4 管道應(yīng)力腐蝕開裂事故和研究狀況
? ??發(fā)生在埋地鋼質(zhì)管道上的多起應(yīng)力腐蝕破壞事故已引起廣泛關(guān)注。1965年3月，在美國路易斯安那州Natchitoches鎮(zhèn)附近發(fā)生了有記錄的世界首例高壓天然氣管道應(yīng)力腐蝕開裂的嚴(yán)重事故[3]。1965年一1969年，在美國又發(fā)生了11起天然氣管道的 SCC事故，對一些重要管道進行水壓試驗和無損檢測，又發(fā)現(xiàn)了145處存在著SCC破壞。1965年一1985年，美國共有約250條管道發(fā)生沿晶型SCC事故[4]。在澳大利亞的一些延伸范圍不太大且服役期較短的天然氣管道上也發(fā)生了SCC事故。在伊朗、前蘇聯(lián)、巴基斯坦等國家的天然氣管道也遭遇到 SCC破壞。對這些SCC事故開展的大量研究表明，這是高壓天然氣管線鋼在濃的NaHCO3一Na2CO3溶液中發(fā)生的高pH值沿晶型應(yīng)力腐蝕開裂(IGSCC)，溶液pH值一般為9～11，也常稱為經(jīng)典型SCC。在過去的逾30a里，許多國家的研究者在實驗室中對管線鋼高pH值情況下的SCC問題展開了廣泛的研究。
? ??1985年3月一1986年3月，在加拿大Transcanada公司發(fā)生了3起導(dǎo)致天然氣管道輸氣中斷的重大事故，被確認(rèn)為SCC破壞。1977年一1996年，在加拿大發(fā)生了22起埋地管道的SCC破壞事故，其中12起斷管，10起泄漏。加拿大發(fā)生的這些管道SCC事故不同于早先許多國家管道上發(fā)生的高pH值沿晶型應(yīng)力腐蝕開裂，而是一種低pH值或稱近中性低pH值的穿晶型應(yīng)力腐蝕開裂(TGSCC)，它是高壓天然氣管線鋼在稀的H2CO3- HC03-溶液(pH值為5.5～7.5)中發(fā)生的SCC破壞。
??? 在我國，統(tǒng)計資料表明，截至1993年底，四川石油管理局輸氣公司的輸氣干線共發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂事故78起，其中川東公司的輸氣干線共發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂事故28起，僅1979年8月一1987年3月間就發(fā)生12起由硫化物應(yīng)力腐蝕開裂導(dǎo)致的爆管事故。
??? 由于SCC破壞事故的嚴(yán)重性，加拿大國家能源局在1993年組織了共有47個單位參加的書面聽證會，提出了一系列控制SCC破壞和保障管道運行安全的建議，此后在對埋地管道的SCC的管理和研究方面取得了許多重要進展。然而，在1995年2月和7月，加拿大Transcanada公司的高壓天然氣管道又接連發(fā)生了兩起重大事故，前一起引起大火，后一起發(fā)生大爆炸。據(jù)查，這兩起事故都是由于SCC破壞導(dǎo)致管道斷裂。鑒于SCC事故存在可能在更廣泛范圍內(nèi)發(fā)生的跡象以及對SCC深入研究的需要，促使加拿大國家能源局于1995年8月又開始了第二次公開聽證活動，于1996年11月發(fā)布了著名的調(diào)研報告《加拿大油氣管道的應(yīng)力腐蝕開裂》［1］，提供了有關(guān)加拿大油氣管道SCC情況的科學(xué)數(shù)據(jù)，引起了國際上的廣泛關(guān)注。
?? ?該報告對埋地管線鋼的SCC特征及發(fā)展的描述是：小裂紋從管道外壁萌生，開始時肉眼不可見，通常是成群出現(xiàn)，所有裂紋位于同一方向；歷經(jīng)多年擴展，這些獨立的裂紋可變長、變深，且同一群組中的裂紋可連接成大裂紋。由于初期SCC發(fā)展很慢，故裂紋可在管道上存在多年而不引發(fā)問題，一旦裂紋擴展到足夠大，最終將導(dǎo)致管道斷裂，發(fā)生泄漏。
??? 報告指出，繼續(xù)進行管線鋼SCC的研究十分重要，因為有關(guān)SCC萌生和擴展的基本問題尚未得到解決，需要繼續(xù)開發(fā)有效的減緩SCC的措施，特別是SCC在線檢測工具的改進將大大提高檢測和控制SCC的能力。報告指出了需要進一步深入研究的3個領(lǐng)域：
? ??①環(huán)境方面
? ??a．含氧土壤條件與發(fā)生近中性低pH值SCC之間的關(guān)系。
??? b．在剝離的起翹涂層下，施加陰極電流以防止形成近中性低pH值SCC的方法。
??? c．施加陰極保護電流通過高電阻率土壤到達管道表面的替代方法。
??? d．由硫酸鹽還原菌產(chǎn)生的硫化物的作用。
??? ②材料方面
??? a．高強鋼對SCC和氫脆的敏感性以及高強鋼對SCC及其他缺陷的容許限度。
??? b．在近中性低pH值環(huán)境中，粗晶粒熱影響區(qū)對SCC的敏感性。
? ??c．循環(huán)軟化對控制管子表面塑性變形的作用，以及通過水壓再測試工序改變鋼的循環(huán)軟化特征的可行性。
??? d．SCC發(fā)生率與非金屬夾雜物的數(shù)量和大小之間的關(guān)系。
??? e．管子表面狀態(tài)與SCC萌生閾值應(yīng)力水平之間的關(guān)系。
? ??③應(yīng)力方面
? ??a．在實際工作應(yīng)力水平下，應(yīng)力大小、應(yīng)力波動和應(yīng)變速率對SCC萌生和擴展的單獨的或聯(lián)合的影響。
??? b．控制氣液管道SCC的最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值。
??? c．裂紋聚合在裂紋擴展中的作用。
d．殘余應(yīng)力在SCC萌生和擴展過程中的作用以及降低管道殘余應(yīng)力的可能途徑。
5埋地管道應(yīng)力腐蝕開裂的預(yù)防措施
??? ①建立管道壽命預(yù)測和SCC控制方法
??? 我國對埋地管道在近中性低pH值環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕開裂研究和工程實踐比較少，但這并不意味著它在我國就不存在。在一項由葡萄牙、中國和巴西等共同參加的歐洲尤里卡項目中，曾研制了一套石化系統(tǒng)應(yīng)力腐蝕開裂的專家系統(tǒng)，取得了一定進展。我國應(yīng)該盡早建設(shè)結(jié)合我國國情的埋地管道應(yīng)力腐蝕開裂專家系統(tǒng)，建立埋地管道壽命預(yù)測和SCC控制方法，對埋地管道引發(fā)SCC的可能性進行評估，開展應(yīng)力腐蝕開裂傾向的預(yù)測，保障埋地管道的安全服役。
??? ②發(fā)展管道內(nèi)壁的在線檢測技術(shù)
??? 現(xiàn)在我國對埋地管道的檢測多采用傳統(tǒng)的管道外檢測技術(shù)，都屬于間接檢測管道腐蝕的方法，一般是檢測管道外壁的腐蝕狀況。在國外有一些使用較為廣泛的管道內(nèi)腐蝕檢測方法，例如漏磁腐蝕檢測和超聲波檢測法，以及采用微機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的SCADA技術(shù)對管道的運行情況進行實時監(jiān)測，并以數(shù)據(jù)及圖形方式再現(xiàn)埋地管道的詳盡情況，為管道管理者提供決策參考。
? ??③采用性能優(yōu)良的防腐層
? ??對埋地管道選擇防腐層時，應(yīng)考慮防腐層對SCC的影響。在新管道上阻抑SCC發(fā)生較為有效的措施是使用性能優(yōu)良的防腐層以及同時對管道施加陰極保護。加拿大能源管道協(xié)會確定了對防腐層預(yù)防SCC的3項要求：能阻止形成致裂環(huán)境，防止電解質(zhì)溶液與管道鋼材表面的接觸；防腐層脫落或破損時能允許陰極保護電流通過；防腐層施工時通過改變管道表面狀態(tài)來降低殘余應(yīng)力。
??? ④重視H2S對埋地管道SCC的影響
??? 歐洲腐蝕理事會(EFC)經(jīng)過多年論證，近年來推出了在H2S環(huán)境工況條件下埋地管道選材的系列指南，其中對碳鋼和低合金鋼選材發(fā)表了專題報告，給出了明確的防止H2S應(yīng)力腐蝕失效的選材標(biāo)準(zhǔn)，這是第一次提出的國際權(quán)威準(zhǔn)則，是H2S環(huán)境工況條件下設(shè)備選材的突破?，F(xiàn)在我國已有實驗證明，EFC準(zhǔn)則對實際選材具有明顯的應(yīng)用價值[5]。同時，加強對天然氣氣質(zhì)檢測，把H2S濃度控制在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)以下，這是防止SSCC的重要措施。
? ??⑤加工及操作措施
? ??a．通過熱處理消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，如噴丸或噴砂處理使材料表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，以降低靜拉伸應(yīng)力的作用。
??? b．酸洗設(shè)備表面，以獲得最佳的表面狀態(tài)。
??? c．控制焊縫的化學(xué)成分，避免焊縫合金成分超標(biāo)，把焊縫的強度保持在可接受水平上。
??? d．借鑒美國腐蝕工程師協(xié)會NACE的有關(guān)規(guī)范，控制介質(zhì)流速，以免發(fā)生嚴(yán)重的沖刷腐蝕。
? ??e．加強腐蝕監(jiān)測。
參考文獻：
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