天然氣管道開裂失效分析

張太鋼

（安徽省特種設備檢測院，安徽 合肥 230051）

天然氣廣大需要一定高級別的可靠性和安全性，開裂失效事故為使用中的管道敲響了警鐘，天然氣管道失效案例更不在少數。為尋找失效事故發生原因，采取試驗研究等方法，做了很多壽命預測和完整評估等工作以預防管道服役過程中異常失效事故的發生。

一、概況

某天然氣輸送管道運行過程中突然開裂著火，為了查清事故原因，對開裂管道進行失效原因

分析。失效管道材質為L390 螺旋鋼管，直徑508mm，壁厚7.9 mm。輸送介質為天然氣，設計壓力6.4 MPa，操作壓力4.6 MPa，管道埋地，外部采用環氧粉末防腐涂層，配有外加電流陰極保護措施。

二、原因分析

（一）化學成分分析

在發生開裂的管道和未發生開裂的管道分別取樣，在火花直讀光譜儀上進行成分分析，通過結果可以看出，開裂管道和未開裂管道測試結果與產品質量證明書提供成分相符，且符合GB /T 9711—2011 要求。

（二）金相分析

在發生開裂的管道和未發生開裂的管道分別取樣，通過機械磨拋，并用5% 硝酸酒精溶液侵蝕后，觀察金相組織。開裂的管道和未發生開裂的管道組織均為鐵素體+少量珠光體，晶粒度為9 ～10 級，開裂管道存在帶狀組織，評級為A2 級。管道大部分區域為正火組織，在靠近劃傷部位晶粒被嚴重拉長。

（三）氫含量測試

在開裂管道靠近劃傷區域和未開裂管道上分別取小塊試樣，進行金屬內部氫含量測試，顯示開裂管道試樣氫含量是未開裂管道試樣的2 倍，而且破裂管道金屬內的可擴散氫在管道燃燒、試樣加工等過程中大部分已逃逸，所測得的氫含量應比管道運行狀態時的氫含量要低。

（四）力學性能測試

在失效鋼管的母材上沿環向制取3個全壁厚矩形板狀拉伸試樣和3個5mm×10mm×55mm 的V 型缺口沖擊試樣，對上述試樣進行室溫拉伸試驗和-5℃夏比沖擊試驗，結果表明試樣1的斷后伸長率略低于GB/T9711-2011 標準中對X60 管線鋼標準要求的下限，其余均符合標準要求。考慮到試樣表面粗糙會影響材料塑性變形的能力，因此認為鋼管母材的力學性能基本滿足標準要求。

（五）爆裂失效原因綜合分析

1.管道爆裂失效與介質相關。由于該管道輸送的介質為石油伴生氣，未經處理干燥屬于濕氣。輸送的天然氣中含有CO2、H2S、水、CL- 等雜質，當酸性氣體溶解在水中時會具有

較強的腐蝕性。水汽，管道內部的水只以氣態存在時，不會造成嚴重的內腐蝕。液態水是發生較嚴重內腐蝕的必要條件。輸送介質中的CO2、H2S 等酸性氣體會溶解到液態水中形成嚴重腐蝕，是造成本次管道爆裂失效部位管道底部的原因所在。二氧化碳，CO2 是天然氣管道內部的主要腐蝕介質，影響CO2 腐蝕的主要因素有濃度、溫度、壓力和pH 等。CO2 腐蝕主要是天然氣中的CO2 溶于水中生產碳酸引起的電化學腐蝕。

2.管道爆裂失效與沖刷腐蝕相關。在氣體流速較高，壓力較大時，管道受沖刷腐蝕比較嚴重。由于腐蝕產物被氣流帶走，新的金屬面不斷裸露，加速了腐蝕。本次爆裂失效的管段

處于埋深的低點，爆裂部位有明顯沖刷痕跡。

3.設備材質的化學成分、力學性能和金相分析未見異常。由于爆裂失效只發生在管道底部積水位置，這說明介質為導致失效的主要因素，而材質不是影響管道失效的主要因素，即不是爆裂失效的直接原因。

三、結論

管道爆裂失效的原因由三方面造成。其一管道內輸送介質中的CO2、H2S 等酸性氣體溶解到液態水中形成電化學腐蝕；其二外部雜散電流對管道造成腐蝕；其三高速氣流的沖刷使金屬表面不斷裸露，加速了腐蝕反應。應采取以下措施進行預防：

1.增加內涂層防腐，使管道內壁和流體之間形成有效隔離層，不使腐蝕性物質與管道直接接觸，達到減緩腐蝕的目的。

2.添加緩蝕劑，以減少介質對管壁的腐蝕。

3.提高管道防腐層質量、加裝絕緣法蘭等方法減小雜散電流對金屬管道的影響。