董紹華，費(fèi)　凡，安　宇,陶志剛

(中石油北京天然氣管道有限公司， 北京100101)

?

管道腐蝕評(píng)估技術(shù)與其檢測(cè)方法對(duì)比

董紹華，費(fèi)凡，安宇,陶志剛

(中石油北京天然氣管道有限公司， 北京100101)

通過(guò)對(duì)國(guó)外管道腐蝕開(kāi)裂的調(diào)研，針對(duì)管道應(yīng)力腐蝕與氫致開(kāi)裂問(wèn)題，分析了二者的腐蝕評(píng)估模型及其敏感性，針對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估方法中對(duì)焊縫缺陷評(píng)價(jià)的適用性尚不明確的問(wèn)題，通過(guò)案例分析提出了制定符合國(guó)內(nèi)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的急迫性。通過(guò)對(duì)管道進(jìn)行相控陣與射線(xiàn)檢測(cè)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)腐蝕缺陷評(píng)估目前主要針對(duì)體積型缺陷，對(duì)環(huán)焊縫評(píng)估還需進(jìn)行深入研究。分析表明，相控陣與射線(xiàn)檢測(cè)不可互相替代且各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)內(nèi)部腐蝕、夾雜、裂紋等的檢測(cè)應(yīng)聯(lián)合兩種方法。

氫致開(kāi)裂；腐蝕評(píng)估；焊縫檢測(cè);相控陣

19652005年，美國(guó)累計(jì)有350多條管線(xiàn)發(fā)生了起源于外表面的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。1995年俄羅斯中部、北部和西伯利亞地區(qū)相繼發(fā)生管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂失效事故,且裂紋多數(shù)位于防腐層缺陷處的金屬表面。20072009年，有關(guān)資料顯示加拿大發(fā)生了32起近中性pH值的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故，管線(xiàn)的破裂和爆炸引起的嚴(yán)重后果迫使加拿大國(guó)家能源局組織多家研究機(jī)構(gòu),對(duì)管道外部應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂進(jìn)行調(diào)查和研究[1-3]。

1995年，英國(guó)煤氣公司在對(duì)管線(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的調(diào)研報(bào)告中，指出了發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的現(xiàn)場(chǎng)條件，并從防腐層和陰極保護(hù)、管道鋼強(qiáng)度等級(jí)和質(zhì)量、管道的應(yīng)力水平和循環(huán)應(yīng)力三個(gè)方面，指出了歐州管線(xiàn)發(fā)生土壤應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的潛在風(fēng)險(xiǎn)[4]。一些研究者還設(shè)計(jì)了土壤風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模式[5]，這些模式劃分為特定泥土條件下的應(yīng)力腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，其數(shù)據(jù)還處于不斷的更新之中。加拿大的研究機(jī)構(gòu)用全管段進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)1年的模擬試驗(yàn)，以探討應(yīng)力波動(dòng)對(duì)管道的影響。美國(guó)氣體研究院聯(lián)合美國(guó)和加拿大的多家管道公司和研究機(jī)構(gòu)，在1995年開(kāi)始探討土壤應(yīng)力腐蝕機(jī)理的研究，其目的是防止和最大限度地減少埋地管線(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，并研究開(kāi)發(fā)了能抵抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的管道用鋼材[6]。

輸氣管道的外部應(yīng)力腐蝕是當(dāng)今石油天然氣工業(yè)面臨的嚴(yán)重問(wèn)題之一。從20世紀(jì)60年代后期,在美國(guó)的輸氣管線(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了首例管道外部應(yīng)力腐蝕以來(lái)，已經(jīng)在美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞、伊朗和巴基斯坦等國(guó)家中發(fā)現(xiàn)了土壤環(huán)境(電阻率、含水率可溶鹽含量)造成的應(yīng)力腐蝕[7]。所以對(duì)于埋地輸氣管線(xiàn)而言，潛在的管道外部應(yīng)力腐蝕具有普遍性。根據(jù)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的不同機(jī)理，存在兩種形式的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，即高pH值和近中性pH值的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂[8]。兩者的主要差別是裂紋的形貌不同，高pH值的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是晶間型裂紋，而近中性pH值的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是穿晶型裂紋，并具有明顯的二次腐蝕特征。

1　腐蝕評(píng)估

1.1應(yīng)力腐蝕(SCC)問(wèn)題

應(yīng)力腐蝕的敏感性與滲透到鋼材內(nèi)的氫含量有關(guān)，氫滲透量主要與水的pH值和H2S含量有關(guān)，分析硫化物應(yīng)力腐蝕所需的基本數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。典型情況下，已發(fā)現(xiàn)鋼中的氫通量在pH值接近中性的溶液中最低，而在pH值較低和較高的溶液中都增加。較低pH值的腐蝕由H2S引起，而高pH值的腐蝕則由高濃度的二硫化物離子引起。高pH值溶液中存在氰化物可加劇氫滲透到鋼材中，鋼材對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性隨H2S含量增加而增大，已發(fā)現(xiàn)水中H2S體積分?jǐn)?shù)低至百萬(wàn)分之一，足以引起應(yīng)力腐蝕[9-13]。

表1　分析硫化物應(yīng)力腐蝕所需的基本數(shù)據(jù)

應(yīng)力腐蝕的敏感性主要與材料的硬度、應(yīng)力水平有關(guān)，硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性評(píng)估見(jiàn)表23。隨著硬度的增加,鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性也增加，通常不用考慮在濕硫化氫環(huán)境下有較低硬度的壓力容器和管道的碳鋼基體金屬會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕。但是焊接熔敷金屬和熱影響區(qū)會(huì)含有高硬度區(qū)和高焊接殘余應(yīng)力，與焊縫相關(guān)的高殘余拉伸應(yīng)力會(huì)增加鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性。焊后熱處理減少了殘余應(yīng)力，并對(duì)焊縫熔敷金屬和熱影響區(qū)進(jìn)行了軟化。

表2　硫化物應(yīng)力腐蝕的環(huán)境嚴(yán)重度評(píng)估

表3　硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性評(píng)估

1.2氫致開(kāi)裂(HIC)問(wèn)題

HIC的形成不需要施加外部應(yīng)力，開(kāi)裂的驅(qū)動(dòng)力是氫鼓包內(nèi)壓力造成的氫鼓包周邊的高應(yīng)力。這些高應(yīng)力場(chǎng)的相互作用容易導(dǎo)致鋼中不同平面上鼓包的裂紋形成。鼓包內(nèi)壓力的形成與鋼中氫的滲透通量有關(guān)，鋼中的氫是鋼與濕硫化氫間的腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的，而腐蝕反應(yīng)的發(fā)生需要水的存在，最后的氫通量主要與環(huán)境的pH值和水中的H2S體積分?jǐn)?shù)有關(guān)，分析HIC所需的基本數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，HIC敏感性評(píng)估見(jiàn)表5,6。

一般地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鋼中氫通量在pH值接近中性的溶液中最低，而在pH值較低和較高的溶液中都將增加。在較低pH值下的腐蝕又由H2S引起，而在高pH值下的腐蝕則由高濃度的二硫化物離子造成。高pH值下出現(xiàn)的氰化物可進(jìn)一步加劇氫滲透到鋼材中。氫滲透隨H2S體積分?jǐn)?shù)的增加而增大，水中H2S體積分?jǐn)?shù)低至50X10-6時(shí)就足以引起HIC[14-17]。

表4　分析HIC所需的基本數(shù)據(jù)

表5　HIC環(huán)境嚴(yán)重度評(píng)估

氫致裂紋擴(kuò)展的位錯(cuò)模型見(jiàn)圖1，式(1)為氫致開(kāi)裂過(guò)程區(qū)斷裂判據(jù)。如果管道氫致開(kāi)裂存在韌性斷裂，并是其主要斷裂模式，過(guò)程區(qū)斷裂判據(jù)作為評(píng)價(jià)判據(jù)則不合適，需要以JISCC作為裂紋啟裂的斷裂韌性評(píng)價(jià)判據(jù),見(jiàn)式(2)，韌性斷裂的擴(kuò)展模式見(jiàn)圖2。當(dāng)韌性硬化材料處于氫環(huán)境下，其臨界積分的表達(dá)式即為JISCC韌性斷裂判據(jù)。

表6　HIC敏感性對(duì)比

圖1　氫致裂紋擴(kuò)展的位錯(cuò)模型

圖2　韌性斷裂的擴(kuò)展模式

(1)

(2)

1.3管道的SCC敏感性分析

輸氣管道同時(shí)滿(mǎn)足下列條件應(yīng)判定為易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂管段： ① 運(yùn)行壓力下產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)規(guī)定最小屈服強(qiáng)度的60%。② 管齡超過(guò)10年。③ 含有非熔結(jié)環(huán)氧粉末或液體環(huán)氧的其他防腐層。④ 含有現(xiàn)場(chǎng)未進(jìn)行表面粗糙度處理涂覆的熔結(jié)環(huán)氧粉末或液體環(huán)氧防腐層類(lèi)型。

輸氣管道還要滿(mǎn)足：工作溫度超過(guò)38 ℃,安裝在壓氣站下游32 km以?xún)?nèi)，則應(yīng)判定為易出現(xiàn)高pH應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂管段。輸油管道的SCC敏感管段可按上述條件識(shí)別。當(dāng)管道發(fā)生過(guò)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故，并且滿(mǎn)足上述條件之一的，應(yīng)確定為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感區(qū)域。

2　缺陷評(píng)價(jià)系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)目前對(duì)于X80鋼及更高鋼級(jí)管道缺陷失效機(jī)理、缺陷評(píng)價(jià)方法的研究尚無(wú)工程適用性結(jié)論。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和方法針對(duì)管道焊縫缺陷評(píng)價(jià)的適用性結(jié)論尚不明確。傳統(tǒng)基于應(yīng)力的缺陷評(píng)價(jià)方法對(duì)于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)韌性好的管道較保守。目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的軟件系統(tǒng)包括：HIC評(píng)價(jià)與壽命分析系統(tǒng)、API579 FOR pipeline系統(tǒng)、ASME B31.GDNVRPF1010Modified B31.G評(píng)價(jià)系統(tǒng)、Restreng評(píng)價(jià)系統(tǒng)、Welding Assessment For Pipeline系統(tǒng)、BS7910系統(tǒng)、PRCI 的PDAM系統(tǒng)等。

3　案例分析

3.1ENBRIDGE 管道公司原油管道泄漏

2013年2月8日ENBRIDGE 管道公司用于運(yùn)輸從NormanWells西北地區(qū)到ZamaAlberta的21號(hào)低硫原油管道發(fā)生泄漏事故。泄漏發(fā)生位置處的管道鋼級(jí)為359，公稱(chēng)壁厚為6.9 mm處。該管段由IPSCO有限公司制造，采用的是高頻電阻焊直焊縫管，外敷聚乙烯，在1984年3月進(jìn)行打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為最大運(yùn)行壓力9 896 kPa。裂紋形貌為晶間開(kāi)裂，貫穿89%的管道壁厚，與內(nèi)部應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂一致。焊接殘余應(yīng)力是最可能引起開(kāi)裂行為的拉伸應(yīng)力。運(yùn)輸安全局在2014年2月14日向國(guó)家能源局發(fā)布了安全報(bào)告，通知ENBRIDGE公司進(jìn)行試驗(yàn)和分析，其中包括甲醇對(duì)管線(xiàn)鋼晶間應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的萌生影響的試驗(yàn)。作為應(yīng)對(duì)措施，國(guó)家能源局指出，甲醇作為干燥介質(zhì)已經(jīng)成功應(yīng)用于管道投產(chǎn)期間，需要進(jìn)行進(jìn)一步的分析確定引起開(kāi)裂的其他因素。同樣ENBRIDGE公司指出結(jié)果顯示當(dāng)某位置承受足夠高的應(yīng)力時(shí)，使用甲醇可能引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，而水的pH值低于抑制應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的數(shù)值。

3.2TRANSCANADA管道公司天然氣管線(xiàn)破裂

2009年9月26日TRANSCANADA管道公司在安大略省Marten河附近的100-1天然氣管線(xiàn)發(fā)生破裂。隨后由于管道壓力低，112號(hào)壓縮機(jī)站上游的干線(xiàn)112-1號(hào)閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。事故發(fā)生時(shí)，TRANSCANADA管道公司正在輸送低硫天然氣,泄漏的氣體沒(méi)有點(diǎn)燃。管線(xiàn)100-1外徑762 mm，最大允許運(yùn)行壓力6 892 kPa，對(duì)于1級(jí)位置，基于普通管材等級(jí)X52的管壁厚度是9.53 mm。管線(xiàn)100-1于1958年在威斯康星州密爾沃基工廠(chǎng)由A.O.Smith公司制造，隨后施工安裝。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)碎片表面上的硬點(diǎn)被確定為破裂開(kāi)始位置。制造時(shí)由于鋼板局部淬火，然后立即在鋼板表面進(jìn)行最終熱軋而形成硬點(diǎn)。夏比沖擊試驗(yàn)是確定破裂過(guò)程中材料吸收能量的標(biāo)準(zhǔn)方法，并可確定材料韌性。通過(guò)該試驗(yàn)確定了破裂點(diǎn)附近的管道韌性相對(duì)較差，導(dǎo)致破裂涉及的整個(gè)管道接頭中發(fā)現(xiàn)大量脆性斷裂。管道中硬點(diǎn)、內(nèi)部天然氣壓力造成的鼓脹應(yīng)力和破裂位置上可能存在原子氫，是TRANSCANADA管道公司(TCPL)管線(xiàn)100-1破裂的原因，并與以前破裂事件的結(jié)果一致。

3.3TRANSCANADA管道公司管道爆炸

2011年2月19日，TRANSCANADA公司的天然氣管道從開(kāi)裂處溢出天然氣,經(jīng)引燃后發(fā)生爆炸和火災(zāi)，此時(shí)管道內(nèi)正輸送低硫天然氣。在事發(fā)地點(diǎn)附近，有三條管道并行鋪設(shè)，相互間距約為10 m。編號(hào)分別為100-1、100-2和100-3，發(fā)生開(kāi)裂的是100-2號(hào)管道。按照CSA Z662《加拿大油氣管道系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)，100-2管道在該處被定義為一類(lèi)管道，壁厚9.13 mm，外徑914.4 mm?，F(xiàn)場(chǎng)初步檢查完成后，對(duì)管道表面做磁粉檢測(cè)，在管道開(kāi)裂處以及上下游的管道接口處發(fā)現(xiàn)大量的應(yīng)力腐蝕裂紋簇。這些裂紋簇大都相對(duì)較小，沒(méi)有明顯的集中在單條裂紋附近。通過(guò)分析裂紋簇得知：管道軸向出現(xiàn)的近中性pH值SCC導(dǎo)致失效，本質(zhì)上是穿晶型裂紋。SCC大約位于管道07…30分鐘(向下游看)位置，距上游環(huán)焊縫約2 m,管道開(kāi)裂從失效點(diǎn)向上下游分別擴(kuò)展了1.8 m和2 m,并在焊趾處沿環(huán)焊縫周向擴(kuò)展，隨后繼續(xù)向上游擴(kuò)展了4.1 m。對(duì)開(kāi)裂點(diǎn)上下游管道接口整體檢查后也發(fā)現(xiàn)SCC，說(shuō)明外層防腐層出現(xiàn)了異常，導(dǎo)致管道開(kāi)裂點(diǎn)的裂紋從起始點(diǎn)開(kāi)始擴(kuò)展。上下游接口處管材經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),其符合當(dāng)時(shí)制管時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中的最低力學(xué)性能，同時(shí)也符合當(dāng)今的制管標(biāo)準(zhǔn)。

SCC降低了管體鋼材的抗壓能力，在正常操作壓力下產(chǎn)生了永久性的局部屈服。管體上相對(duì)一致的SCC增長(zhǎng)表明裂紋在管體上的擴(kuò)展較早。100-2管線(xiàn)外表面使用瀝青釉層加玻璃纖維，后來(lái)又使用強(qiáng)制電流CP系統(tǒng)來(lái)進(jìn)一步保護(hù)管道免受腐蝕。隨著時(shí)間推移，在外力作用下，外部瀝青釉層可能退化并與管道脫連。發(fā)生防腐層脫連時(shí)，只要CP系統(tǒng)電流能到達(dá)管道表面就能保護(hù)管道不發(fā)生腐蝕。然而在特定環(huán)境下，脫連防腐層和土壤的絕緣性使得管道表面直接接觸到腐蝕性的外部環(huán)境，同時(shí)屏蔽CP系統(tǒng)，讓SCC進(jìn)一步擴(kuò)展。還有一些特殊情況，如增加管道上的CP電流值可保證其腐蝕防護(hù)的有效性，一旦CP電流超過(guò)特定值就會(huì)出現(xiàn)過(guò)保護(hù)的情況，并在管體表面產(chǎn)生氫氣。氫氣可以加速防腐層脫離管道，反過(guò)來(lái)進(jìn)一步屏蔽CP系統(tǒng)對(duì)管道的保護(hù)作用。CP系統(tǒng)一旦受到屏蔽，加上地下水及分解出的氣體和細(xì)菌進(jìn)入防腐層與管道之間的空隙，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)適合SCC生成的堿性環(huán)境。SCC一旦生成，就會(huì)隨著時(shí)間的推移在管道正常使用的內(nèi)壓下逐漸擴(kuò)展。管體上的應(yīng)力腐蝕裂紋降低了管道的承壓能力，從而在正常操作壓力下產(chǎn)生了局部的永久性屈服，最終導(dǎo)致管道開(kāi)裂、爆炸和火災(zāi)。

4　射線(xiàn)和相控陣檢測(cè)對(duì)比分析

射線(xiàn)檢測(cè)具有檢測(cè)結(jié)果直觀(guān)、對(duì)體積型缺陷的檢測(cè)靈敏度較高、檢測(cè)較薄工件效果較好、對(duì)平面型缺陷(如裂紋)的檢測(cè)靈敏度較低、平面型缺陷的檢出對(duì)照射角度要求較高等特點(diǎn)。相控陣檢測(cè)具有檢測(cè)厚度大、靈敏度高，能對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量等特點(diǎn)。對(duì)薄板檢測(cè)時(shí)存在較大盲區(qū)，定性困難，但指向性較好,對(duì)于垂直于超聲傳播方向的面缺陷比較靈敏，易受缺陷形狀和底面形狀的影響。針對(duì)這兩種檢測(cè)方法，2014年57月，北京管道公司對(duì)榆林壓氣站一線(xiàn)壓縮機(jī)組配套管線(xiàn)焊縫進(jìn)行了超聲波相控陣成像檢測(cè)和射線(xiàn)檢測(cè)。目的是對(duì)比兩次檢測(cè)的信號(hào)和結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩種檢測(cè)方法的差異性。其中檢測(cè)焊縫管徑為325 mm，直管壁厚為7 mm，彎頭壁厚為9 mm。

4.1A機(jī)組出口管線(xiàn)入地端焊縫的檢測(cè)

A機(jī)組出口管線(xiàn)入地端焊縫情況見(jiàn)圖3(a)，其射線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7，相控陣檢測(cè)焊縫編號(hào)為WAT1-W-4F,A機(jī)組壓縮機(jī)房外1#焊縫，長(zhǎng)為7 mm,深為6 mm,如圖3(b)所示。通過(guò)分析對(duì)比結(jié)果可知：焊縫編號(hào)為A-01(1-2)和WAI1-W-1對(duì)應(yīng)，射線(xiàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)圓形缺陷13點(diǎn)，評(píng)為Ⅳ級(jí)不合格；相控陣因回波波幅較小未識(shí)別為缺陷。焊縫編號(hào)為A-01(3-0)和WAI1-W-4F對(duì)應(yīng)，射線(xiàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)4 mm 條形缺陷，評(píng)為Ⅱ級(jí)合格；相控陣識(shí)別為長(zhǎng)7 mm，深6 mm的缺陷。射線(xiàn)、相控陣判定結(jié)果均為存在缺陷，但位置有偏差，結(jié)果不同。

圖3　A機(jī)組出口管線(xiàn)入地端焊縫及相控陣檢測(cè)結(jié)果

焊縫編號(hào)板厚/mm一次透照長(zhǎng)度/mm相質(zhì)指數(shù)缺陷位置、性質(zhì)及長(zhǎng)度/mm評(píng)定級(jí)別是否合格SYYL-YSCC-A-01(1-2)725613+35mm處圓形缺陷計(jì)13點(diǎn)Ⅳ否SYYL-YSCC-A-01(2-3)725613+120mm處圓形缺陷計(jì)4點(diǎn)Ⅱ是SYYL-YSCC-A-01(3-0)725613-90mm處條形缺陷計(jì)4mmⅡ是

4.2A機(jī)組空冷器后彎頭上端焊縫的檢測(cè)

A機(jī)組空冷器后彎頭上端焊縫情況見(jiàn)圖4(a)，射線(xiàn)檢測(cè)時(shí)：焊縫編號(hào)為SYYL-YSCC-A-04(0-1)，板厚7 mm，一次透照長(zhǎng)度為256 mm，相質(zhì)指數(shù)為13，評(píng)定級(jí)別為Ⅰ 級(jí)，評(píng)定合格；相控陣檢測(cè)時(shí)：檢測(cè)編號(hào)為WAI3-Z-1，A機(jī)組壓縮機(jī)房外3#焊縫長(zhǎng)10 mm，深5.6 mm，如圖4所示。通過(guò)分析對(duì)比結(jié)果可知：焊縫編號(hào)為WAI3-Z-1和A-04(0-1)對(duì)應(yīng)，相控陣識(shí)別為長(zhǎng)10 mm，深5.6 mm的缺陷，射線(xiàn)評(píng)為Ⅰ級(jí)合格。相控陣識(shí)別出缺陷，射線(xiàn)未識(shí)別出，結(jié)果不同。

圖4　A機(jī)組空冷器后彎頭上端焊縫及相控陣檢測(cè)結(jié)果

圖5　A機(jī)組入口彎頭下端焊縫

4.3A機(jī)組入口彎頭下端焊縫的檢測(cè)

A機(jī)組入口彎頭下端焊縫情況見(jiàn)圖5(a)，射線(xiàn)檢測(cè)時(shí)：焊縫編號(hào)為SYYL-YSCC-A-05(0-1)，板厚7 mm，一次透照長(zhǎng)度256 mm,相質(zhì)指數(shù)13,發(fā)現(xiàn)圓形缺陷1個(gè)，評(píng)定級(jí)別I級(jí)，合格；相控陣檢測(cè)時(shí)：編號(hào)為1-Z-1，A機(jī)組壓縮機(jī)房外1#焊縫，長(zhǎng)26 mm,深5.8 mm,如圖5(b)所示。通過(guò)分析對(duì)比結(jié)果可知：1-Z-1和A-05(0-1)對(duì)應(yīng)，均評(píng)為Ⅰ級(jí)合格。相控陣、射線(xiàn)均發(fā)現(xiàn)缺陷，嚴(yán)重程度判定不同。

4.4B機(jī)組出口管線(xiàn)入地端焊縫的檢測(cè)

B機(jī)組出口管線(xiàn)入地端焊縫情況見(jiàn)圖6(a)，射線(xiàn)檢測(cè)時(shí):焊縫編號(hào)為SYYL-YSCC-B-01(0-1),板厚7 mm，一次透照長(zhǎng)度256 mm，相質(zhì)指數(shù)13,發(fā)現(xiàn)25 mm未熔合缺陷，評(píng)定為IV級(jí)，不合格；超聲檢測(cè)編號(hào)為:WAIB-1-Z-1,B機(jī)組壓縮機(jī)房外1#焊縫，長(zhǎng)10 mm,深3.8 mm,如圖6(b)所示。通過(guò)分析對(duì)比結(jié)果可知：B-01(0-1)和WAIB-1-Z-1對(duì)應(yīng)，射線(xiàn)、相控陣均判定為存在缺陷，檢測(cè)結(jié)果一致。

圖6　B機(jī)組出口管線(xiàn)入地端焊縫及相控陣檢測(cè)結(jié)果

圖7　C機(jī)組風(fēng)冷器后彎頭上端焊縫及相控陣檢測(cè)結(jié)果

4.5C機(jī)組風(fēng)冷器后彎頭上端焊縫

C機(jī)組風(fēng)冷器后彎頭上端焊縫情況見(jiàn)圖7(a)，射線(xiàn)檢測(cè)時(shí):編號(hào)SYYL-YSCC-C-05(1-2),板厚7 mm,一次透照長(zhǎng)度256 mm,相質(zhì)指數(shù)13,發(fā)現(xiàn)圓形缺陷3處，評(píng)定級(jí)別II級(jí)，合格；相控陣檢測(cè)時(shí)，編號(hào)為WAIC-5-W-2，C機(jī)組壓縮機(jī)房外5#焊縫，長(zhǎng)22 mm,深4 mm,如圖7(b)所示。通過(guò)分析對(duì)比結(jié)果可知：C-05(1-2)和WAIC-5-W-2對(duì)應(yīng)，射線(xiàn)、相控陣均判定為存在缺陷，檢測(cè)結(jié)果基本相同。

4.6C機(jī)組入口彎頭下端焊縫的檢測(cè)

圖8　C機(jī)組入口彎頭下端焊縫及相控陣檢測(cè)結(jié)果

C機(jī)組入口彎頭下端焊縫情況見(jiàn)圖8(a)，射線(xiàn)檢測(cè)時(shí)：編號(hào)為SYYL-YSCC-C-06-(0-1)，板厚7 mm,一次透照長(zhǎng)度256 mm,相質(zhì)指數(shù)13,判定合格，評(píng)定I級(jí)；相控陣檢測(cè)時(shí):編號(hào)C-1-Z-1，C機(jī)組壓縮機(jī)房外1#焊縫，長(zhǎng)11 mm,深5.8 mm，如圖8(b)所示，通過(guò)分析對(duì)比結(jié)果可知：C-1-Z-1和C-06-(0-1)對(duì)應(yīng)，相控陣識(shí)別出缺陷，射線(xiàn)未識(shí)別出，檢測(cè)結(jié)果不同。

5　結(jié)語(yǔ)

為了對(duì)老舊管道與新建管道因腐蝕引起的管道失效進(jìn)行管理，需在現(xiàn)有管道腐蝕預(yù)防與管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂與氫致開(kāi)裂的預(yù)控技術(shù)。當(dāng)前急需研究分析SCC現(xiàn)象。雖然國(guó)內(nèi)案例較少，但其形成的可能性很大，需要盡快制定符合國(guó)內(nèi)埋地鋼管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。HIC問(wèn)題逐漸擴(kuò)大化，主要原因是含氫管道的出現(xiàn)和煤氣管道的建設(shè)和發(fā)展。

國(guó)外目前SCC失效已經(jīng)占很大比重，同時(shí)失效前不易被發(fā)現(xiàn)，主要通過(guò)超聲波檢測(cè)和打壓試驗(yàn)評(píng)估的手段。甲醇對(duì)于管道應(yīng)力腐蝕有一定的危害，在冬季運(yùn)行期間，需要減少甲醇使用量，并對(duì)其SCC危害的機(jī)理進(jìn)行分析研究，科學(xué)評(píng)估其適用性。如果防腐層破損，則可能CP電流加大，一旦CP電流超過(guò)特定值，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)保護(hù)的情況，并在管體表面產(chǎn)生氫氣。氫氣可以加速防腐層脫離管道，反過(guò)來(lái)進(jìn)一步屏蔽CP系統(tǒng)對(duì)管道的保護(hù)作用。

通過(guò)相控陣檢測(cè)與射線(xiàn)檢測(cè)的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)腐蝕缺陷評(píng)估技術(shù)目前主要針對(duì)檢測(cè)出的體積型缺陷，但環(huán)焊縫的定量化評(píng)估、高鋼級(jí)管道的評(píng)估方法還需要深入研究。通過(guò)對(duì)超聲相控陣和射線(xiàn)兩種檢測(cè)方法的對(duì)比分析表明，兩種方法不可互相替代，各有優(yōu)缺點(diǎn)，尤其對(duì)于內(nèi)部腐蝕、雜質(zhì)、裂紋等缺陷的檢測(cè)，應(yīng)聯(lián)合使用。

[1]方丙炎,韓恩厚,朱自勇,等.管線(xiàn)鋼的應(yīng)力腐蝕研究現(xiàn)狀與損失機(jī)理[J].材料導(dǎo)報(bào),2001,15(12)：1-3.

[2]褚武揚(yáng).氫致開(kāi)裂和應(yīng)力腐蝕機(jī)理的前沿問(wèn)題[J].腐蝕科學(xué)與防腐技術(shù),1993,5(3):151-157.

[3]吳策宇,耿曉梅,趙煥省.歐洲天然氣管道發(fā)展特點(diǎn)及事故原因[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2014(2):148-152.

[4]張亮,李曉剛,杜翠薇,等.管線(xiàn)鋼應(yīng)力腐蝕影響因素的研究進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2009,21(1):62-65.

[5]李明星,閆鳳霞,路民旭,等.X70管線(xiàn)鋼在模擬土壤介質(zhì)中的裂紋擴(kuò)展行為研究[J].機(jī)械強(qiáng)度,2004,26(3):313-316.

[6]陳靜,賀三,袁宗明,等.管線(xiàn)鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2009(1)：45-46.

[7]肖軍.X80鋼在庫(kù)爾勒土壤環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕行為研究[D].撫順:遼寧石油化工大學(xué),2010.[8]張亮,李曉剛,杜翠薇.管線(xiàn)鋼應(yīng)力腐蝕機(jī)理的研究現(xiàn)狀[J].裝備環(huán)境工程,2007(6):1-6.

[9]董紹華.管道完整性評(píng)估理論及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2013.

[10]鮮寧.典型管線(xiàn)鋼應(yīng)力腐蝕行為評(píng)定及控制方法研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2007.

[11]劉仁柱,帥健,孔令圳,等.管線(xiàn)鋼高pH值應(yīng)力腐蝕裂紋研究[J].焊管,2013,36(6):21-25.

[12]楊秘,趙東勝,王聚鋒,等.X65管線(xiàn)鋼焊接接頭抗H2S應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2013,32(3):334-338.

[13]姜亮亮,鞏建鳴,耿魯陽(yáng),等.焊后熱處理對(duì)13MnNiMoR鋼焊接接頭在服役環(huán)境下SCC敏感性的影響[J].壓力容器,2012(4):1-6.

[14]董紹華.管道完整性技術(shù)與管理[M].北京:中國(guó)石化出版社,2007.

[15]邵昀啟.濕硫化氫環(huán)境中設(shè)備應(yīng)力腐蝕分析及控制[J].全面腐蝕控制,2012(9):12-14.

[16]尹成先,蘭新哲,劉偉,等.高強(qiáng)度天然氣輸送管抗氫致開(kāi)裂試驗(yàn)研究[J].石油機(jī)械,2003(S1):8-11.

[17]尹成先,蘭新哲,霍春勇,等. 影響油氣輸送管線(xiàn)抗HIC因素探討[J].焊管,2002,25(5):20-24.

Pipeline Corrosion Evaluation Technology and the Comparison of Detection Method

DONG Shao-hua, FEI Fan, AN Yu, TAO Zhi-gang

(Petrochina Beijing Gas Pipeline Co., Ltd., Beijing 100101, China)

Aiming at the problem of pipeline stress corrosion and hydrogen induced cracking, the corrosion evaluation model and its corresponding sensitivity were analyzed through the investigation of foreign pipelines. Because the applicability of existing standards and evaluation methods for weld defects is not clear, it is proposed that the need for the domestic stress corrosion cracking evaluation standard by means of case analysis is imminent. The construction and development of hydrogen pipeline causes HIC gradually expanded, which needs a system research. Combined with the Shaan-Jing gas pipeline management practice, through the comparison of the phased array and ray detection, it was found that the corrosion defect assessment mainly is performed for volume defects, while the weld assessment needs to be further studied. The comparative analysis of array and X-ray detection showed that the two methods cannot replace each other, and each of them has advantages and disadvantages. They should be combined for the detection of internal corrosion, impurities and cracks.

Hydrogen induced cracking; Corrosion evaluation; Weld detection; Array

2015-05-28

董紹華(1972-)，男，博士，教授級(jí)高工，主要從事科技管理、完整性管理及信息技術(shù)管理工作。

10.11973/wsjc201603010

TG115.28

A

1000-6656(2016)03-0034-07