炼油厂高压瓦斯管线爆裂失效分析

窦雪飞

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江 大庆 163711）

1 检测分析数据和结果

1.1 管线开裂宏观检查分析

对管线开裂部位进行观察，分析开裂形态；对管线内外壁进行观察，分析管线腐蚀情况；用超声波测厚仪检测管线开裂附近10处的最小壁厚，并根据管线开裂形态，分析确定管线最先开裂部位。

图1 瓦斯管线开裂外观形态

表1 管线开裂部位最小壁厚检测结果 mm

图2 瓦斯管线内壁形态

由图1瓦斯管线开裂外观形态可以看出，管线开裂总体长度约为2m，开裂中间区域为一字型顺着轴线的长裂纹（长度1m左右），开裂两侧为人字形撕裂形态裂纹，根据裂纹形态判断，最初开裂部位应在一字型长裂纹上。虽然瓦斯管线壁厚为8mm，但是用超声波测厚仪检测管线，壁厚普遍减薄。按照管线水平布放位置检测壁厚值，管道壁厚不均匀，上部的管道壁厚一般为6～8mm，而下部的管道壁厚一般为5～7mm，尤其管线开裂附近壁厚更小，其10处最小壁厚检测值参见表1。可以明显看出，管线开裂附近壁厚普遍小于4mm，最薄处在6#点附近，只有2.9mm。而且，6#点附近向外侧鼓胀明显大于其余部位。由此判断出，管线6#点附近是最先变形开裂部位，然后向两侧撕裂扩展。由图1和图2瓦斯管线内外壁形态可以看出，管线外壁腐蚀轻微，基本无壁厚减薄，而管线内壁腐蚀严重，而且大部分区域都覆盖一层腐蚀产物，这说明管线内壁介质因素的腐蚀作用造成了壁厚减薄。

1.2 管道断口取样与检查分析

（1）检测内容。在图1管道标示的2、3、4、5、6处各截取5个带断口试件，用超声波清洗掉管道内壁腐蚀产物，利用体视显微镜观察分析管道内壁和断口形貌。（2）结果分析。试件断口中，只有最先开裂的6#部位试件断口为塑性变形的斜断口，其余部位试件断口均为脆性变形的平断口，这也进一步说明管道6#部位最先鼓胀变形，开裂后向两侧快速撕裂。管道内壁覆盖一厚层黑色夹带少量红棕色的腐蚀产物。腐蚀产物较硬但不致密，不能阻止腐蚀介质渗透而进一步腐蚀。且管道内壁腐蚀均匀，无较深的腐蚀坑和孔洞以及裂纹。

1.3 管道内壁微观检测分析

（1）检测内容。选取2个管道内壁清洗干净试样，内壁表面喷金导电处理，用扫描电镜分析内壁表面微观形貌，用能谱仪检测内壁表面腐蚀产物成分。（2）结果分析。清洗掉腐蚀产物后，管道内壁表面腐蚀均匀，未发现应力腐蚀微裂纹的痕迹。管道内壁表面成分主要为Fe、S、O，判断腐蚀产物为硫化铁和氧化铁。

1.4 管道腐蚀产物微观检测分析

（1）检测内容。选取1组管道内壁腐蚀产物样品，样品表面喷金导电处理，用扫描电镜分析腐蚀产物微观形貌，用能谱仪检测腐蚀产物成分。（2）结果分析。管道内壁腐蚀产物疏松不致密。管道内壁腐蚀产物成分检测结果表明，腐蚀产物成分主要为Fe、S、O，判断腐蚀产物为硫化铁和氧化铁。

1.5 管道金相组织检测分析

（1）检测内容。选取3个带断口试样，经过金相砂纸研磨和抛光，用4%硝酸酒精溶液浸蚀，制备成金相试样，其中1个试样为纵向金相，2个试样为横向金相，利用金相显微镜对试样进行金相组织分析。（2）结果分析。管道外壁侧的金相组织，可以看出，管道外壁侧金相组织正常，无氧化脱碳等现象。管道内壁侧的金相组织，可以看出，管道内壁侧金相组织正常，无氧化脱碳等现象，而且，未发现沿晶腐蚀、应力腐蚀微裂纹等痕迹，这说明管道发生应力腐蚀的可能性很小。管道中间区域金相组织，可以看出，管道金相组织中含有一定数量的疑似纵向带状夹杂物。管道金相组织高倍形态，可以看出，管道金相组织为珠光体+铁素体，按照国家标准GB6394-2002（金属平均晶粒度测定图谱），晶粒度评级为7级，金相组织正常。

1.6 管道组织中夹杂物检测分析

（1）检测内容。将1个金相组织试样，用扫描电镜进一步分析组织中的夹杂物，用能谱仪检测夹杂物成分。（2）结果分析。根据管道组织中的带状夹杂物微观形态，可以看出，这些带状夹杂物顺着轴向（轧制）分布，长度很长，接近毫米级。按照国家标准GB/T10561-2005（钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检测法），属于A类夹杂物，评级为3级，材质夹杂物超标。管道组织中的带状夹杂物分布广泛，在管道内外壁附近组织均有，而且，在管道内压作用下，有些带状夹杂已经张开，形成裂纹。这些带状夹杂物的存在严重消弱了管道的承载能力。管道带状夹杂物成分检测结果表明，夹杂物成分主要为Fe、S、Mn，判断带状夹杂物为硫化锰。

1.7 管道冲击试件断口检测分析

（1）检测内容。为了检验管体材质是否渗氢脆化，在管道上横向切取1个简易冲击试样，在冲击试验机上冲断，利用扫描电镜对1个试样断口微观形貌进行观察分析，用能谱仪检测断口中的夹杂物成分。（2）结果分析。根据管道冲击断口微观形貌可以看出，断口微观主要为韧窝特征，含有一部分解理特征，未发现沿晶特征，这说明管道材质依然具有一定塑性，未出现渗氢脆化。但是，断口微观形貌具有横向条沟，放大后发现是带状夹杂物造成的。带状夹杂物成分检测结果表明，夹杂物主要为硫化锰。这说明硫化锰在管道断裂过程中起着非常重要的作用。

2 瓦斯管线介质腐蚀性分析

表2为高压瓦斯管线里的瓦斯气体成分组成，可以看出瓦斯气中具有腐蚀作用的成分只有H2和H2S。H2容易造成金属材料的氢鼓包和氢脆，H2S容易造成金属材料的严重点蚀、氢鼓包和氢脆、均匀腐蚀、应力腐蚀、沿晶腐蚀等。

通过上述大量检测表明，瓦斯管道材质未出现脆化，内壁只有均匀腐蚀，无严重点蚀和氢鼓包以及裂纹，金相组织中无沿晶腐蚀痕迹，断口附近组织中无裂纹分叉，管体横截面无裂纹，冲击断口无微观沿晶形貌特征。而且，瓦斯管道为低碳20钢，抗H2氢脆和H2S应力腐蚀能力较强。因此可以确定，氢脆和应力腐蚀不是造成瓦斯管道开裂的主要因素。

表2 瓦斯气体成分组成

3 瓦斯管线开裂原因分析

开裂瓦斯管道属于水平管线的其中一段，现场安装水平精度造成该段管道位于水平管线的最低处。管道瓦斯介质中含有微量水，水和锈污集中淤积到该段管道处。管道中的H2S溶于该段管道的底部水中，对管道下部内壁腐蚀，造成壁厚严重减薄，最薄处达到3mm左右。此外，管道材质中MnS类带状夹杂物超标，带状夹杂物顺着管道轴线分布，类似于纵向裂纹，严重消弱了管道的承载能力。当管道壁厚减薄到不足以承载内压时，突然发生开裂失效。

4 结语

（1）建议对剩余瓦斯管线进行普查检测壁厚，重点是容易积水的水平段管道下部，如果管体壁厚小于5mm时，建议该部分管段更换或者补强处理。（2）由于氢脆和应力腐蚀容易发生在焊缝处（本次送检管段无焊缝），建议对管线焊缝进行探伤检测或取样检测，以确定是否存在氢脆或应力腐蚀隐患。（3）长距离瓦斯管线安装施工时，建议在水平管段最低点增加排污管，以便定期排水或者锈污。

参考文献：

[1]龙兆鹏.瓦斯燃烧及其转化为爆炸的可能性分析[J].江西煤炭科技，1999，(02).

[2]林柏泉,周世宁,张仁贵.障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的影响[J].中国矿业大学学报，1999，(02).