燃气管道弯管开裂及腐蚀穿孔探讨

徐菁

（江苏龙山管件有限公司，江苏 江阴 214400）

0 前言

在燃气管道使用过程中，经常出现弯管开裂与腐蚀开孔，使燃气输送中出现泄漏，严重将引发恶性事故，让管道无法正常使用。因此，为保证燃气管道使用安全性，适当延长燃气管道寿命，有必要对燃气管道钢管金相组织、成型制作工艺以及防腐措施进行分析，结合弯管开裂、腐蚀穿孔故障问题发生原因，实施有针对性的解决措施，保障燃气管道安全稳定运输。

1 燃气管道及弯管处检查

1.1 断口理化性能分析

1.1.1 化学成分

依据国家相关标准，使用直读光谱仪分析燃气管道钢管样品的化学成分，从而初步评定钢管的理化性能。例如，在对材质为Q235B的螺旋钢管进行化学成分分析时，依据国家规范标准，分析结果与相关要求相符，分析结果如表1所示。

表1 Q235B钢管母材化学成分分析结果（Wt×10-2）

1.1.2 拉伸性能

由于燃气管道运行环境的特殊性，对钢管及管件拉伸性能要求较高。一般情况下，使用UTM-5305型拉伸试验机，对燃气管道钢管横向截取的钢管试样，与钢管螺旋焊缝位置截取的螺旋焊缝拉伸试样，分别进行拉伸性能测试。拉伸性能测试结果表明，两个钢管试样的拉伸性能符合规范标准，进一步表明钢管的拉伸性能符合燃气管道工艺制作要求。其中，钢管母材拉伸性能试验结果如表2所示。

表2 钢管母材拉伸性能试验结果

1.1.3 钢管金相

利用金相显微镜、激光共聚焦显微镜对燃气管道钢管母材的金相组织进行分析，并利用显微镜相对应的图像分析系统，观察钢管母材金相组织中的夹杂物、晶粒度等。金相组织分析结果表明，Q235B钢管母材的金相组织为多变铁素体—珠光体，并且金相组织中夹杂的非金属杂物相对较少，测试的晶粒度为9.0级[1]。

1.2 载荷计算

燃气管道钢管开裂多在焊缝处，显示出轴向的360°开裂，较大的轴向载荷是造成钢管制作工艺水平低下的主要因素之一。

轴向载荷当钢管由于轴向载荷较大而发生开裂，则某一方向产生的轴向应力将与其他方向上的轴向应力叠加，使钢管弯管处的焊缝可能成为最易开裂的部位，一旦超过焊缝的抗拉强度，就会造成脆性断裂，引发燃气泄漏。根据相关计算公式，利用钢管局部应力集中系数、焊缝环向整体截面积、外载荷以及温差引起的管道轴向应力，能够计算出燃气管道钢管的轴向载荷，并与钢管标准抗拉强度相比，评价出Q235B材质的钢管是否会发生弯管开裂。

2 原因分析及防治措施

2.1 燃气管道弯管开裂原因及解决措施

2.1.1 弯管开裂原因分析

引发燃气管道弯管开裂的主要原因有：①金属材料加热制作中，出现的金属带状组织将降低，与带状组织相互垂直方向的金相组织的伸长率、断面收缩率等，加之回火热处理工艺的影响，一些等轴晶粒、变形晶粒形态的变化，使钢管的硬度与强度有效提升，但金属材料的韧性显著下降，进而无法满足燃气管道制作工艺对力学性能的要求；②对于无缝的燃气管道，弯管内侧、外侧，会存有一定的残余应力，并伴有收缩趋势，使得管道轴向应力受到限制，产生的残余拉应力作用在弯管薄弱部分，使得轴线方向的弯管出现拉伸趋势，长此以往，大大提高了弯管开裂的概率[2]。当敏感的金相组织以及弯管内外部的残余应力，同时作用在弯管处，是弯管开裂最主要的原因。

2.1.2 解决措施分析

通过前文分析，管道焊缝处以及其他薄弱部位，是弯管开裂的主要位置，针对弯管制作工艺中变形以及有害带状组织的出现、管道内部存在的较大残余应力，造成的燃气管道弯管开裂问题，一方面，应加强燃气管道弯管成型工艺中的金相组织控制力度，尤其是热轧无缝钢管，只有严格控制成型工艺中的夹杂物含量，避免大量有害带状组织以及变形组织的出现，才能降低弯管开裂的发生概率，保证燃气安全稳定运输。另一方面，若燃气管道弯管成型工艺，不可避免冷弯，则冷弯工艺应在无缝燃气管道钢管施加完防腐层之后开展，并增加热处理工艺来控制成型工艺中有害组织的产生，在钢管散置空冷后再施加一层防腐层，以此增强燃气管道弯管抵抗拉伸的能力。对于存在焊缝的钢管，则应加强焊接过程中各项参数的控制，并对周围环境加以控制，包括地面沉降、作业施工、大型载荷搅动等，从而避免弯管失效。此外，加强燃气管道钢管选材，严格按照国家规范标准，选用制作燃气管道的管件及钢材，并加强到场钢管质量的检测，通过力学性能检测以及化学分析，综合评价弯管焊口、背弧等部位的检查，对即将投入使用的燃气管道，开展气密性试验以及水压试验，并加强日后燃气管道的动态管理，以此保障燃气安全稳定运输，为管道弯管开裂维修提供技术支撑。

2.2 燃气管道腐蚀穿孔原因及解决措施

2.2.1 管道腐蚀穿孔原因分析

大多数燃气管道投入使用的时间较长，年代较为久远，最初实施的防腐措施已经失效，加之管道管材选择不当，以及燃气管道运行环境的复杂性，极大地增大腐蚀穿孔的概率，造成燃气泄漏。对管道腐蚀穿孔原因进行分析，主要包括：①燃气管道埋深较浅，并且燃气管道周边环境十分复杂，虽然会在管道上方以及下方设置防水层，但是长期处于潮湿的环境中，不可避免地受到侵蚀。若使用聚乙烯胶带作为燃气管道的防腐层，长期在复杂的环境中非常容易老化，使得防腐层与管道剥离；②无法及时排出的雨水，将增大燃气管道腐蚀穿孔的概率，使燃气管道外壁与腐蚀介质发生一系列的电化学反应，若雨水通过胶带缝隙进入到防腐层内层，将在封闭的环境中形成电化学环路，最终导致燃气管道腐蚀穿孔，并且会加快腐蚀速度。因此，要想保证燃气管道正常使用，必须加强管道的防腐处理，积极运用先进工艺与先进材料来增强防腐层、防水层的工作实效，进而保证燃气管道安全稳定运行。

2.2.2 解决措施分析

燃气管道腐蚀类型包括自然腐蚀、电偶腐蚀、杂散电流腐蚀，需要针对不同腐蚀造成管道穿孔的原因进行分析，以此提升防腐措施的实用性。其中，管道自然腐蚀是缺少阴极保护系统，或是防腐层老化、地基沉降与变化、管道埋设环境复杂等，可使用高电位镁牺牲阳极来增强阴极保护系统的作用效果；电偶腐蚀是由于较多的地下结构物搭接，使处于腐蚀电位的燃气管道发生穿孔，需要增强防腐层设计与材料选择；杂散电流腐蚀一般发生于高压输电线相交的燃气管道处，施加的阴极保护系统没有及时排出电流，发生腐蚀穿孔，需要优化燃气管道敷设设计，加强腐蚀程度评价以及日常检修管理。

在防腐层科学合理选用的过程中，一定要利用防腐层将燃气管道与土壤介质相隔离，主要是在燃气管道表面涂一层防腐物质，并对防腐措施进行质检，以此保障防腐施工符合规范标准。在管理以及质量检测层面，一方面，加大燃气管道薄弱点检测力度，精准定位燃气管道的破损点，借助直流、交流电信号的供入，监测燃气管道的电流、电位以及磁场强度变化情况，加强腐蚀穿孔问题的提前预防，并做到问题的及时解决[3]。另一方面，及时对燃气管道的腐蚀程度监测数据进行汇总，利用管体数据、环境数据、管道电位数据等，分析出腐蚀穿孔问题发生概率，注重燃气管道防腐层监测以及保护数据的更新工作，通过动态管理加强燃气管道的抗腐蚀能力，最大限度降低水分、空气、氧气等对管道的伤害，实现燃气运输行业经济效益、社会效益提升的目标。

3 结论

综上所述，弯管开裂与腐蚀穿孔是燃气管道正常使用中，最常见的故障问题，都会造成燃气泄漏。通过分析弯管开裂、腐蚀穿孔问题的原因，必须选用符合国家标准的钢管与管件，加强燃气管道防腐层检测，积极运用先进的管道焊接工艺，并及时做好燃气管道的维修与保养工作，降低问题发生概率，保证燃气的正常供应。