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    常减压蒸馏油气管道焊缝裂纹失效分析.pdf

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    常减压蒸馏油气管道焊缝裂纹失效分析.pdf

    第43卷第3期 2014年5月 石油化工设备 PETR0一CHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 No.3 May 2014 文章编号10007466201403009205 常减压蒸馏油气管道焊缝裂纹失效分析 苏同君,苏楷然,段振国 中国石油化工股份有限公司石家庄炼化分公司,河北石家庄050099 摘要针对常减压蒸馏油气管道的失效特点,对管道材质的金相组织和夹杂物、管道材质的化学成 分、焊缝区的显微硬度进行了测试,对断口的宏观微观形貌、腐蚀特征、腐蚀产物等进行了分析,结 合输油管道的服役条件进行了腐蚀理论分析,以判断材质质量与管道断裂的关系、管道断裂的机制 以及管道服役环境与断裂失效的关系,阐明了输油管道的断裂失效原因,对下一步的工作提出了合 理建议。 关键词管道;焊缝;泄漏;失效;分析 中图分类号TE973;TQ055.8文献标志码B doii0.3969/j.issn.1000-7466.2014.03.024 Failure Analysis of Weld Crack of Atmospheric and Vacuum Distillation Oil and Gas Pipeline SU Tong-jan,SU Kairan,DUAN Zhenguo SINOPEC Shijiazhuang RefiningChemical Company,Shijiazhuang 050099,China AbstractAccording to the characteristics of atmospheric and vacuum distillation on and gas pipeline failure material to its basic perance,the microstructure and the chemical composition of inclusions,the tube materia1,microhardness of weld area were tested,the fracture of the frac ture mierostrueture,corrosion characteristics and corrosion products were analyzed, and combi ning with theoretical analysis,the service condition of pipeline corrosion to determine the rela tionship between a material quality and the pipeline rupture of the pipeline,oil pipeline and the mechanism of fracture of pipeline service environment and the relationship between the fracture failure.Finally clarify fracture failure reasons of pipeline,and on this basis puts forward reasona ble suggestions on the next step work. Key wordspipeline;weld crack;leakage;failure;analysis 某公司常减压油气管道内部介质为常减压蒸馏 后得到的含杂质的汽油,主要杂质为硫化物,含水 质量分数约1 ,工作温度为50℃。管道主体由 2O钢管焊接而成。管道运行中发生泄漏,泄漏区位 于常减压蒸馏塔下游的输油管道,泄漏点主要在焊 缝和热影响区,少数发生在非焊缝区域。着色渗透 检测发现泄漏处失效模式主要为裂纹。为确定失效 原因,笔者通过系列测试和理论分析,研究了失效管 道管材本身性质金相组织和力学性能、受力条件 和腐蚀环境对管道失效的影响,逐步排查确定失效 原因,并提出了预防和消除此类事故的建议。 1 失效油气管道材料性能测试 1.1 管材基体化学成分分析 对管材基体进行了化学成分的电子衍射能谱 EDS分析,结果见图1。由图1可见管材基体材 质为低碳钢20G,合金元素很少,说明管材基体无 明显的有害杂质存在。 收稿日期201312-20 作者简介苏同君1964一,男,河北辛集人,工程师,主要从事石油化工设备和工程的管理工作。 第3期 苏同君,等常减压蒸馏油气管道焊缝裂纹失效分析 2.3 宏观形貌 失效输油管道未发生泄漏的焊缝处内部比较光 滑,腐蚀程度与非焊缝区的接近。而发生泄漏的焊 缝的内表面发生了明显的局部腐蚀,整个焊缝内壁 被腐蚀出一道1~2 Film深的沟槽,表明发生泄漏处 的焊缝区的组织容易腐蚀。 3管道腐蚀机理分析 失效输油管道的化学成分和金相组织符合低碳 钢20钢的特点,无明显异常。但是焊缝内存在大 量的夹杂物,其中少数大尺寸夹杂物能够产生应力 集中,促使裂纹发生。同时,焊缝中存在气孔未焊 透点,能够促进裂纹的发生。如果不存在残余拉应 力或结构应力,夹杂物与气孔不足以引发自内表面 的裂纹,而只影响焊缝的强度。 硬度分析表明,尺寸较大较宽的焊缝中心 存在一个软化组织区,该区域在焊接过程中最后 凝固和冷却。冷却后,由于金属的热膨胀性会导 致焊缝中心的收缩,因而会在该区域周围产生周 向分布的拉应力场,其两侧边界为熔合线,即熔合 线处的拉应力最大。从内表面看,新的焊缝表面 不存在残余应力。但当焊缝内表面因腐蚀而减薄 足够的厚度后,焊缝的残余应力区就会暴露在管 内的腐蚀环境当中。因此,发生泄漏的焊缝因为 内表面的严重局部腐蚀而暴露出了位于熔合线上 的拉应力区。 腐蚀产物的分析表明,管内介质中含有腐蚀性 较强的介质,这种介质的主要成分是硫化物。由现 场工况来看,管内介质中含有一定的水分,因此,可 溶性的硫化物在一定pH值条件下一般是pH值 低于7或高于10能够引起应力腐蚀裂纹。从裂纹 特征看,裂纹内部充满腐蚀产物硫化物,裂纹扩展过 程为沿脆性相一铁素体晶粒或渗碳体一扩展,断口 特征为穿晶和沿晶混合模式,这些都符合硫化物应 力腐蚀的特征[3。]。 综合分析看出,20钢焊缝区存在残余拉应力及 含硫化物的较强腐蚀性介质,而碳钢一硫化物介质是 应力腐蚀敏感体系,因此可以确定裂纹主要是硫化 物应力腐蚀裂纹[8 。管内介质能够导致严重的局 部腐蚀,在非焊缝区也可能因为严重的局部腐蚀而 发生泄漏。 4建议 应力腐蚀裂纹发生在不同的焊缝内,且硫化物 及管内介质的腐蚀起关键作用。因此,建议在实际 生产中应严格限制原料的酸性、含盐量以及含水量, 以降低产品中硫化物的浓度,从根本上抑制应力腐 蚀的发生。同时,应该注意调节适宜的pH值,添加 更为有效的缓蚀剂。如果条件允许,建议升级设备 材质,提高耐蚀性,以应对高酸性原油带来的腐蚀 问题l_1l_。 5 结语 失效油气管道裂纹形态符合应力腐蚀特征,裂 纹主要沿焊缝的熔合线扩展。焊缝内的残余应力是 引起应力腐蚀的关键原因,同时焊缝内的夹杂物和 气孑L对裂纹发生起一定的促进作用。管内介质中的 硫化物能引起焊缝区严重的局部腐蚀,导致焊缝熔 合线的残余拉应力区暴露在腐蚀介质中,进而由管 内介质中的硫化物引起应力腐蚀裂纹,s 一是发生应 力腐蚀的主要原因之一。结合现场工况可以判断, 应力腐蚀是输送介质内的HS含量偏高,同时pH 值调节不当而导致的。但pH值的大小对低碳钢管 线应力腐蚀敏感性的影响以及有效的抑制方法,目 前不是特别清楚,需借助试验研究来获得更为具体 的数据。 参考文献 Eli林慧国,林钢,吴静雯.袖珍世界钢号手册[M].北京 机械工业出版社,2003. 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