天然氣輸送管線鋼應力腐蝕開裂原因

摘 要：管道運輸是當前油氣運輸中運用的最為廣泛的一種運輸方式，其具有較高的經濟性和方便性，近些年來，隨著市場經濟的快速發展，對于能源的需求量也在不斷的增加，這就對油氣管道運輸提出了更高的要求，實現長距離、高壓力的運輸是我國油氣管線運輸的必然選擇，同時要求運輸管道必須要具有較強的耐腐蝕性，才能夠滿足油氣運輸的要求。本文就針對天然氣輸送管線鋼應力腐蝕開裂的相關問題進行簡單的分析。

關鍵詞：油氣運輸；天然氣輸送管線鋼；應力腐蝕開裂

高壓長輸管線的腐蝕開裂問題是當前管道建設中受到普遍關注的問題之一，因為很多在耐性的油氣管線運輸事故都是由于輸送管線發生腐蝕開裂所引起的，其造成的損失是巨大的。因此，作為長輸管線，必須要具備較強的抗腐蝕和抗裂能力，才能有效的避免各種斷裂事故的產生。在通常情況下，有些管線的細微裂紋不會發生迅速擴展，如果能夠將其驅動力控制在合理的范圍內，百年能夠有效的將其破壞程度降到最低，這也是預防災害事故的一個有效措施。所以，針對天然氣輸送管線鋼應力腐蝕開裂問題的研究有著十分重要的意義。

1 應力腐蝕開裂

應力腐蝕開裂指的是管線鋼在一定的壓力和腐蝕環境下所產生的開裂現象，通常縮寫為SCC。在油氣管線運輸過程中，引起管線鋼應力腐蝕開裂的現象需要同時滿足以下幾個條件：第一，拉應力，包括在操作過程中產生的工作應力、參與應力以及熱應力等，拉應力的存在會導致管線應力產生集中的現象，容易造成材料鈍化膜的破壞；第二，特定的腐蝕環境，通常指的是管線涂層的剝落以及土壤、水質中碳酸、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系。管線鋼應力腐蝕開裂的產生，是在多方面應力作用的影響下形成的，其并不是簡單的腐蝕和開裂兩個應力的直接作用，因為這兩個因素相互疊加所產生的應力與單個因素相比會大幾倍，如果將其中的一個作用因素進行消除，那么另一個因素所產生的破壞作用就十分微弱。通常情況下，單純的應力腐蝕開裂產生的破壞作用并不需要很大，如果沒有腐蝕介質的才能在，那么管線就不容易產生開裂；相反，如果沒有開裂，那么腐蝕介質的存在也不會產生較大的破壞作用。總之，應力腐蝕開裂的產生是在特定的條件下產生的，需要同時滿足上述三個條件，才能形成較為嚴重的破壞。

2 pH值對管線鋼應力腐蝕開裂的影響

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

2.1 通過對國外能源報告文獻和資料的查閱發現，應力腐蝕的產生技術全都是處于中性pH值應力作用下產生的，針對高pH應力腐蝕開裂的研究較為救援，已經開展了幾十年；而針對低pH的研究時間較短。高pH值條件下腐蝕開裂對于溫度會產生較為強烈的敏感性，而隨著溫度的升高，其敏感的電位區間不斷擴大，容易導致應力腐蝕傾向擴大。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 之內發生，而中性pH 值SCC 大多情況在壓氣站30km 以外才被發現，高pH 值SCC 可以考慮在土壤和輸送介質中加抑制劑阻止SCC，對于中性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電流的狀況，是影響管線鋼應力腐蝕開裂的主要因素。在中性pH值環境下，聚乙烯帶子纏繞的管子上發生腐蝕開裂的可能性相比普通的涂層管線要高于幾倍，使用環氧粉末涂層的管線則不容易發生腐蝕開裂。當處在具有還原性的土壤環境中時，則十分容易產生腐蝕開裂現象，因為土壤中的水分與管道表面的接觸，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 預防管線鋼應力腐蝕開裂的思考

3.1 在管道的設計方面，要對裂紋內檢測工具的通過進行充分的考慮，同時要能通過檢測儀的測量獲得完整的管道相關資料。在針對管線的防腐涂層進行設計和涂刷時，要考慮到涂層對腐蝕開裂所產生的影響，并且使用性能較好的涂料，實現陰極保護。關于涂料的相關要求，需要滿足以下的標準：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境，二要能夠在其受到損壞或者是發生脫落時允許陰極保護電流通過，三要在進行涂刷施工時減少殘余應力在管線表面的停留。

3.2 我國在管線鋼應力腐蝕開裂的研究工作方面，與國外相比存在著一定的差距，所以需要對國外相關的研究工作進展和資料進行持續的關注和收集，并且結合我國當前油氣管線運輸的實際情況，提出與我國發展實際相適應的殼體和內容。研究的內容方面主要是以防腐層的作用、管道表面狀況、鋼材結構和成分等因素對應力腐蝕開裂現象的影響以及有效的消除措施。

3.3 在天然氣氣質檢測工作方面要不斷的加強，通常需要在設計時就要對相關的檢測儀器進行設計和安裝，這樣便能夠將H2S的濃度進行有效的監測與控制，使天然氣中的水含量控制在合理的范圍內，在實際的運行中可以根據需要加入適量的緩蝕劑，能有效的降低腐蝕開裂產生的可能性。

3.4 對管道進行選材時要對應力腐蝕開裂的影響因素進行充分的考慮，Mn、P兩種合金元素的運用，能夠使管道鋼壓力腐蝕開裂的阻力極大的降低，同時焊縫區進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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