燃氣管道彎管開裂及腐蝕穿孔探討

徐菁

（江蘇龍山管件有限公司，江蘇 江陰 214400）

0 前言

在燃氣管道使用過程中，經常出現彎管開裂與腐蝕開孔，使燃氣輸送中出現泄漏，嚴重將引發惡性事故，讓管道無法正常使用。因此，為保證燃氣管道使用安全性，適當延長燃氣管道壽命，有必要對燃氣管道鋼管金相組織、成型制作工藝以及防腐措施進行分析，結合彎管開裂、腐蝕穿孔故障問題發生原因，實施有針對性的解決措施，保障燃氣管道安全穩定運輸。

1 燃氣管道及彎管處檢查

1.1 斷口理化性能分析

1.1.1 化學成分

依據國家相關標準，使用直讀光譜儀分析燃氣管道鋼管樣品的化學成分，從而初步評定鋼管的理化性能。例如，在對材質為Q235B的螺旋鋼管進行化學成分分析時，依據國家規范標準，分析結果與相關要求相符，分析結果如表1所示。

表1 Q235B鋼管母材化學成分分析結果（Wt×10-2）

1.1.2 拉伸性能

由于燃氣管道運行環境的特殊性，對鋼管及管件拉伸性能要求較高。一般情況下，使用UTM-5305型拉伸試驗機，對燃氣管道鋼管橫向截取的鋼管試樣，與鋼管螺旋焊縫位置截取的螺旋焊縫拉伸試樣，分別進行拉伸性能測試。拉伸性能測試結果表明，兩個鋼管試樣的拉伸性能符合規范標準，進一步表明鋼管的拉伸性能符合燃氣管道工藝制作要求。其中，鋼管母材拉伸性能試驗結果如表2所示。

表2 鋼管母材拉伸性能試驗結果

1.1.3 鋼管金相

利用金相顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡對燃氣管道鋼管母材的金相組織進行分析，并利用顯微鏡相對應的圖像分析系統，觀察鋼管母材金相組織中的夾雜物、晶粒度等。金相組織分析結果表明，Q235B鋼管母材的金相組織為多變鐵素體—珠光體，并且金相組織中夾雜的非金屬雜物相對較少，測試的晶粒度為9.0級[1]。

1.2 載荷計算

燃氣管道鋼管開裂多在焊縫處，顯示出軸向的360°開裂，較大的軸向載荷是造成鋼管制作工藝水平低下的主要因素之一。

軸向載荷當鋼管由于軸向載荷較大而發生開裂，則某一方向產生的軸向應力將與其他方向上的軸向應力疊加，使鋼管彎管處的焊縫可能成為最易開裂的部位，一旦超過焊縫的抗拉強度，就會造成脆性斷裂，引發燃氣泄漏。根據相關計算公式，利用鋼管局部應力集中系數、焊縫環向整體截面積、外載荷以及溫差引起的管道軸向應力，能夠計算出燃氣管道鋼管的軸向載荷，并與鋼管標準抗拉強度相比，評價出Q235B材質的鋼管是否會發生彎管開裂。

2 原因分析及防治措施

2.1 燃氣管道彎管開裂原因及解決措施

2.1.1 彎管開裂原因分析

引發燃氣管道彎管開裂的主要原因有：①金屬材料加熱制作中，出現的金屬帶狀組織將降低，與帶狀組織相互垂直方向的金相組織的伸長率、斷面收縮率等，加之回火熱處理工藝的影響，一些等軸晶粒、變形晶粒形態的變化，使鋼管的硬度與強度有效提升，但金屬材料的韌性顯著下降，進而無法滿足燃氣管道制作工藝對力學性能的要求；②對于無縫的燃氣管道，彎管內側、外側，會存有一定的殘余應力，并伴有收縮趨勢，使得管道軸向應力受到限制，產生的殘余拉應力作用在彎管薄弱部分，使得軸線方向的彎管出現拉伸趨勢，長此以往，大大提高了彎管開裂的概率[2]。當敏感的金相組織以及彎管內外部的殘余應力，同時作用在彎管處，是彎管開裂最主要的原因。

2.1.2 解決措施分析

通過前文分析，管道焊縫處以及其他薄弱部位，是彎管開裂的主要位置，針對彎管制作工藝中變形以及有害帶狀組織的出現、管道內部存在的較大殘余應力，造成的燃氣管道彎管開裂問題，一方面，應加強燃氣管道彎管成型工藝中的金相組織控制力度，尤其是熱軋無縫鋼管，只有嚴格控制成型工藝中的夾雜物含量，避免大量有害帶狀組織以及變形組織的出現，才能降低彎管開裂的發生概率，保證燃氣安全穩定運輸。另一方面，若燃氣管道彎管成型工藝，不可避免冷彎，則冷彎工藝應在無縫燃氣管道鋼管施加完防腐層之后開展，并增加熱處理工藝來控制成型工藝中有害組織的產生，在鋼管散置空冷后再施加一層防腐層，以此增強燃氣管道彎管抵抗拉伸的能力。對于存在焊縫的鋼管，則應加強焊接過程中各項參數的控制，并對周圍環境加以控制，包括地面沉降、作業施工、大型載荷攪動等，從而避免彎管失效。此外，加強燃氣管道鋼管選材，嚴格按照國家規范標準，選用制作燃氣管道的管件及鋼材，并加強到場鋼管質量的檢測，通過力學性能檢測以及化學分析，綜合評價彎管焊口、背弧等部位的檢查，對即將投入使用的燃氣管道，開展氣密性試驗以及水壓試驗，并加強日后燃氣管道的動態管理，以此保障燃氣安全穩定運輸，為管道彎管開裂維修提供技術支撐。

2.2 燃氣管道腐蝕穿孔原因及解決措施

2.2.1 管道腐蝕穿孔原因分析

大多數燃氣管道投入使用的時間較長，年代較為久遠，最初實施的防腐措施已經失效，加之管道管材選擇不當，以及燃氣管道運行環境的復雜性，極大地增大腐蝕穿孔的概率，造成燃氣泄漏。對管道腐蝕穿孔原因進行分析，主要包括：①燃氣管道埋深較淺，并且燃氣管道周邊環境十分復雜，雖然會在管道上方以及下方設置防水層，但是長期處于潮濕的環境中，不可避免地受到侵蝕。若使用聚乙烯膠帶作為燃氣管道的防腐層，長期在復雜的環境中非常容易老化，使得防腐層與管道剝離；②無法及時排出的雨水，將增大燃氣管道腐蝕穿孔的概率，使燃氣管道外壁與腐蝕介質發生一系列的電化學反應，若雨水通過膠帶縫隙進入到防腐層內層，將在封閉的環境中形成電化學環路，最終導致燃氣管道腐蝕穿孔，并且會加快腐蝕速度。因此，要想保證燃氣管道正常使用，必須加強管道的防腐處理，積極運用先進工藝與先進材料來增強防腐層、防水層的工作實效，進而保證燃氣管道安全穩定運行。

2.2.2 解決措施分析

燃氣管道腐蝕類型包括自然腐蝕、電偶腐蝕、雜散電流腐蝕，需要針對不同腐蝕造成管道穿孔的原因進行分析，以此提升防腐措施的實用性。其中，管道自然腐蝕是缺少陰極保護系統，或是防腐層老化、地基沉降與變化、管道埋設環境復雜等，可使用高電位鎂犧牲陽極來增強陰極保護系統的作用效果；電偶腐蝕是由于較多的地下結構物搭接，使處于腐蝕電位的燃氣管道發生穿孔，需要增強防腐層設計與材料選擇；雜散電流腐蝕一般發生于高壓輸電線相交的燃氣管道處，施加的陰極保護系統沒有及時排出電流，發生腐蝕穿孔，需要優化燃氣管道敷設設計，加強腐蝕程度評價以及日常檢修管理。

在防腐層科學合理選用的過程中，一定要利用防腐層將燃氣管道與土壤介質相隔離，主要是在燃氣管道表面涂一層防腐物質，并對防腐措施進行質檢，以此保障防腐施工符合規范標準。在管理以及質量檢測層面，一方面，加大燃氣管道薄弱點檢測力度，精準定位燃氣管道的破損點，借助直流、交流電信號的供入，監測燃氣管道的電流、電位以及磁場強度變化情況，加強腐蝕穿孔問題的提前預防，并做到問題的及時解決[3]。另一方面，及時對燃氣管道的腐蝕程度監測數據進行匯總，利用管體數據、環境數據、管道電位數據等，分析出腐蝕穿孔問題發生概率，注重燃氣管道防腐層監測以及保護數據的更新工作，通過動態管理加強燃氣管道的抗腐蝕能力，最大限度降低水分、空氣、氧氣等對管道的傷害，實現燃氣運輸行業經濟效益、社會效益提升的目標。

3 結論

綜上所述，彎管開裂與腐蝕穿孔是燃氣管道正常使用中，最常見的故障問題，都會造成燃氣泄漏。通過分析彎管開裂、腐蝕穿孔問題的原因，必須選用符合國家標準的鋼管與管件，加強燃氣管道防腐層檢測，積極運用先進的管道焊接工藝，并及時做好燃氣管道的維修與保養工作，降低問題發生概率，保證燃氣的正常供應。