徐菁

（江蘇龍山管件有限公司，江蘇 江陰 214400）

0 前言

在燃?xì)夤艿朗褂眠^(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)彎管開裂與腐蝕開孔，使燃?xì)廨斔椭谐霈F(xiàn)泄漏，嚴(yán)重將引發(fā)惡性事故，讓管道無(wú)法正常使用。因此，為保證燃?xì)夤艿朗褂冒踩裕m當(dāng)延長(zhǎng)燃?xì)夤艿缐勖?，有必要?duì)燃?xì)夤艿冷摴芙鹣嘟M織、成型制作工藝以及防腐措施進(jìn)行分析，結(jié)合彎管開裂、腐蝕穿孔故障問題發(fā)生原因，實(shí)施有針對(duì)性的解決措施，保障燃?xì)夤艿腊踩€(wěn)定運(yùn)輸。

1 燃?xì)夤艿兰皬澒芴帣z查

1.1 斷口理化性能分析

1.1.1 化學(xué)成分

依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使用直讀光譜儀分析燃?xì)夤艿冷摴軜悠返幕瘜W(xué)成分，從而初步評(píng)定鋼管的理化性能。例如，在對(duì)材質(zhì)為Q235B的螺旋鋼管進(jìn)行化學(xué)成分分析時(shí)，依據(jù)國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，分析結(jié)果與相關(guān)要求相符，分析結(jié)果如表1所示。

表1 Q235B鋼管母材化學(xué)成分分析結(jié)果（Wt×10-2）

1.1.2 拉伸性能

由于燃?xì)夤艿肋\(yùn)行環(huán)境的特殊性，對(duì)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(yàn)機(jī)，對(duì)燃?xì)夤艿冷摴軝M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(jìn)行拉伸性能測(cè)試。拉伸性能測(cè)試結(jié)果表明，兩個(gè)鋼管試樣的拉伸性能符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步表明鋼管的拉伸性能符合燃?xì)夤艿拦に囍谱饕?。其中，鋼管母材拉伸性能試?yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 鋼管母材拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果

1.1.3 鋼管金相

利用金相顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡對(duì)燃?xì)夤艿冷摴苣覆牡慕鹣嘟M織進(jìn)行分析，并利用顯微鏡相對(duì)應(yīng)的圖像分析系統(tǒng)，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(jié)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(duì)較少，測(cè)試的晶粒度為9.0級(jí)[1]。

1.2 載荷計(jì)算

燃?xì)夤艿冷摴荛_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(dāng)鋼管由于軸向載荷較大而發(fā)生開裂，則某一方向產(chǎn)生的軸向應(yīng)力將與其他方向上的軸向應(yīng)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(guò)焊縫的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)造成脆性斷裂，引發(fā)燃?xì)庑孤?。根?jù)相關(guān)計(jì)算公式，利用鋼管局部應(yīng)力集中系數(shù)、焊縫環(huán)向整體截面積、外載荷以及溫差引起的管道軸向應(yīng)力，能夠計(jì)算出燃?xì)夤艿冷摴艿妮S向載荷，并與鋼管標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度相比，評(píng)價(jià)出Q235B材質(zhì)的鋼管是否會(huì)發(fā)生彎管開裂。

2 原因分析及防治措施

2.1 燃?xì)夤艿缽澒荛_裂原因及解決措施

2.1.1 彎管開裂原因分析

引發(fā)燃?xì)夤艿缽澒荛_裂的主要原因有：①金屬材料加熱制作中，出現(xiàn)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(zhǎng)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(tài)的變化，使鋼管的硬度與強(qiáng)度有效提升，但金屬材料的韌性顯著下降，進(jìn)而無(wú)法滿足燃?xì)夤艿乐谱鞴に噷?duì)力學(xué)性能的要求；②對(duì)于無(wú)縫的燃?xì)夤艿?，彎管?nèi)側(cè)、外側(cè)，會(huì)存有一定的殘余應(yīng)力，并伴有收縮趨勢(shì)，使得管道軸向應(yīng)力受到限制，產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力作用在彎管薄弱部分，使得軸線方向的彎管出現(xiàn)拉伸趨勢(shì)，長(zhǎng)此以往，大大提高了彎管開裂的概率[2]。當(dāng)敏感的金相組織以及彎管內(nèi)外部的殘余應(yīng)力，同時(shí)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(guò)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(duì)彎管制作工藝中變形以及有害帶狀組織的出現(xiàn)、管道內(nèi)部存在的較大殘余應(yīng)力，造成的燃?xì)夤艿缽澒荛_裂問題，一方面，應(yīng)加強(qiáng)燃?xì)夤艿缽澒艹尚凸に囍械慕鹣嘟M織控制力度，尤其是熱軋無(wú)縫鋼管，只有嚴(yán)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(xiàn)，才能降低彎管開裂的發(fā)生概率，保證燃?xì)獍踩€(wěn)定運(yùn)輸。另一方面，若燃?xì)夤艿缽澒艹尚凸に?，不可避免冷彎，則冷彎工藝應(yīng)在無(wú)縫燃?xì)夤艿冷摴苁┘油攴栏瘜又箝_展，并增加熱處理工藝來(lái)控制成型工藝中有害組織的產(chǎn)生，在鋼管散置空冷后再施加一層防腐層，以此增強(qiáng)燃?xì)夤艿缽澒艿挚估斓哪芰?。?duì)于存在焊縫的鋼管，則應(yīng)加強(qiáng)焊接過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的控制，并對(duì)周圍環(huán)境加以控制，包括地面沉降、作業(yè)施工、大型載荷攪動(dòng)等，從而避免彎管失效。此外，加強(qiáng)燃?xì)夤艿冷摴苓x材，嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，選用制作燃?xì)夤艿赖墓芗颁摬?，并加?qiáng)到場(chǎng)鋼管質(zhì)量的檢測(cè)，通過(guò)力學(xué)性能檢測(cè)以及化學(xué)分析，綜合評(píng)價(jià)彎管焊口、背弧等部位的檢查，對(duì)即將投入使用的燃?xì)夤艿溃_展氣密性試驗(yàn)以及水壓試驗(yàn)，并加強(qiáng)日后燃?xì)夤艿赖膭?dòng)態(tài)管理，以此保障燃?xì)獍踩€(wěn)定運(yùn)輸，為管道彎管開裂維修提供技術(shù)支撐。

2.2 燃?xì)夤艿栏g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(shù)燃?xì)夤艿劳度胧褂玫臅r(shí)間較長(zhǎng)，年代較為久遠(yuǎn)，最初實(shí)施的防腐措施已經(jīng)失效，加之管道管材選擇不當(dāng)，以及燃?xì)夤艿肋\(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，極大地增大腐蝕穿孔的概率，造成燃?xì)庑孤?。?duì)管道腐蝕穿孔原因進(jìn)行分析，主要包括：①燃?xì)夤艿缆裆钶^淺，并且燃?xì)夤艿乐苓叚h(huán)境十分復(fù)雜，雖然會(huì)在管道上方以及下方設(shè)置防水層，但是長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中，不可避免地受到侵蝕。若使用聚乙烯膠帶作為燃?xì)夤艿赖姆栏瘜?，長(zhǎng)期在復(fù)雜的環(huán)境中非常容易老化，使得防腐層與管道剝離；②無(wú)法及時(shí)排出的雨水，將增大燃?xì)夤艿栏g穿孔的概率，使燃?xì)夤艿劳獗谂c腐蝕介質(zhì)發(fā)生一系列的電化學(xué)反應(yīng)，若雨水通過(guò)膠帶縫隙進(jìn)入到防腐層內(nèi)層，將在封閉的環(huán)境中形成電化學(xué)環(huán)路，最終導(dǎo)致燃?xì)夤艿栏g穿孔，并且會(huì)加快腐蝕速度。因此，要想保證燃?xì)夤艿勒Ｊ褂?，必須加?qiáng)管道的防腐處理，積極運(yùn)用先進(jìn)工藝與先進(jìn)材料來(lái)增強(qiáng)防腐層、防水層的工作實(shí)效，進(jìn)而保證燃?xì)夤艿腊踩€(wěn)定運(yùn)行。

2.2.2 解決措施分析

燃?xì)夤艿栏g類型包括自然腐蝕、電偶腐蝕、雜散電流腐蝕，需要針對(duì)不同腐蝕造成管道穿孔的原因進(jìn)行分析，以此提升防腐措施的實(shí)用性。其中，管道自然腐蝕是缺少陰極保護(hù)系統(tǒng)，或是防腐層老化、地基沉降與變化、管道埋設(shè)環(huán)境復(fù)雜等，可使用高電位鎂犧牲陽(yáng)極來(lái)增強(qiáng)陰極保護(hù)系統(tǒng)的作用效果；電偶腐蝕是由于較多的地下結(jié)構(gòu)物搭接，使處于腐蝕電位的燃?xì)夤艿腊l(fā)生穿孔，需要增強(qiáng)防腐層設(shè)計(jì)與材料選擇；雜散電流腐蝕一般發(fā)生于高壓輸電線相交的燃?xì)夤艿捞帲┘拥年帢O保護(hù)系統(tǒng)沒有及時(shí)排出電流，發(fā)生腐蝕穿孔，需要優(yōu)化燃?xì)夤艿婪笤O(shè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)腐蝕程度評(píng)價(jià)以及日常檢修管理。

在防腐層科學(xué)合理選用的過(guò)程中，一定要利用防腐層將燃?xì)夤艿琅c土壤介質(zhì)相隔離，主要是在燃?xì)夤艿辣砻嫱恳粚臃栏镔|(zhì)，并對(duì)防腐措施進(jìn)行質(zhì)檢，以此保障防腐施工符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。在管理以及質(zhì)量檢測(cè)層面，一方面，加大燃?xì)夤艿辣∪觞c(diǎn)檢測(cè)力度，精準(zhǔn)定位燃?xì)夤艿赖钠茡p點(diǎn)，借助直流、交流電信號(hào)的供入，監(jiān)測(cè)燃?xì)夤艿赖碾娏?、電位以及磁?chǎng)強(qiáng)度變化情況，加強(qiáng)腐蝕穿孔問題的提前預(yù)防，并做到問題的及時(shí)解決[3]。另一方面，及時(shí)對(duì)燃?xì)夤艿赖母g程度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，利用管體數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、管道電位數(shù)據(jù)等，分析出腐蝕穿孔問題發(fā)生概率，注重燃?xì)夤艿婪栏瘜颖O(jiān)測(cè)以及保護(hù)數(shù)據(jù)的更新工作，通過(guò)動(dòng)態(tài)管理加強(qiáng)燃?xì)夤艿赖目垢g能力，最大限度降低水分、空氣、氧氣等對(duì)管道的傷害，實(shí)現(xiàn)燃?xì)膺\(yùn)輸行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益提升的目標(biāo)。

3 結(jié)論

綜上所述，彎管開裂與腐蝕穿孔是燃?xì)夤艿勒Ｊ褂弥校畛Ｒ姷墓收蠁栴}，都會(huì)造成燃?xì)庑孤?。通過(guò)分析彎管開裂、腐蝕穿孔問題的原因，必須選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鋼管與管件，加強(qiáng)燃?xì)夤艿婪栏瘜訖z測(cè)，積極運(yùn)用先進(jìn)的管道焊接工藝，并及時(shí)做好燃?xì)夤艿赖木S修與保養(yǎng)工作，降低問題發(fā)生概率，保證燃?xì)獾恼９?yīng)。