輸油管道裂紋產生的原因分析與處理措施

張振興

(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院泉州分院，福建，泉州 362000)

1 引言

近年來壓力管道數量不斷增加，其安全事故屢見不鮮，作為一種輸送介質的承壓設備，越來越受到人們的關注。在管道運行期如何做好管道缺陷的防范工作，以及出現缺陷后如何安全有效的消除隱患，保證管道安全平穩運行，是我們應該重點關注的方面[1]。全面檢驗是排除壓力管道安全隱患的一種主要檢驗方式，通過全面檢驗可以發現壓力管道的表面缺陷及埋藏缺陷，及時修復缺陷，排除安全隱患。2017年某公司壓力管道全面檢驗工作中，發現碼頭拐角處彎頭下方連接的直管存在長度350mm的裂紋缺陷。文中將從以下幾個方面討論該壓力管道裂紋產生的原因及處理措施。

2 資料審查及檢驗方法概述

通過對該管道的質量證明書和竣工圖紙等資料的審查，發現該管道的材質為20鋼（GB/T 8163-1999《流體輸送用無縫鋼管》），規格為φ219×7mm，運行壓力為0.4MPa，運行溫度為常溫，輸送介質為柴油，管道外表面涂有防銹漆。

下面將依據TSG D0001-2009《壓力管道安全技術監察規程》[2]和《在用工業管道定期檢驗規程》[3]采用光譜檢測、硬度檢測、金相檢測、射線檢測、磁粉檢測等方法探討裂紋的性質及裂紋產生的原因。

3 檢測結果及分析

3.1 磁粉檢測

采用LKXN型磁粉檢測儀對裂紋附近管道表面進行磁粉檢測，磁化方法為磁軛法，磁懸液為黑油磁懸液，靈敏度試片為：A1-30/100，磁化時間為3s，檢測結果發現長約350mm的縱向裂紋，如圖1所示。

裂紋垂直于焊縫，由焊縫邊緣延伸至母材，裂紋形態平直、銳利，該種表面裂紋最易發生擴展[4]。因此需要進一步做無損檢測對裂紋的性質及產生原因做進一步分析。

圖1 管道表面縱向裂紋

3.2 射線檢測

采用XXG-2505型X射線探傷機對管道裂紋附近進行X射線檢測，檢測結果如圖2所示。由圖可以看出，射線底片上未發現裂紋。由于射線檢測對內部埋藏缺陷檢出率比較高，而對表面缺陷不敏感，由此可以判斷上述磁粉檢測所發現的表面裂紋未擴展至管道內部。

圖2 裂紋附近射線底片

3.3 光譜檢測

采用FOUNDR-MASTER PRO型全定量光譜儀對無缺陷部位的管道表面及裂紋附近的管道表面進行光譜檢測，檢測結果發現所測材質的化學成分均與20鋼的化學成分基本一致，如表1所示。說明管道的材質符合要求且并未發生劣化。

表1 光譜檢測雜質元素含量（%）

3.4 硬度檢測

采用TH160型里氏硬度計對無缺陷處管道表面進行硬度測量，測量平均值為125HB，如表中序號a所示；裂紋附近管道表面硬度測量票平均值為126HB，如表中序號b所示。兩次測量結果如表2所示，均符合要求，表明管道未發生材質硬化。

表2 管道外表面硬度值（HB）

3.5 金相檢測

采用PTI-5000型金相檢測儀對裂紋附近管道表面進行金相檢測。用100#、300#、600#、1000#、1500#砂紙對管道表面進行粗磨和細磨，然后采用金剛石研磨膏對管道表面進行拋光，最后用5%的硝酸酒精對管道表面進行腐蝕。在金相顯微鏡下觀察到的顯微組織如圖3所示。

圖3 裂紋附近金相組織 500×

由圖3可以看出，顯微組織由鐵素體（淺色）和珠光體（深色）組成，晶粒大小無明顯異常，晶粒界邊界清晰[5]，無腐蝕跡象，為正常的20鋼顯微組織。

3.6 磁粉復檢

鑒于管道運行參數較低，裂紋擴展推動力低[6]，經過砂紙打磨，打磨深度約1.5mm，裂紋消除，再次對相同位置進行磁粉檢測，未發現超標缺陷，如圖4所示。

圖4 打磨消除裂紋后磁粉復檢

4 結論

通過磁粉檢測發現表面縱向裂紋，裂紋垂直于焊縫，由焊縫邊緣延伸至母材。管道裂紋位置位于碼頭迎風側，懷疑由腐蝕引起。通過采用射線檢測、光譜檢測、硬度檢測、金相檢測等手段發現，管道材質未發生劣化及硬化，微觀組織為正常20鋼組織。

由以上檢測分析可以得到，裂紋非運行過程中產生，該裂紋主要由于管材安裝前制造或運輸等環節引起，安裝后，由于存在焊接應力，使得該裂紋進一步擴展，裂紋擴展后使得焊接應力得以釋放。由于管道運行參數較低，裂紋擴展推動力低，裂紋處管道表面防銹漆仍然完好，判斷該裂紋后期未再發生擴展。

針對該情況，建議使用單位在采購原材料的過程中，加強宏觀檢查意識，并請有資質的單位對采購材質進行抽查，確保原材料可以安全使用；在管道運行過程中，使用單位應加強監控，做好管道缺陷防范工作，以及出現缺陷后如何安全有效地消除隱患，保證管道安全平穩運行。