管道硫化氢应力腐蚀破裂的原因分析

均腐蚀速度为。１８ ／． ．０ ｍ ａ ｍ
四、 防腐蚀方案经济比较及评价
针对东 营压气站 的腐蚀 问题还制定 了几套 脱 水 和脱硫 化氢 防腐蚀 设计 方案 ， 资分别 为 投
（） － １ ０ 气相缓蚀剂应用后， ３Ｙ ９ Ｈ 压气站设备和 气 管道的腐蚀速度由０８ ／ 降至００５ ｍ ａ ． ｍ ａ ｍ ． ５ ／， １ ｍ 缓蚀率达到 ９ ％， ８ 满足输气管道设备和管道腐蚀裕 度（ ０） （ ０的要求。 ２
５７ ０ 元、６ Ｘ ‘ ８ Ｘ １４ ２７ ０ 元和 ３０ ０ 元。采用分 １ ５ Ｘ ‘ １ 子筛脱水， 年运行费用较高， 尚有诸多弊端， 而采用 Ｙ ９１ Ｈ ０ 气相缓蚀剂辅以内防腐蚀涂料， － 每年运行 费用仅为 ２ Ｘ１４ 化学 防腐蚀 流程 费用 为 ５ ０ 元，
６ ０ 元 ， Ｘ ４ 每年可创效益约 １２ ７ １ ０ 元 。 １ １． １＂ Ｘ
安装了一台 ２ ４２ １ ｍ ，． ａ ３ ＭＰ 的缓蚀剂运行罐和 ５台德国进 口的 Ｄ ３Ｋ １ 金属浮子微量流量计 ， Ｋ２Ｄ５ 分别向一段冷却器人 口管、 二段冷却器入 口管和分 离器出口管、 三段冷却器人 口管和分离器出口管共 ５ 个点加注 Ｙ －０ 气相缓蚀剂和工业酒精溶液， Ｈ ９１ ‘ 用二段出口０５ ａ ． 气压压人缓蚀剂运行罐， ＭＰ 再将 运行罐用 四段出 口 ４ ２ ａ ． Ｐ 气充压， Ｍ 用此压力经 ５ 个微流量计分别注人 ５ 个点。 从旁路装置挂片测定和在四段人 口的 Ｓ Ｌ腐蚀 测定仪测定。失重法测定结果表明， 平均腐蚀速度
油
气
储
运
２０ ０ ４年
管道硫化氢应力腐蚀破裂的原因分析
王 勇‘ 冯 大 碧 张 力 杨晓明 唐 昌发 高家诚
（ 重庆大学材料科学与工程学 院）
王 勇 冯大碧等： 管道硫化氮应力腐蚀破裂的原因分析， 油气储运， ０， （２ ４＾４， ２ ４２ １） －７ ０ ３ ６
摘 要 采用 Ｓ Ｍ， Ｅ Ｅ Ｘ及金相分析等手段， Ｅ Ｔ Ｍ， Ｄ 对某气田集气干线工程的输气管道一直 管与弯管焊接处发生爆裂件进行了取样分析， 发现该集气管道破裂失效属硫化氢应力腐蚀开裂， 裂 纹起源于焊缝附近的直管母材内壁， 与该直管的淬火、 回火态的贝氏体＋马氏体组织相关。
于是在该处取样分析 。 ｌ ｐｓ Ｔ 用Ｏｙ ｕＰ Ｎ光学显 ｍ Ｅ
微镜和 Ｈ ８０型 Ｔ Ｍ 观察试样 的金相组织 ， －０ Ｅ 用 Ｋ Ｋ － ００ Ｅ 观察断口的形貌特征， Ｙ Ｙ １ 型Ｓ Ｍ ０ 并利用 其附带的 Ｑ － ００型 Ｅ Ｘ测试 了断 口表面腐蚀 Ｘ２ ０ Ｄ 产物的化学成分 。
围绕热油管道低输量的Ｉ Ｉ Ｗ 界安全输量问 题， 分析了低输量运行不稳定的原因， 总结出 降低临界安全输量和防止运行不稳定的方式 及具体措施， 提出判断临界安全输量的方法 与低输量运行时应注意的事项， 为热油管道 低输量的安全高效运行提供了参考。
三、 分析讨论
天然气 中的水和硫化氢（ ｚ Ｈ Ｓ 是造成管道应 ） 力腐蚀破裂的主要原因〔 。输气过程 中， ２ 〕 天然气中 所含 的液态水会 吸附在管道 内壁表面形成液膜 ， 硫化氢（ ，） Ｈ Ｓ溶人该液膜使管道处于易发生硫化
万方数据
（） － 缓蚀剂在输气管道中的应用， １ １Ｙ ９ Ｈ ０ 有效
减缓了硫化物和二氧化碳对设备和管道的腐蚀， 保 证了压气站的安全生产。
（） － 气相缓蚀剂应用后， １ ２Ｙ ９ Ｈ ０ 定期对试片进
行检查， 对管道和设备的壁厚进行测试， 建立健全了 压力容器和设备档案。
为００５ ｍ ａＳ 腐蚀测定仪测定结果表明， ．１ ５ ／，Ｌ ｍ 平
Ａ 占 ５２ ％。 ｌ ．１ 成分分析表明， 腐蚀产物主要由硫化物和氯化 物组成， 由于裂纹从 内壁起源， 内侧腐蚀十分严重 ， 腐蚀物沉积层厚， 导致铁峰被掩盖， 其含量很低； 外 壁附近腐蚀程度较轻， 仍显示较高的铁含量。
今
肖纪美： 应力作用下的金属腐蚀， 化学工业出版社（ 北京）１９， ，９０ 胡赓祥 钱苗根： 金属学， 上海科学技术出版社（ 上海）１８， ，９０ 黄淑菊 景晓燕等 ： 两种 Ｘ ０ ７ 输送管的母材及焊缝的 Ｈ２ 应力 Ｓ
二氧 化 碳 （ Ｚ 含 量 为 ３ ￣ ｇｍ 、 送 温 Ｃ ） Ｏ ０ ／ ３ 输 ３ ５
．． 闷 卜．闷 卜一喊 卜．闷卜．闷 卜．月卜 ．叫卜一闷 卜．川卜．叫卜 ．司 ．司卜．， 卜。门卜．州卜一阅卜。阅， 一闷 卜．侧 卜。侧 卜．司卜一侧 卜．阅卜．司卜 ．川卜 ．闷卜．闷卜． 闷卜．阅卜．喇 ， ． ． ． ． 门 卜 ． 口 ． ． ． ． ．侧 卜．月卜．司卜．司卜．司卜．司卜一川卜．州卜．闷卜一司 卜。 闷卜．月卜．司卜．司卜．刊卜．州卜．阅卜一侧 卜一喇 卜． 门 ． ．
出版社（ 北京）１８０ ，９３ 韩兴平： 四川输气管道的硫化物应力腐蚀与控制， 油气储运，
１ ９ ，６ １ ） ９ ７ １２． ０ 占 ６６０ ｌ ０ Ｃ ， １． Ｋ 占 １． Ｃ ０ ８ 写、 ７ １ ７％， ８ ａ占 １． ０ Ｆ ４ ２ ０， ８ ｅ占 ５７％ 占３７肠、 ｌ ．８ Ｎ 占２． ｏ ． ，ｉ ． Ａ 占３１％， ３８ ０ ２ Ｓ ０ ｉ ６ ； 近钢管外壁腐蚀产物成分为， Ｓ占 ２．６ｏＣ 占 ６６０， ｌ １７％， ． Ｋ占９７％，ａ ．０ Ｆ 占５．００ ８ ． Ｃ 占２５写，ｅ ５１０， ５
２０ ／ ３ ７ ｍ ｍ ）起点最高压力为 ８４ ａ终点压力 ｇ 。 ． ， ＭＰ
为 ７ ７ ａ ． ＭＰ ｏ
一、 破裂件分析方法
在送检的数块破裂件 中， 通过宏观观察发现 起裂源区有一处具有椭 圆形斑点及人字形特征
硫湿天然气， 硫化氢（ Ｚ） 其中 Ｈ Ｓ含量为２ － ｇｍ ， ＾１ ／ ３ ５
腐蚀开裂阻力的研究， 焊管， ９， （） １ ４１ ６， ９ ７
（ 收稿 日 ：０ ３１－５ 期 ２０－１ ） ２
编辑 ： 吕 彦
尸川 阴 Ｉ １ 洲 Ｈ Ｈ 川 １Ｉ Ｈ 川 Ｈ Ｉ １ Ｈ 洲 Ｉ Ｉ １１ １ 三 令 今Ｉ １ 令ｉ ｉ Ｎ０ Ｉ ｉ Ｉｉ Ｉ １ ｉ 令Ｉ Ｉ ．１ １ Ｉ１ Ｉ１ 令今 ｌｌ ｌｌ 令令 １ Ｉ ｌ 令ｌ Ｉ １ ｌ 令Ｉ ｌ 令令 ｌ Ｉ１ｌ 今令 令令 ＩＩ ＩＩ 令喇 １１ １１ ．飞
（ 收稿 日 ：０４０－５ 期 ２０－２ ） ２
编辑 ： 彦 吕
， ００４孟庆市沙坪坝区孟庆大学材料科学与工程学院， ４０４ ， 电话：０３６１２６ ， （２）５０４６
万方数据
第 ２ 卷第 １ 期 ３ ２
王
勇等： 管道硫化氢应力腐蚀破裂的原因分析
氢（ Ｚ Ｈ Ｓ应力腐蚀的环境中。在硫化氢（ Ｓ 应力 ） Ｈ２ ） 腐蚀破坏过程中， 一方面产生硫化物， 另一方面硫离 子促使阴极反应析出的氢原子在钢表面富集并进人 钢中〔 ， ３ 引起氢脆 ， ） 降低钢的塑性 ， 并导致 白点的形 成， 加速裂纹的萌生和发展〔 幻。断口分析结果证明， 起裂源点附近白点成群， 断口表面存在大量硫化物， 这是硫化氢（ Ｚ Ｈ Ｓ 应力腐蚀的典型特征。 ） 导致管道破裂的应力主要来 自两个方面， 一是 管道工作时， 由于压力波动和管道振动等原因而产 生的负荷Ｃ ， ５ 二是焊接所造成的残余应力。焊缝附 ） 近两种应力迭加， 该处金相组织为贝氏体加 回火马 氏体， 属硫化氢（ ２ Ｈ Ｓ应力腐蚀敏感组织， ） 因而成为 应力腐蚀裂纹的易发生部位。另外， 天然气中的二 氧化碳（ ０ ） Ｃ ２和氛化物等杂质也有促进应力腐蚀开
Ｉ川 Ｉ 川 Ｉ １ Ｉ洲 ＩＩ Ｉ ｔ ｌ 洲 １ １ １ １川 １ 洲 朋 Ｉ ＩＩ 冲Ｉ １ Ｉ ＂ＩＩ Ｉ Ｉ ｌ ．１１ １ １ １１ ， ， Ｉ 令Ｉ Ｉ １ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｌ １ １ １ １ ．１ Ｉ Ｉ Ｉ １ Ｉ ＩＮ ＩＮ ｌ １ １ １１ １ 今 令 今 ＂令 ＂ ＂ 令 ．． ．令 ＂
主题词 输气管道 硫化氢 应力腐蚀 分析 度为 ０ ５ 天 然 气 中含 有 少 量 液 态 水 （ ８ － ＾４ ０ Ｃ， １０
四）某气 田输气管道运行 ２９ Ｉ Ｉ ５ 天后， 在一直管 与弯管的焊接处发生爆裂， 破裂件断 口在连接直管 焊缝一侧。干线用无缝钢管和焊接材料均从国外招 标采购 ， 质检证明书显示其中一家公司的无缝钢管 为淬火＋回火状态 ， 另一家公司的产品则未注明供 货 状 态 。 管道设 计 输送 未经脱 水 和净化 的含 该
裂的作用 。
综上所述， 该集气干线管道破裂失效属硫化 氢（ ２） Ｈ Ｓ应力腐蚀开裂， 裂纹起源于焊缝附近的直 管母材内壁， 与该直管的淬火、 回火态的贝氏体＋马 氏体组织相关 。
参 考 文 献
Ｈ． Ｈ 瓦西连科 ， ． ． ． Ｐ Ｋ 麦列粗夫 ： 钢的应力腐蚀开裂， 国防工业
＋ １１ １＋ １１二 令 一１ １１＋ 一一 １一＋ １１１ １＋ １＋ 张秀杰 工 １１１ ｆ一一 。 １１ １＋ 三 －＋ 三 １＋ 三 １＋ １一 一１＋ 三 一今 １１ １１＋ 三 １＋ 三
（ 管适科李杖术伦灰逸集》 灰摘（ 五）
热油，道低翰．的安全运行
二、 破裂件检验结果
１ 金相分析 、 光学金相观察发现破裂件直管部分组织为贝氏 体和回火马氏体， 原奥氏体晶粒度 ２５ Ｔ Ｍ 分 ． Ｅ 级； 析证实其组织为上贝氏体和位错型马氏体， 这是硫 化氢应力腐蚀的敏感组织〔 。弯管部分组织为铁素 １ 〕 体十珠光体， 实际晶粒度 ８ 级。 从上述金相组织可以推断， 直管的供货状态为 淬火、 回火态， 而弯管部分为正火态。 ２ 断口形貌及成分 、 （） １ 断口形貌 断裂起源于管道焊口内壁 ， 源区 聚集着大量白点， 白点前缘呈现人字纹形貌和层状 撕裂等特征， 显示裂纹萌生后即发生快速扩展。 断 口上被盖着大量腐蚀产物， 并有明显的泥纹 状特征， 但其真实形貌已难以显现； 腐蚀由内壁表面 开始， 逐步向外壁扩展， 最后显示塑性撕裂形貌。 （） ２腐性产物 利用 Ｓ Ｍ 所带 Ｅ Ｘ附件对断 Ｅ Ｄ 口上的腐蚀产物进行 了成分分析， 得到钢管内壁边