天然氣輸送管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂原因

摘 要：管道運(yùn)輸是當(dāng)前油氣運(yùn)輸中運(yùn)用的最為廣泛的一種運(yùn)輸方式，其具有較高的經(jīng)濟(jì)性和方便性，近些年來，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于能源的需求量也在不斷的增加，這就對(duì)油氣管道運(yùn)輸提出了更高的要求，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、高壓力的運(yùn)輸是我國(guó)油氣管線運(yùn)輸?shù)谋厝贿x擇，同時(shí)要求運(yùn)輸管道必須要具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，才能夠滿足油氣運(yùn)輸?shù)囊?。本文就針?duì)天然氣輸送管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的相關(guān)問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

關(guān)鍵詞：油氣運(yùn)輸；天然氣輸送管線鋼；應(yīng)力腐蝕開裂

高壓長(zhǎng)輸管線的腐蝕開裂問題是當(dāng)前管道建設(shè)中受到普遍關(guān)注的問題之一，因?yàn)楹芏嘣谀托缘挠蜌夤芫€運(yùn)輸事故都是由于輸送管線發(fā)生腐蝕開裂所引起的，其造成的損失是巨大的。因此，作為長(zhǎng)輸管線，必須要具備較強(qiáng)的抗腐蝕和抗裂能力，才能有效的避免各種斷裂事故的產(chǎn)生。在通常情況下，有些管線的細(xì)微裂紋不會(huì)發(fā)生迅速擴(kuò)展，如果能夠?qū)⑵潋?qū)動(dòng)力控制在合理的范圍內(nèi)，百年能夠有效的將其破壞程度降到最低，這也是預(yù)防災(zāi)害事故的一個(gè)有效措施。所以，針對(duì)天然氣輸送管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂問題的研究有著十分重要的意義。

1 應(yīng)力腐蝕開裂

應(yīng)力腐蝕開裂指的是管線鋼在一定的壓力和腐蝕環(huán)境下所產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象，通?？s寫為SCC。在油氣管線運(yùn)輸過程中，引起管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的現(xiàn)象需要同時(shí)滿足以下幾個(gè)條件：第一，拉應(yīng)力，包括在操作過程中產(chǎn)生的工作應(yīng)力、參與應(yīng)力以及熱應(yīng)力等，拉應(yīng)力的存在會(huì)導(dǎo)致管線應(yīng)力產(chǎn)生集中的現(xiàn)象，容易造成材料鈍化膜的破壞；第二，特定的腐蝕環(huán)境，通常指的是管線涂層的剝落以及土壤、水質(zhì)中碳酸、硝酸等元素的存在；第三，管線的敏感性，其主要與管道的選材、制造工藝、鋼材表面的清潔度等有著直接的聯(lián)系。管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生，是在多方面應(yīng)力作用的影響下形成的，其并不是簡(jiǎn)單的腐蝕和開裂兩個(gè)應(yīng)力的直接作用，因?yàn)檫@兩個(gè)因素相互疊加所產(chǎn)生的應(yīng)力與單個(gè)因素相比會(huì)大幾倍，如果將其中的一個(gè)作用因素進(jìn)行消除，那么另一個(gè)因素所產(chǎn)生的破壞作用就十分微弱。通常情況下，單純的應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生的破壞作用并不需要很大，如果沒有腐蝕介質(zhì)的才能在，那么管線就不容易產(chǎn)生開裂；相反，如果沒有開裂，那么腐蝕介質(zhì)的存在也不會(huì)產(chǎn)生較大的破壞作用?？傊瑧?yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生是在特定的條件下產(chǎn)生的，需要同時(shí)滿足上述三個(gè)條件，才能形成較為嚴(yán)重的破壞。

2 pH值對(duì)管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的影響

通常情況下，管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的影響因素，可以從介質(zhì)的種類和濃度、鋼材的強(qiáng)度和化學(xué)成分以及溫度等相關(guān)的因素幾個(gè)方面分析，相關(guān)的研究文獻(xiàn)也較多。而pH值對(duì)于管線鋼應(yīng)力也有著十分重要的影響，具體可以從以下幾個(gè)方面分析：

2.1 通過對(duì)國(guó)外能源報(bào)告文獻(xiàn)和資料的查閱發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生技術(shù)全都是處于中性pH值應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，針對(duì)高pH應(yīng)力腐蝕開裂的研究較為救援，已經(jīng)開展了幾十年；而針對(duì)低pH的研究時(shí)間較短。高pH值條件下腐蝕開裂對(duì)于溫度會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的敏感性，而隨著溫度的升高，其敏感的電位區(qū)間不斷擴(kuò)大，容易導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕傾向擴(kuò)大。中性pH 值裂紋主要是穿透鋼晶粒，由于兩種裂紋之間的區(qū)別，兩種研究方法也是不相同的。大量高pH 值SCC 常在壓氣站下游20km 之內(nèi)發(fā)生，而中性pH 值SCC 大多情況在壓氣站30km 以外才被發(fā)現(xiàn)，高pH 值SCC 可以考慮在土壤和輸送介質(zhì)中加抑制劑阻止SCC，對(duì)于中性pH 值，還沒有類似的研究。

2.2 管線所處的土壤和溫度條件以及自身防腐涂層和陰極保護(hù)電流的狀況，是影響管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的主要因素。在中性pH值環(huán)境下，聚乙烯帶子纏繞的管子上發(fā)生腐蝕開裂的可能性相比普通的涂層管線要高于幾倍，使用環(huán)氧粉末涂層的管線則不容易發(fā)生腐蝕開裂。當(dāng)處在具有還原性的土壤環(huán)境中時(shí)，則十分容易產(chǎn)生腐蝕開裂現(xiàn)象，因?yàn)橥寥乐械乃峙c管道表面的接觸，容易造成管線涂層的損壞或者是脫落，所以容易形成腐蝕開裂。

3 預(yù)防管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的思考

3.1 在管道的設(shè)計(jì)方面，要對(duì)裂紋內(nèi)檢測(cè)工具的通過進(jìn)行充分的考慮，同時(shí)要能通過檢測(cè)儀的測(cè)量獲得完整的管道相關(guān)資料。在針對(duì)管線的防腐涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)和涂刷時(shí)，要考慮到涂層對(duì)腐蝕開裂所產(chǎn)生的影響，并且使用性能較好的涂料，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)。關(guān)于涂料的相關(guān)要求，需要滿足以下的標(biāo)準(zhǔn)：一要能夠有效的阻隔管線鋼材表面與容易引起腐蝕開裂的環(huán)境，二要能夠在其受到損壞或者是發(fā)生脫落時(shí)允許陰極保護(hù)電流通過，三要在進(jìn)行涂刷施工時(shí)減少殘余應(yīng)力在管線表面的停留。

3.2 我國(guó)在管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的研究工作方面，與國(guó)外相比存在著一定的差距，所以需要對(duì)國(guó)外相關(guān)的研究工作進(jìn)展和資料進(jìn)行持續(xù)的關(guān)注和收集，并且結(jié)合我國(guó)當(dāng)前油氣管線運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，提出與我國(guó)發(fā)展實(shí)際相適應(yīng)的殼體和內(nèi)容。研究的內(nèi)容方面主要是以防腐層的作用、管道表面狀況、鋼材結(jié)構(gòu)和成分等因素對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象的影響以及有效的消除措施。

3.3 在天然氣氣質(zhì)檢測(cè)工作方面要不斷的加強(qiáng)，通常需要在設(shè)計(jì)時(shí)就要對(duì)相關(guān)的檢測(cè)儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，這樣便能夠?qū)2S的濃度進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)與控制，使天然氣中的水含量控制在合理的范圍內(nèi)，在實(shí)際的運(yùn)行中可以根據(jù)需要加入適量的緩蝕劑，能有效的降低腐蝕開裂產(chǎn)生的可能性。

3.4 對(duì)管道進(jìn)行選材時(shí)要對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂的影響因素進(jìn)行充分的考慮，Mn、P兩種合金元素的運(yùn)用，能夠使管道鋼壓力腐蝕開裂的阻力極大的降低，同時(shí)焊縫區(qū)進(jìn)行退火水處理也能夠有效的控制管道鋼壓力腐蝕開裂的阻力。

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