清管掃線意外爆管原因分析

戚國順

江蘇石油勘探局油田建設(shè)處 江蘇江都 225261

清管掃線意外爆管原因分析

戚國順

江蘇石油勘探局油田建設(shè)處 江蘇江都 225261

油氣管線通球清管掃線過程中，清管球選配不當(dāng)，有可能發(fā)生清管球被卡阻現(xiàn)象，解卡操作不及時，就有可能發(fā)生爆管事故。本文對清管掃線彎管意外爆管事故發(fā)生的原因進(jìn)行了分析，同時對清管球選配、通球掃線操作和熱彎管制造提出一些建議。

清管掃線 清管球選配 彎管爆管 熱彎管缺陷

某油區(qū)新敷設(shè)一條長14km的原油管線，設(shè)計壓力4MPa，采用20鋼Φ159×6mm無縫鋼管，管線經(jīng)過密集村莊、道路及河流溝渠。該管線特點為：跨越多，采用90°彎管多。該管線安裝完成后，建設(shè)方交由一家防腐公司進(jìn)行管道內(nèi)防腐施工。在內(nèi)防腐前的清管施工作業(yè)時，發(fā)生了爆管事故。筆者進(jìn)行實地觀察，了解了相關(guān)情況。取樣做了管材化學(xué)成分、硬度和金相試驗分析,分析了爆管事故發(fā)生的原因。

1 爆管事故發(fā)生過程

據(jù)施工單位介紹，全線分段進(jìn)行內(nèi)防腐前清管掃線施工，該段管線長約2km，壓風(fēng)機(jī)送風(fēng)推動鋼絲清管球進(jìn)行管內(nèi)壁清掃，該段管線已進(jìn)行幾次通球清管，施工較為順利。正常情況下壓風(fēng)機(jī)壓力0.2MPa，清管球移動速度約0.9m/s。當(dāng)進(jìn)行再一次清管時，壓風(fēng)機(jī)壓力緩慢上升到0.5MPa時，突然壓力降到0，這表明管線已破裂。沿管線檢查，找到爆管部位在一個小跨越下端豎直安裝的90°彎管處。爆口長約700mm，呈撕裂狀，同時爆裂成一些碎片（碎片開挖時沒有能收集起來）。觀察爆口形貌既有脆性開裂的特征，又有塑性開裂的特征(見圖1)；鋼絲清管球發(fā)生變形，中軸前端彎曲，前片壓板下半部向后彎曲近30°(見圖2)。

在現(xiàn)場看到爆管處清管球移動方向的反方向約30m處，有一個水平安裝的90°彎管。

至此可以推斷爆管發(fā)生的過程：

當(dāng)清管球移動至前一個90°彎管時被卡阻，推球壓力升高到0.5MPa，隨著推球壓力不斷升高，被卡阻的清管球開始移動，通過彎管段后進(jìn)入到30m直管段，由于直管段對清管球的摩阻小，在0.5MPa推球壓力作用下，重約1.35kg的清管球就像炮膛內(nèi)的“炮彈頭”，瞬間被加速達(dá)到一個很高的速度，沖向下一個90°彎管。高速運動的清管球，猛烈撞擊下一個彎管的外弧面，發(fā)生這次爆管事故。

圖1 彎管爆裂后的形貌

圖2 彎管爆裂后清管球的形貌

初步判斷這一次爆管事故發(fā)生的原因如下：

（1）清管球選配不當(dāng);

（2）清管掃線操作不當(dāng)，發(fā)現(xiàn)推球壓力異常升高時，沒有引起足夠重視，沒有采取有效的處置措施；

（3）彎管的熱煨彎制作過程造成局部硬度（強(qiáng)度）的升高，以及存在熱煨過程形成的內(nèi)應(yīng)力，也是形成脆性爆管形貌的一個因素。

2 化學(xué)成分、硬度、金相分析

（1）在爆裂彎管上取樣進(jìn)行材質(zhì)化學(xué)成分分析：其C、S、Si、Mn、P等元素含量符合GB/T 8163-2008《輸送流體用無縫鋼管》20鋼規(guī)定要求。

（2）在爆口彎管上未經(jīng)彎管加熱的直管段和彎管外弧面爆裂區(qū)域分別取樣，進(jìn)行硬度和金相檢驗。檢驗結(jié)果如表1：

表1 硬度和金相檢驗結(jié)果

表1中的試驗結(jié)果表明：

硬度的提高及金相組織的微小變化，表明該彎管未經(jīng)退火熱處理。

3 爆管事故發(fā)生的原因

3.1 清管球選配不當(dāng)

規(guī)范規(guī)定：清管球應(yīng)適用于管線彎管的曲率半徑。

通常清管球前、后片間距以等于鋼制彎管內(nèi)徑為宜，不得大于1.1倍。本案中已超過1.2倍，易被卡堵。

3.2 清管掃線操作不當(dāng)

推球壓力升高，表明已發(fā)生球被卡堵，沒有及時采取措施解卡。如泄壓，反向打壓，退出清管球等。

3.3 鋼管熱彎制留下的缺陷

鋼管熱彎制留下的硬度升高、金相組織變化和存在內(nèi)應(yīng)力等缺陷，表明該彎管未經(jīng)退火熱處理，是導(dǎo)致爆口呈脆性開裂的主要原因。

依據(jù)SY/T5257-2004《油氣輸送用鋼制彎管》規(guī)定的“L415或X 60以上鋼級和處于酸性環(huán)境的彎管應(yīng)進(jìn)行熱處理”。顯然20鋼達(dá)不到上述鋼級指標(biāo)，也不是在酸性環(huán)境下工作，可以不進(jìn)行熱處理。但標(biāo)準(zhǔn)的后一規(guī)定是：“其他鋼級或鋼號的彎管由制造商與購方商定彎管在彎制后是否需要進(jìn)行熱處理”（筆者認(rèn)為：無論該熱彎管經(jīng)不經(jīng)過退火熱處理，對原油管道正常運行并無大礙）。

圖3 爆口處金相組織400×

圖4 未經(jīng)彎制加熱處金相組織400×

4 總結(jié)

這一次清管掃線熱彎管爆裂事故，因清管球而起，本不該發(fā)生的情況發(fā)生了，從中得到的一些教訓(xùn)如下：

（1）清管掃線球的選配或自行設(shè)計、制作，都必須遵守規(guī)范規(guī)定。

（2）通球清管掃線，不是一件小事。操作不當(dāng)會發(fā)生“意外”，需要控制的是：壓風(fēng)機(jī)排量與清管球移動速度的匹配；管線的組成結(jié)構(gòu)（如大角度彎管）；管線隨地形的走向（上下坡、垂直上下等）；同時還要能熟練掌握發(fā)生異常情況時的應(yīng)急處置方法。

（3）彎管的制造質(zhì)量應(yīng)引起重視，彎管的外形以及內(nèi)在質(zhì)量都應(yīng)嚴(yán)格控制，熱彎管的橢圓度是影響清管球順利通過的主要因素之一。

（4）采用未經(jīng)退火熱處理20鋼熱彎管的管道工程，雖然對正常油氣輸送沒有影響，但在通球清管掃線作業(yè)過程中，應(yīng)避免清管球與熱彎管發(fā)生撞擊。

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1672-9323（2014）02-0095-02

2013-12-19）