4 管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故和研究狀況
? ??發(fā)生在埋地鋼質(zhì)管道上的多起應(yīng)力腐蝕破壞事故已引起廣泛關(guān)注。1965年3月，在美國(guó)路易斯安那州Natchitoches鎮(zhèn)附近發(fā)生了有記錄的世界首例高壓天然氣管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的嚴(yán)重事故[3]。1965年一1969年，在美國(guó)又發(fā)生了11起天然氣管道的 SCC事故，對(duì)一些重要管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)和無(wú)損檢測(cè)，又發(fā)現(xiàn)了145處存在著SCC破壞。1965年一1985年，美國(guó)共有約250條管道發(fā)生沿晶型SCC事故[4]。在澳大利亞的一些延伸范圍不太大且服役期較短的天然氣管道上也發(fā)生了SCC事故。在伊朗、前蘇聯(lián)、巴基斯坦等國(guó)家的天然氣管道也遭遇到 SCC破壞。對(duì)這些SCC事故開(kāi)展的大量研究表明，這是高壓天然氣管線鋼在濃的NaHCO3一Na2CO3溶液中發(fā)生的高pH值沿晶型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(IGSCC)，溶液pH值一般為9～11，也常稱(chēng)為經(jīng)典型SCC。在過(guò)去的逾30a里，許多國(guó)家的研究者在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)管線鋼高pH值情況下的SCC問(wèn)題展開(kāi)了廣泛的研究。
? ??1985年3月一1986年3月，在加拿大Transcanada公司發(fā)生了3起導(dǎo)致天然氣管道輸氣中斷的重大事故，被確認(rèn)為SCC破壞。1977年一1996年，在加拿大發(fā)生了22起埋地管道的SCC破壞事故，其中12起斷管，10起泄漏。加拿大發(fā)生的這些管道SCC事故不同于早先許多國(guó)家管道上發(fā)生的高pH值沿晶型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，而是一種低pH值或稱(chēng)近中性低pH值的穿晶型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(TGSCC)，它是高壓天然氣管線鋼在稀的H2CO3- HC03-溶液(pH值為5.5～7.5)中發(fā)生的SCC破壞。
??? 在我國(guó)，統(tǒng)計(jì)資料表明，截至1993年底，四川石油管理局輸氣公司的輸氣干線共發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故78起，其中川東公司的輸氣干線共發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故28起，僅1979年8月一1987年3月間就發(fā)生12起由硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂導(dǎo)致的爆管事故。
??? 由于SCC破壞事故的嚴(yán)重性，加拿大國(guó)家能源局在1993年組織了共有47個(gè)單位參加的書(shū)面聽(tīng)證會(huì)，提出了一系列控制SCC破壞和保障管道運(yùn)行安全的建議，此后在對(duì)埋地管道的SCC的管理和研究方面取得了許多重要進(jìn)展。然而，在1995年2月和7月，加拿大Transcanada公司的高壓天然氣管道又接連發(fā)生了兩起重大事故，前一起引起大火，后一起發(fā)生大爆炸。據(jù)查，這兩起事故都是由于SCC破壞導(dǎo)致管道斷裂。鑒于SCC事故存在可能在更廣泛范圍內(nèi)發(fā)生的跡象以及對(duì)SCC深入研究的需要，促使加拿大國(guó)家能源局于1995年8月又開(kāi)始了第二次公開(kāi)聽(tīng)證活動(dòng)，于1996年11月發(fā)布了著名的調(diào)研報(bào)告《加拿大油氣管道的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂》［1］，提供了有關(guān)加拿大油氣管道SCC情況的科學(xué)數(shù)據(jù)，引起了國(guó)際上的廣泛關(guān)注。
?? ?該報(bào)告對(duì)埋地管線鋼的SCC特征及發(fā)展的描述是：小裂紋從管道外壁萌生，開(kāi)始時(shí)肉眼不可見(jiàn)，通常是成群出現(xiàn)，所有裂紋位于同一方向；歷經(jīng)多年擴(kuò)展，這些獨(dú)立的裂紋可變長(zhǎng)、變深，且同一群組中的裂紋可連接成大裂紋。由于初期SCC發(fā)展很慢，故裂紋可在管道上存在多年而不引發(fā)問(wèn)題，一旦裂紋擴(kuò)展到足夠大，最終將導(dǎo)致管道斷裂，發(fā)生泄漏。
??? 報(bào)告指出，繼續(xù)進(jìn)行管線鋼SCC的研究十分重要，因?yàn)橛嘘P(guān)SCC萌生和擴(kuò)展的基本問(wèn)題尚未得到解決，需要繼續(xù)開(kāi)發(fā)有效的減緩SCC的措施，特別是SCC在線檢測(cè)工具的改進(jìn)將大大提高檢測(cè)和控制SCC的能力。報(bào)告指出了需要進(jìn)一步深入研究的3個(gè)領(lǐng)域：
? ??①環(huán)境方面
? ??a．含氧土壤條件與發(fā)生近中性低pH值SCC之間的關(guān)系。
??? b．在剝離的起翹涂層下，施加陰極電流以防止形成近中性低pH值SCC的方法。
??? c．施加陰極保護(hù)電流通過(guò)高電阻率土壤到達(dá)管道表面的替代方法。
??? d．由硫酸鹽還原菌產(chǎn)生的硫化物的作用。
??? ②材料方面
??? a．高強(qiáng)鋼對(duì)SCC和氫脆的敏感性以及高強(qiáng)鋼對(duì)SCC及其他缺陷的容許限度。
??? b．在近中性低pH值環(huán)境中，粗晶粒熱影響區(qū)對(duì)SCC的敏感性。
? ??c．循環(huán)軟化對(duì)控制管子表面塑性變形的作用，以及通過(guò)水壓再測(cè)試工序改變鋼的循環(huán)軟化特征的可行性。
??? d．SCC發(fā)生率與非金屬夾雜物的數(shù)量和大小之間的關(guān)系。
??? e．管子表面狀態(tài)與SCC萌生閾值應(yīng)力水平之間的關(guān)系。
? ??③應(yīng)力方面
? ??a．在實(shí)際工作應(yīng)力水平下，應(yīng)力大小、應(yīng)力波動(dòng)和應(yīng)變速率對(duì)SCC萌生和擴(kuò)展的單獨(dú)的或聯(lián)合的影響。
??? b．控制氣液管道SCC的最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值。
??? c．裂紋聚合在裂紋擴(kuò)展中的作用。
d．殘余應(yīng)力在SCC萌生和擴(kuò)展過(guò)程中的作用以及降低管道殘余應(yīng)力的可能途徑。
5埋地管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的預(yù)防措施
??? ①建立管道壽命預(yù)測(cè)和SCC控制方法
??? 我國(guó)對(duì)埋地管道在近中性低pH值環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂研究和工程實(shí)踐比較少，但這并不意味著它在我國(guó)就不存在。在一項(xiàng)由葡萄牙、中國(guó)和巴西等共同參加的歐洲尤里卡項(xiàng)目中，曾研制了一套石化系統(tǒng)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的專(zhuān)家系統(tǒng)，取得了一定進(jìn)展。我國(guó)應(yīng)該盡早建設(shè)結(jié)合我國(guó)國(guó)情的埋地管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂專(zhuān)家系統(tǒng)，建立埋地管道壽命預(yù)測(cè)和SCC控制方法，對(duì)埋地管道引發(fā)SCC的可能性進(jìn)行評(píng)估，開(kāi)展應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向的預(yù)測(cè)，保障埋地管道的安全服役。
??? ②發(fā)展管道內(nèi)壁的在線檢測(cè)技術(shù)
??? 現(xiàn)在我國(guó)對(duì)埋地管道的檢測(cè)多采用傳統(tǒng)的管道外檢測(cè)技術(shù)，都屬于間接檢測(cè)管道腐蝕的方法，一般是檢測(cè)管道外壁的腐蝕狀況。在國(guó)外有一些使用較為廣泛的管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)方法，例如漏磁腐蝕檢測(cè)和超聲波檢測(cè)法，以及采用微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的SCADA技術(shù)對(duì)管道的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以數(shù)據(jù)及圖形方式再現(xiàn)埋地管道的詳盡情況，為管道管理者提供決策參考。
? ??③采用性能優(yōu)良的防腐層
? ??對(duì)埋地管道選擇防腐層時(shí)，應(yīng)考慮防腐層對(duì)SCC的影響。在新管道上阻抑SCC發(fā)生較為有效的措施是使用性能優(yōu)良的防腐層以及同時(shí)對(duì)管道施加陰極保護(hù)。加拿大能源管道協(xié)會(huì)確定了對(duì)防腐層預(yù)防SCC的3項(xiàng)要求：能阻止形成致裂環(huán)境，防止電解質(zhì)溶液與管道鋼材表面的接觸；防腐層脫落或破損時(shí)能允許陰極保護(hù)電流通過(guò)；防腐層施工時(shí)通過(guò)改變管道表面狀態(tài)來(lái)降低殘余應(yīng)力。
??? ④重視H2S對(duì)埋地管道SCC的影響
??? 歐洲腐蝕理事會(huì)(EFC)經(jīng)過(guò)多年論證，近年來(lái)推出了在H2S環(huán)境工況條件下埋地管道選材的系列指南，其中對(duì)碳鋼和低合金鋼選材發(fā)表了專(zhuān)題報(bào)告，給出了明確的防止H2S應(yīng)力腐蝕失效的選材標(biāo)準(zhǔn)，這是第一次提出的國(guó)際權(quán)威準(zhǔn)則，是H2S環(huán)境工況條件下設(shè)備選材的突破?，F(xiàn)在我國(guó)已有實(shí)驗(yàn)證明，EFC準(zhǔn)則對(duì)實(shí)際選材具有明顯的應(yīng)用價(jià)值[5]。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)天然氣氣質(zhì)檢測(cè)，把H2S濃度控制在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)以下，這是防止SSCC的重要措施。
? ??⑤加工及操作措施
? ??a．通過(guò)熱處理消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，如噴丸或噴砂處理使材料表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，以降低靜拉伸應(yīng)力的作用。
??? b．酸洗設(shè)備表面，以獲得最佳的表面狀態(tài)。
??? c．控制焊縫的化學(xué)成分，避免焊縫合金成分超標(biāo)，把焊縫的強(qiáng)度保持在可接受水平上。
??? d．借鑒美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)NACE的有關(guān)規(guī)范，控制介質(zhì)流速，以免發(fā)生嚴(yán)重的沖刷腐蝕。
? ??e．加強(qiáng)腐蝕監(jiān)測(cè)。
參考文獻(xiàn)：
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