拉伸性能 从管体和焊缝处取标距内宽度为3 8 ．1m l n 的板状 拉伸试样进行拉伸试验，实验结果见表2 。管道抗拉强 度、屈服强度、断后伸长率等参数均能较好地满足G B ／T 9 7 1 1 ．1 1 9 9 7 的标准要求，拉伸性能指标合格。 表2 拉伸性能检测结果 2 ．3 冲击性能 从钢管管体、焊缝和热影响区分别取夏比V 型冲 击试样进行冲击试验，试样规格为1 0m m 5m l nx5 5 m m ，试验温度为0 ℃．试验结果见表3 。 表3 冲击性能检测结果 夏比冲击值／J 项目 试样规格j 实验值 3 次 平均值 1 0 6 8 9 8 5 1 1 0 9 3 8 1 1 0 8 8 9 8 2 2 ．4 显微组织 图3 为金相组织图。 图3 金相组织图 在腐蚀孔附近以及腐蚀孔处切取金相试样，研 磨、抛光、浸蚀后对试样进行金相检测，腐蚀孔附近的 金相组织均为铁素体和珠光体，与管体组织相同，未 见异常组织。 腐蚀孔周边并未发现组织缺陷及裂纹，见图4 。 图4 腐蚀坑附近形貌 3 腐蚀孔微观分析 由图1 所示，该钢管内壁存在严重的腐蚀现象，因 此在钢管内壁的腐蚀孑L 附近取样观察腐蚀产物形貌， 并对腐蚀产物进行能谱分析，结果见图5 ～图6 。 图5 腐蚀产物的S E M 形貌 图6 腐蚀产物形貌及其能谱分析 由图5 及图6 可知，腐蚀产物为结晶状立方体形 貌。能谱分析结果表明该结晶体成分主要为F e 、C 、 0 ，其原子百分比大致为1 1 3 。根据S E M 结果及其 E D S 结果推断，这种结晶状产物为F e C O ，。 4 腐蚀产物X R I 分析 在管线钢内壁的腐蚀坑附近刮取腐蚀产物进行 X R D 分析，结果显示，内壁的腐蚀产物主要为F e C O ，、 m 跖∞ 衄 衄 姗跖弱巧 m m m 吡 叫 m 5 5 5 一 一 姗 m m m 区 体缝响 管焊影 热 万方数据 第1 期朱圣平等天然气管道腐蚀穿孔成因分析 4 1 F e O O H 、F e 3 0 4 、C a C 0 3 及C 6 H 4 0 4 。分析认为，F e 3 0 4 和F e O O H 属于基体自有成分，是在制作、施工过程 中母材发生表面氧化的产物，而F e C O ，的存在则进一 步提高了该管道存在C O 腐蚀的可能性。 5 腐蚀穿孔成因分析 由失效钢管的宏观分析可见，腐蚀坑均发生在钢 管底部内壁，钢管内壁底部又有大量泥土痕迹，泥土 呈规则的带状分部，可推断管内存在水；金相分析表 明，材料的金相组织为铁素体和珠光体，在腐蚀孑L 周 围也没有原始裂纹产生，该钢管失效与材料本身理化 性能关系不大。腐蚀坑周围的腐蚀产物能谱分析结 果表明，腐蚀产物中含有C 、0 、F e ，通过S E M 和E D S 分析，可推断出腐蚀产物为F e C O ，。因此，该钢管失效 为典型的C O 腐蚀造成的。 通过分析该管道生产运行参数，发现其输气规模 基本维持在2 1 0 5m 3 ／d ，天然气流速低于0 ．5m ／s ． 在较低的天然气流速下，气体中的凝析水极易积聚于 管底，C O 溶解于水中形成较严重的C O 腐蚀。 二氧化碳腐蚀的产生机理如下旧J 溶解在水里的C O 与水反应生成碳酸 C 0 2 H 2 0 _ H 2 C 0 3 碳酸第一步水解 H 2 C 0 3 _ H H C 0 3 一 碳酸第二步水解 H C 0 3 一_ H C 0 3 2 一 溶液中的H C O ，与F e 的反应促使了F e 的腐蚀。 其中，阳极反应为 F e } F e 2 2 e 阴极反应为 2 H 2 e } H ． 完全反应为 F e 十H 2 C 0 3 } F e C 0 3 H 2 6 结束语 1 通过宏观分析，发现天然气管道底部有大量 积水，且管道内表面清洁程度不理想，尤其是在管底 形成了较明显的泥土淤积，建议对该管道开展定期清 管，清除管道内的污物及积水，并根据气质组成、管道 输送效率等参数确定合理的清管周期，以控制管道内 腐蚀速率M 1 。 2 建议加强对上游来气气质条件的监测，通过 增加过滤器、旋风分离器等，保证气质条件达标嶂1 。 3 由于管道已形成较严重的内壁腐蚀，为避免 穿孔现象再次发生，建议对该管道开展全面的腐蚀检 测，排除因管道腐蚀壁厚减薄而导致的安全隐患。 4 超低介质流速容易造成管道内粉尘和水分积 聚，从而加速管道腐蚀。因此，通过开发下游用户，提 高输气规模和介质流速，可以在一定程度上降低管道 腐蚀穿孔的发生概率。 参考文献 [ 1 ] G B ／T4 3 3 6 - - 2 0 0 2 碳素钢和中低合金钢火花源原子发 射光谱分析方法． [ 2 ] G B ／T9 7 1 1 ．1 一1 9 9 7 石油天然气工业输送钢管交货技 术条件第1 部分A 级钢管． [ 3 ] 冯蓓，杨敏，李秉风，等．二氧化碳腐蚀机理及影响因素． 辽宁化工，2 0 1 0 ，3 9 9 9 7 6 9 7 9 ． [ 4 ] S Y ／T5 9 2 2 - - 2 0 0 3 天然气管道运行规范． [ 5 ]于东升，郭东升，江涛，等．天然气场站工艺系统优化．油 气储运，2 0 1 2 ，3 1 1 1 8 2 7 8 3 6 ． 作者简介朱圣平 1 9 6 7 一 ，工程师，主要从事长输天然气管道 生产运营、安全管理方面的工作。 E ．m a i l j s a q k s o h u ．c o m 上接第3 5 页 3 结论 根据长输油气管道搭接焊缝结构特点，将超声脉 冲回波法与透射传输法相结合，利用多通道多方法实 现了对搭接焊缝内部焊接缺陷的检测，减少了漏检和 误判。同时，采用特定对比试块、组合式超声探头、专 用扫查器和数字多通道超声探伤仪组成管道搭接焊 缝超声检测系统，可提高检测效率和可靠性。采用提 出的方法对油气长输管道搭接焊缝进行超声探伤，有 助于避免由焊接缺陷引发的管道泄漏和破裂事故，为 管道的安全运行提供保障。 参考文献 [ 1 ] 宋艾玲，梁光川．世界油气管道现状与发展趋势．油气储 运，2 0 0 6 ，2 5 1 0 1 6 ． [ 2 ] S Y ／T0 4 5 2 石油天然气金属管道焊接工艺评定． [ 3 ] 陈昌华．数字超声波探伤扫描技术应用．冶金分析，2 0 0 6 增刊 ． [ 4 ] 常冬艳．管道复杂焊缝扫查器的研究与设计[ 学位论 文] ．哈尔滨哈尔滨工程大学，2 0 1 1 ． [ 5 ]M E S S E R ，B A R R Y ．N o v e lu l t r a s o n i ct e s t i n go fc o m p l e x w e l d s ．A m e r i c a nS o c i e t yo fM e c h a n i c a lE n 百n e e m ，P r e s s u r e V e s s e l sa n dP i p i n gD i v i s i o n P u b l i c a t i o n P V P ，2 0 0 5 ，1 5 1 4 9 1 5 5 ． [ 6 ] j B ／T4 7 3 0 一2 0 0 5 承压设备无损检测第3 部分超声检测． [ 7 ] A S M EC A S E2 2 3 5 9 以超声波检测代替射线检测． 作者简介朱子东 1 9 7 4 一 ，工程师，研究方向为无损检测。 E m a i l z z d 7 4 s i n a ．c o m 万方数据