舊標(biāo)制造的L485M鋼管用于高壓燃?xì)夤艿赖目尚行苑治?/h1>
2022-08-01 01:11:12曾浩，張勇
廣州化工 2022年13期 關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)分析
曾 浩，張 勇
(海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗(yàn)所，海南 ?？?570203)
由于新的制管標(biāo)準(zhǔn)的GB/T9711-2017的頒布[1]，按照舊的標(biāo)準(zhǔn)制造的L485M管道將不能再用于壓力管道，這對(duì)于資源來(lái)說(shuō)是極大的浪費(fèi)，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)更是增加了很大的負(fù)擔(dān)，因?yàn)橐桓?guī)格為D610 mm×11 mm的L485M螺旋縫埋弧焊鋼管的造價(jià)高達(dá)18000元，如果企業(yè)原先采購(gòu)了上千根，那么將會(huì)有上千萬(wàn)的財(cái)產(chǎn)損失。本論文通過(guò)對(duì)某管道輸氣公司一批2003年生產(chǎn)并存放8年的D610 mm×11 mm的L485M螺旋縫埋弧焊鋼管進(jìn)行分析研究(力學(xué)性能、金相分析、鐵銹SEM分析、拉曼光譜分析、設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算等)，以及新舊標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比，分析該批管道是否能夠應(yīng)用于高壓燃?xì)夤艿繹《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50028-2006)第6.1.6條規(guī)定，設(shè)計(jì)壓力P大于2.5 MPa、小于等于4.0Mpa的燃?xì)夤艿缹儆诟邏喝細(xì)夤艿繹2]，以解決企業(yè)難題，節(jié)省資源。
1 鋼管概況
從該批鋼管中抽取了2根腐蝕比較嚴(yán)重的鋼管進(jìn)行分析研究，鋼管照片見(jiàn)圖1。從圖1可知，鋼管兩端約約 50 cm 左右腐蝕均較管道內(nèi)部嚴(yán)重，主要以點(diǎn)腐蝕為主，兩端腐蝕均呈現(xiàn)嚴(yán)重的點(diǎn)腐蝕及層狀腐蝕脫落，鋼管底部易集雨部分腐蝕比不集雨部分腐蝕要嚴(yán)重一些。
圖1 鋼管照片
2 力學(xué)性能分析
每根鋼管抽取了2個(gè)試件進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，采用的試驗(yàn)方法為《鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》(ASTM A370-20)[3]，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中看出 2根鋼管4個(gè)試件的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、伸長(zhǎng)率和導(dǎo)向彎曲結(jié)果均滿(mǎn)足GB/T 9711-2017的要求。
表1 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果
3 金相分析
對(duì)1#管和2#管進(jìn)行了金相分析，檢驗(yàn)方法為《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》(GB/T 13298-2015)[4]，侵蝕劑為4%硝酸酒精，金相組織見(jiàn)圖2。從圖2中可看出，其金相組織為鐵素體+珠光體，未發(fā)生材質(zhì)劣化。
圖2 1#、2#鋼管的金相組織
4 鐵銹樣品SEM分析
對(duì)1#、2#鋼管的鐵銹樣品均進(jìn)行了 SEM 分析，分別放大 5000、10000 和20000 倍觀(guān)察鐵銹表面形貌，見(jiàn)圖3和圖4。
圖3 1#鋼管鐵銹SEM圖片
圖4 2#鋼管鐵銹SEM圖片
1#鐵銹樣品表面形貌從 SEM 放大 5000 倍的圖片看，鐵銹表面有很多細(xì)小孔洞，SEM 放大 20000 倍的圖片中，鐵銹表面密集分布著許多菱形片狀鐵銹，1#鐵銹樣其主要成分為 α-Fe2O3。
2#鐵銹樣品表面形貌從 SEM 放大 5000 倍的圖片看，鐵銹表面有很多細(xì)小孔洞，SEM 放大 10000和20000倍的圖片中，鐵銹表面分布少量菱形片狀鐵銹和少量針狀鐵銹，2#鐵銹其主要成分為 α-Fe2O3和 α-FeOOH。
5 拉曼光譜分析
對(duì)鐵銹進(jìn)行了拉曼光譜分析，分析結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。
圖5 1#鋼管鐵銹拉曼光譜圖
圖6 2#鋼管鐵銹拉曼光譜圖
鐵銹相關(guān)組分晶體結(jié)構(gòu)和拉曼光譜峰位置詳見(jiàn)表2。
表2 拉曼光譜峰位對(duì)照表
1#鋼管鐵銹樣品和2#鋼管的鐵銹樣品的拉曼光譜基本一致，拉曼光譜中含有α-Fe2O3的255、295 cm-1兩個(gè)明顯的特征強(qiáng)峰；拉曼光譜在397 cm-1有明顯出峰，該峰與標(biāo)準(zhǔn)羥基氧化鐵α-FeOOH的特征強(qiáng)峰(397 cm-1)十分吻合，特征強(qiáng)峰的出現(xiàn)，標(biāo)志著羥基氧化鐵α-FeOOH的存在，該特征峰屬于α-FeOOH中O-H彎曲振動(dòng)特征峰；拉曼光譜在680 cm-1有明顯出峰，該峰與標(biāo)準(zhǔn)Fe3O4的特征強(qiáng)峰(680 cm-1)十分吻合；拉曼光譜在1307 cm-1有明顯吸收峰，與γ-FeOOH特征峰對(duì)應(yīng)。因此，1#鋼管和2#鋼管的鐵銹主要由α-Fe2O3、α-FeOOH、Fe3O4和γ-FeOOH 組成。
6 設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算
按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028-2006)6.4.6規(guī)定[2]，直管段管壁厚度按下式計(jì)算：
式中：δ——鋼管計(jì)算壁厚，mm
P——設(shè)計(jì)壓力，MPa
D——鋼管外徑，mm
σs——鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度，MPa
φ——焊縫系數(shù)，一般取 1.0
F——強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，按四級(jí)地區(qū)取值，0.3
當(dāng)設(shè)計(jì)壓力為4 MPa時(shí)，計(jì)算結(jié)果如下：
對(duì)1#和2#鋼管進(jìn)行超聲波測(cè)厚，實(shí)測(cè)最小壁厚分別為10.2 mm、10.4 mm，因此，該批管道滿(mǎn)足設(shè)計(jì)壓力為4 MPa 的壁厚要求。
7 新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比
經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn) GB/T9711-2011與GB/T9711.2-1999在編制過(guò)程中[5]，技術(shù)委員會(huì)認(rèn)為管線(xiàn)鋼管存在兩個(gè)基本水平的技術(shù)要求，設(shè)立兩個(gè)產(chǎn)品規(guī)范水平的技術(shù)要求(PSL1和PSL2)。PSL1提供了一般的管線(xiàn)鋼管質(zhì)量水平。PSL2提供了包括增加了化學(xué)成分、缺口韌性、強(qiáng)度性能和補(bǔ)充N(xiāo)DE的強(qiáng)制要求。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)僅適用于PSL1鋼管或僅適用于PSL2鋼管的要求做了標(biāo)記，并增加訂貨合同附錄，僅當(dāng)訂貨合同規(guī)定了這些附錄的要求時(shí)，這些附錄才適用。
經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)GB/T9711-2017與GB/T9711-2011標(biāo)準(zhǔn)依舊保持兩個(gè)基本技術(shù)要求水平的管線(xiàn)鋼管，表示為兩個(gè)產(chǎn)品規(guī)范水平(PSL1和 PSL2)。PSL1提供標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量水平的管線(xiàn)鋼管。PSL2增加了包括化學(xué)成分、缺口韌性、強(qiáng)度性能和補(bǔ)充無(wú)損檢測(cè)(NDT)的強(qiáng)制性要求。對(duì)僅適于 PSL1鋼管或僅適于 PSL2鋼管的要求在表述時(shí)作了特別區(qū)分。如果沒(méi)有具體指出某要求適用于何種 PSL水平的鋼管，則該要求對(duì) PSL1和 PSL2鋼管同樣適用。在石油和天然氣工業(yè)實(shí)際工作中，經(jīng)常對(duì)應(yīng)用于特殊環(huán)境的鋼管增加補(bǔ)充要求。為了適應(yīng)這種需要，標(biāo)準(zhǔn)提供了特殊補(bǔ)充要求，供購(gòu)方選擇。
綜上對(duì)比可知，該鋼管標(biāo)準(zhǔn)的更新，除了一些技術(shù)術(shù)語(yǔ)、編號(hào)、引用文件、生產(chǎn)文件和細(xì)微的技術(shù)規(guī)定調(diào)整之外，更加強(qiáng)調(diào)了采購(gòu)和交貨技術(shù)條件的明確，不存在鋼管生產(chǎn)、制造的重大技術(shù)變更。
8 結(jié) 論
經(jīng)過(guò)在鋼管存放現(xiàn)場(chǎng)截取 2根鋼管樣品和 2個(gè)鐵銹樣品，通過(guò)力學(xué)試驗(yàn)、金相分析、SEM、拉曼光譜分析以及設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算，得出如下結(jié)論：
(1)2根樣品鋼管的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、伸長(zhǎng)率和導(dǎo)向彎曲結(jié)果等均滿(mǎn)足GB/T9711-2017的技術(shù)要求，從金相組織看，材質(zhì)未發(fā)生劣化，滿(mǎn)足使用要求。
(2)鐵銹樣品 SEM 主要成分為α-Fe2O3、α-FeOOH、Fe3O4和γ-FeOOH，鐵銹表面形貌多為菱形片狀鐵銹和少量針狀鐵銹，拉曼光譜分析與 SEM 分析結(jié)果有較好的一致性，說(shuō)明鋼管腐蝕主要是先形成菱形片狀鐵銹，再進(jìn)一步形成針狀鐵銹。
(3)2根樣品鋼管剩余壁厚分別為10.2 mm、10.4 mm，按照GB/T 9711-2017普通規(guī)格鋼管壁厚要求為 559 mm<外徑D≤711 mm，7.1<壁厚t≤45 mm，2根鋼管樣品的壁厚均大于 7.1 mm，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa時(shí)，計(jì)算壁厚為8.39 mm，剩余壁厚滿(mǎn)足使用要求。
(4)對(duì)比GB/T9711-1997和GB/T9711-2017兩本新舊標(biāo)準(zhǔn)，除了一些技術(shù)術(shù)語(yǔ)、編號(hào)、引用文件、生產(chǎn)文件和細(xì)微的技術(shù)規(guī)定調(diào)整之外，更加強(qiáng)調(diào)了采購(gòu)和交貨技術(shù)條件的明確，不存在鋼管生產(chǎn)、制造的重大技術(shù)變更。
綜合以上試驗(yàn)和分析，該批舊標(biāo)制造的鋼管用于高壓燃?xì)夤艿朗强尚械摹?/p>
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曾 浩，張 勇
(海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗(yàn)所，海南 ?？?570203)
由于新的制管標(biāo)準(zhǔn)的GB/T9711-2017的頒布[1]，按照舊的標(biāo)準(zhǔn)制造的L485M管道將不能再用于壓力管道，這對(duì)于資源來(lái)說(shuō)是極大的浪費(fèi)，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)更是增加了很大的負(fù)擔(dān)，因?yàn)橐桓?guī)格為D610 mm×11 mm的L485M螺旋縫埋弧焊鋼管的造價(jià)高達(dá)18000元，如果企業(yè)原先采購(gòu)了上千根，那么將會(huì)有上千萬(wàn)的財(cái)產(chǎn)損失。本論文通過(guò)對(duì)某管道輸氣公司一批2003年生產(chǎn)并存放8年的D610 mm×11 mm的L485M螺旋縫埋弧焊鋼管進(jìn)行分析研究(力學(xué)性能、金相分析、鐵銹SEM分析、拉曼光譜分析、設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算等)，以及新舊標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比，分析該批管道是否能夠應(yīng)用于高壓燃?xì)夤艿繹《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50028-2006)第6.1.6條規(guī)定，設(shè)計(jì)壓力P大于2.5 MPa、小于等于4.0Mpa的燃?xì)夤艿缹儆诟邏喝細(xì)夤艿繹2]，以解決企業(yè)難題，節(jié)省資源。
1 鋼管概況
從該批鋼管中抽取了2根腐蝕比較嚴(yán)重的鋼管進(jìn)行分析研究，鋼管照片見(jiàn)圖1。從圖1可知，鋼管兩端約約 50 cm 左右腐蝕均較管道內(nèi)部嚴(yán)重，主要以點(diǎn)腐蝕為主，兩端腐蝕均呈現(xiàn)嚴(yán)重的點(diǎn)腐蝕及層狀腐蝕脫落，鋼管底部易集雨部分腐蝕比不集雨部分腐蝕要嚴(yán)重一些。
圖1 鋼管照片
2 力學(xué)性能分析
每根鋼管抽取了2個(gè)試件進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，采用的試驗(yàn)方法為《鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》(ASTM A370-20)[3]，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中看出 2根鋼管4個(gè)試件的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、伸長(zhǎng)率和導(dǎo)向彎曲結(jié)果均滿(mǎn)足GB/T 9711-2017的要求。
表1 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果
3 金相分析
對(duì)1#管和2#管進(jìn)行了金相分析，檢驗(yàn)方法為《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》(GB/T 13298-2015)[4]，侵蝕劑為4%硝酸酒精，金相組織見(jiàn)圖2。從圖2中可看出，其金相組織為鐵素體+珠光體，未發(fā)生材質(zhì)劣化。
圖2 1#、2#鋼管的金相組織
4 鐵銹樣品SEM分析
對(duì)1#、2#鋼管的鐵銹樣品均進(jìn)行了 SEM 分析，分別放大 5000、10000 和20000 倍觀(guān)察鐵銹表面形貌，見(jiàn)圖3和圖4。
圖3 1#鋼管鐵銹SEM圖片
圖4 2#鋼管鐵銹SEM圖片
1#鐵銹樣品表面形貌從 SEM 放大 5000 倍的圖片看，鐵銹表面有很多細(xì)小孔洞，SEM 放大 20000 倍的圖片中，鐵銹表面密集分布著許多菱形片狀鐵銹，1#鐵銹樣其主要成分為 α-Fe2O3。
2#鐵銹樣品表面形貌從 SEM 放大 5000 倍的圖片看，鐵銹表面有很多細(xì)小孔洞，SEM 放大 10000和20000倍的圖片中，鐵銹表面分布少量菱形片狀鐵銹和少量針狀鐵銹，2#鐵銹其主要成分為 α-Fe2O3和 α-FeOOH。
5 拉曼光譜分析
對(duì)鐵銹進(jìn)行了拉曼光譜分析，分析結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。
圖5 1#鋼管鐵銹拉曼光譜圖
圖6 2#鋼管鐵銹拉曼光譜圖
鐵銹相關(guān)組分晶體結(jié)構(gòu)和拉曼光譜峰位置詳見(jiàn)表2。
表2 拉曼光譜峰位對(duì)照表
1#鋼管鐵銹樣品和2#鋼管的鐵銹樣品的拉曼光譜基本一致，拉曼光譜中含有α-Fe2O3的255、295 cm-1兩個(gè)明顯的特征強(qiáng)峰；拉曼光譜在397 cm-1有明顯出峰，該峰與標(biāo)準(zhǔn)羥基氧化鐵α-FeOOH的特征強(qiáng)峰(397 cm-1)十分吻合，特征強(qiáng)峰的出現(xiàn)，標(biāo)志著羥基氧化鐵α-FeOOH的存在，該特征峰屬于α-FeOOH中O-H彎曲振動(dòng)特征峰；拉曼光譜在680 cm-1有明顯出峰，該峰與標(biāo)準(zhǔn)Fe3O4的特征強(qiáng)峰(680 cm-1)十分吻合；拉曼光譜在1307 cm-1有明顯吸收峰，與γ-FeOOH特征峰對(duì)應(yīng)。因此，1#鋼管和2#鋼管的鐵銹主要由α-Fe2O3、α-FeOOH、Fe3O4和γ-FeOOH 組成。
6 設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算
按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028-2006)6.4.6規(guī)定[2]，直管段管壁厚度按下式計(jì)算：
式中：δ——鋼管計(jì)算壁厚，mm
P——設(shè)計(jì)壓力，MPa
D——鋼管外徑，mm
σs——鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度，MPa
φ——焊縫系數(shù)，一般取 1.0
F——強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，按四級(jí)地區(qū)取值，0.3
當(dāng)設(shè)計(jì)壓力為4 MPa時(shí)，計(jì)算結(jié)果如下：
對(duì)1#和2#鋼管進(jìn)行超聲波測(cè)厚，實(shí)測(cè)最小壁厚分別為10.2 mm、10.4 mm，因此，該批管道滿(mǎn)足設(shè)計(jì)壓力為4 MPa 的壁厚要求。
7 新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比
經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn) GB/T9711-2011與GB/T9711.2-1999在編制過(guò)程中[5]，技術(shù)委員會(huì)認(rèn)為管線(xiàn)鋼管存在兩個(gè)基本水平的技術(shù)要求，設(shè)立兩個(gè)產(chǎn)品規(guī)范水平的技術(shù)要求(PSL1和PSL2)。PSL1提供了一般的管線(xiàn)鋼管質(zhì)量水平。PSL2提供了包括增加了化學(xué)成分、缺口韌性、強(qiáng)度性能和補(bǔ)充N(xiāo)DE的強(qiáng)制要求。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)僅適用于PSL1鋼管或僅適用于PSL2鋼管的要求做了標(biāo)記，并增加訂貨合同附錄，僅當(dāng)訂貨合同規(guī)定了這些附錄的要求時(shí)，這些附錄才適用。
經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)GB/T9711-2017與GB/T9711-2011標(biāo)準(zhǔn)依舊保持兩個(gè)基本技術(shù)要求水平的管線(xiàn)鋼管，表示為兩個(gè)產(chǎn)品規(guī)范水平(PSL1和 PSL2)。PSL1提供標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量水平的管線(xiàn)鋼管。PSL2增加了包括化學(xué)成分、缺口韌性、強(qiáng)度性能和補(bǔ)充無(wú)損檢測(cè)(NDT)的強(qiáng)制性要求。對(duì)僅適于 PSL1鋼管或僅適于 PSL2鋼管的要求在表述時(shí)作了特別區(qū)分。如果沒(méi)有具體指出某要求適用于何種 PSL水平的鋼管，則該要求對(duì) PSL1和 PSL2鋼管同樣適用。在石油和天然氣工業(yè)實(shí)際工作中，經(jīng)常對(duì)應(yīng)用于特殊環(huán)境的鋼管增加補(bǔ)充要求。為了適應(yīng)這種需要，標(biāo)準(zhǔn)提供了特殊補(bǔ)充要求，供購(gòu)方選擇。
綜上對(duì)比可知，該鋼管標(biāo)準(zhǔn)的更新，除了一些技術(shù)術(shù)語(yǔ)、編號(hào)、引用文件、生產(chǎn)文件和細(xì)微的技術(shù)規(guī)定調(diào)整之外，更加強(qiáng)調(diào)了采購(gòu)和交貨技術(shù)條件的明確，不存在鋼管生產(chǎn)、制造的重大技術(shù)變更。
8 結(jié) 論
經(jīng)過(guò)在鋼管存放現(xiàn)場(chǎng)截取 2根鋼管樣品和 2個(gè)鐵銹樣品，通過(guò)力學(xué)試驗(yàn)、金相分析、SEM、拉曼光譜分析以及設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算，得出如下結(jié)論：
(1)2根樣品鋼管的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、伸長(zhǎng)率和導(dǎo)向彎曲結(jié)果等均滿(mǎn)足GB/T9711-2017的技術(shù)要求，從金相組織看，材質(zhì)未發(fā)生劣化，滿(mǎn)足使用要求。
(2)鐵銹樣品 SEM 主要成分為α-Fe2O3、α-FeOOH、Fe3O4和γ-FeOOH，鐵銹表面形貌多為菱形片狀鐵銹和少量針狀鐵銹，拉曼光譜分析與 SEM 分析結(jié)果有較好的一致性，說(shuō)明鋼管腐蝕主要是先形成菱形片狀鐵銹，再進(jìn)一步形成針狀鐵銹。
(3)2根樣品鋼管剩余壁厚分別為10.2 mm、10.4 mm，按照GB/T 9711-2017普通規(guī)格鋼管壁厚要求為 559 mm<外徑D≤711 mm，7.1<壁厚t≤45 mm，2根鋼管樣品的壁厚均大于 7.1 mm，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa時(shí)，計(jì)算壁厚為8.39 mm，剩余壁厚滿(mǎn)足使用要求。
(4)對(duì)比GB/T9711-1997和GB/T9711-2017兩本新舊標(biāo)準(zhǔn)，除了一些技術(shù)術(shù)語(yǔ)、編號(hào)、引用文件、生產(chǎn)文件和細(xì)微的技術(shù)規(guī)定調(diào)整之外，更加強(qiáng)調(diào)了采購(gòu)和交貨技術(shù)條件的明確，不存在鋼管生產(chǎn)、制造的重大技術(shù)變更。
綜合以上試驗(yàn)和分析，該批舊標(biāo)制造的鋼管用于高壓燃?xì)夤艿朗强尚械摹?/p>
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