煉油廠高壓瓦斯管線爆裂失效分析

竇雪飛

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711）

1 檢測分析數據和結果

1.1 管線開裂宏觀檢查分析

對管線開裂部位進行觀察，分析開裂形態；對管線內外壁進行觀察，分析管線腐蝕情況；用超聲波測厚儀檢測管線開裂附近10處的最小壁厚，并根據管線開裂形態，分析確定管線最先開裂部位。

圖1 瓦斯管線開裂外觀形態

表1 管線開裂部位最小壁厚檢測結果 mm

圖2 瓦斯管線內壁形態

由圖1瓦斯管線開裂外觀形態可以看出，管線開裂總體長度約為2m，開裂中間區域為一字型順著軸線的長裂紋（長度1m左右），開裂兩側為人字形撕裂形態裂紋，根據裂紋形態判斷，最初開裂部位應在一字型長裂紋上。雖然瓦斯管線壁厚為8mm，但是用超聲波測厚儀檢測管線，壁厚普遍減薄。按照管線水平布放位置檢測壁厚值，管道壁厚不均勻，上部的管道壁厚一般為6～8mm，而下部的管道壁厚一般為5～7mm，尤其管線開裂附近壁厚更小，其10處最小壁厚檢測值參見表1。可以明顯看出，管線開裂附近壁厚普遍小于4mm，最薄處在6#點附近，只有2.9mm。而且，6#點附近向外側鼓脹明顯大于其余部位。由此判斷出，管線6#點附近是最先變形開裂部位，然后向兩側撕裂擴展。由圖1和圖2瓦斯管線內外壁形態可以看出，管線外壁腐蝕輕微，基本無壁厚減薄，而管線內壁腐蝕嚴重，而且大部分區域都覆蓋一層腐蝕產物，這說明管線內壁介質因素的腐蝕作用造成了壁厚減薄。

1.2 管道斷口取樣與檢查分析

（1）檢測內容。在圖1管道標示的2、3、4、5、6處各截取5個帶斷口試件，用超聲波清洗掉管道內壁腐蝕產物，利用體視顯微鏡觀察分析管道內壁和斷口形貌。（2）結果分析。試件斷口中，只有最先開裂的6#部位試件斷口為塑性變形的斜斷口，其余部位試件斷口均為脆性變形的平斷口，這也進一步說明管道6#部位最先鼓脹變形，開裂后向兩側快速撕裂。管道內壁覆蓋一厚層黑色夾帶少量紅棕色的腐蝕產物。腐蝕產物較硬但不致密，不能阻止腐蝕介質滲透而進一步腐蝕。且管道內壁腐蝕均勻，無較深的腐蝕坑和孔洞以及裂紋。

1.3 管道內壁微觀檢測分析

（1）檢測內容。選取2個管道內壁清洗干凈試樣，內壁表面噴金導電處理，用掃描電鏡分析內壁表面微觀形貌，用能譜儀檢測內壁表面腐蝕產物成分。（2）結果分析。清洗掉腐蝕產物后，管道內壁表面腐蝕均勻，未發現應力腐蝕微裂紋的痕跡。管道內壁表面成分主要為Fe、S、O，判斷腐蝕產物為硫化鐵和氧化鐵。

1.4 管道腐蝕產物微觀檢測分析

（1）檢測內容。選取1組管道內壁腐蝕產物樣品，樣品表面噴金導電處理，用掃描電鏡分析腐蝕產物微觀形貌，用能譜儀檢測腐蝕產物成分。（2）結果分析。管道內壁腐蝕產物疏松不致密。管道內壁腐蝕產物成分檢測結果表明，腐蝕產物成分主要為Fe、S、O，判斷腐蝕產物為硫化鐵和氧化鐵。

1.5 管道金相組織檢測分析

（1）檢測內容。選取3個帶斷口試樣，經過金相砂紙研磨和拋光，用4%硝酸酒精溶液浸蝕，制備成金相試樣，其中1個試樣為縱向金相，2個試樣為橫向金相，利用金相顯微鏡對試樣進行金相組織分析。（2）結果分析。管道外壁側的金相組織，可以看出，管道外壁側金相組織正常，無氧化脫碳等現象。管道內壁側的金相組織，可以看出，管道內壁側金相組織正常，無氧化脫碳等現象，而且，未發現沿晶腐蝕、應力腐蝕微裂紋等痕跡，這說明管道發生應力腐蝕的可能性很小。管道中間區域金相組織，可以看出，管道金相組織中含有一定數量的疑似縱向帶狀夾雜物。管道金相組織高倍形態，可以看出，管道金相組織為珠光體+鐵素體，按照國家標準GB6394-2002（金屬平均晶粒度測定圖譜），晶粒度評級為7級，金相組織正常。

1.6 管道組織中夾雜物檢測分析

（1）檢測內容。將1個金相組織試樣，用掃描電鏡進一步分析組織中的夾雜物，用能譜儀檢測夾雜物成分。（2）結果分析。根據管道組織中的帶狀夾雜物微觀形態，可以看出，這些帶狀夾雜物順著軸向（軋制）分布，長度很長，接近毫米級。按照國家標準GB/T10561-2005（鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢測法），屬于A類夾雜物，評級為3級，材質夾雜物超標。管道組織中的帶狀夾雜物分布廣泛，在管道內外壁附近組織均有，而且，在管道內壓作用下，有些帶狀夾雜已經張開，形成裂紋。這些帶狀夾雜物的存在嚴重消弱了管道的承載能力。管道帶狀夾雜物成分檢測結果表明，夾雜物成分主要為Fe、S、Mn，判斷帶狀夾雜物為硫化錳。

1.7 管道沖擊試件斷口檢測分析

（1）檢測內容。為了檢驗管體材質是否滲氫脆化，在管道上橫向切取1個簡易沖擊試樣，在沖擊試驗機上沖斷，利用掃描電鏡對1個試樣斷口微觀形貌進行觀察分析，用能譜儀檢測斷口中的夾雜物成分。（2）結果分析。根據管道沖擊斷口微觀形貌可以看出，斷口微觀主要為韌窩特征，含有一部分解理特征，未發現沿晶特征，這說明管道材質依然具有一定塑性，未出現滲氫脆化。但是，斷口微觀形貌具有橫向條溝，放大后發現是帶狀夾雜物造成的。帶狀夾雜物成分檢測結果表明，夾雜物主要為硫化錳。這說明硫化錳在管道斷裂過程中起著非常重要的作用。

2 瓦斯管線介質腐蝕性分析

表2為高壓瓦斯管線里的瓦斯氣體成分組成，可以看出瓦斯氣中具有腐蝕作用的成分只有H2和H2S。H2容易造成金屬材料的氫鼓包和氫脆，H2S容易造成金屬材料的嚴重點蝕、氫鼓包和氫脆、均勻腐蝕、應力腐蝕、沿晶腐蝕等。

通過上述大量檢測表明，瓦斯管道材質未出現脆化，內壁只有均勻腐蝕，無嚴重點蝕和氫鼓包以及裂紋，金相組織中無沿晶腐蝕痕跡，斷口附近組織中無裂紋分叉，管體橫截面無裂紋，沖擊斷口無微觀沿晶形貌特征。而且，瓦斯管道為低碳20鋼，抗H2氫脆和H2S應力腐蝕能力較強。因此可以確定，氫脆和應力腐蝕不是造成瓦斯管道開裂的主要因素。

表2 瓦斯氣體成分組成

3 瓦斯管線開裂原因分析

開裂瓦斯管道屬于水平管線的其中一段，現場安裝水平精度造成該段管道位于水平管線的最低處。管道瓦斯介質中含有微量水，水和銹污集中淤積到該段管道處。管道中的H2S溶于該段管道的底部水中，對管道下部內壁腐蝕，造成壁厚嚴重減薄，最薄處達到3mm左右。此外，管道材質中MnS類帶狀夾雜物超標，帶狀夾雜物順著管道軸線分布，類似于縱向裂紋，嚴重消弱了管道的承載能力。當管道壁厚減薄到不足以承載內壓時，突然發生開裂失效。

4 結語

（1）建議對剩余瓦斯管線進行普查檢測壁厚，重點是容易積水的水平段管道下部，如果管體壁厚小于5mm時，建議該部分管段更換或者補強處理。（2）由于氫脆和應力腐蝕容易發生在焊縫處（本次送檢管段無焊縫），建議對管線焊縫進行探傷檢測或取樣檢測，以確定是否存在氫脆或應力腐蝕隱患。（3）長距離瓦斯管線安裝施工時，建議在水平管段最低點增加排污管，以便定期排水或者銹污。

參考文獻：

[1]龍兆鵬.瓦斯燃燒及其轉化為爆炸的可能性分析[J].江西煤炭科技，1999，(02).

[2]林柏泉,周世寧,張仁貴.障礙物對瓦斯爆炸過程中火焰和爆炸波的影響[J].中國礦業大學學報，1999，(02).