采气管线安全性讲述.doc

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采气管线安全性讲述

天然气采气管线状态评估及寿命预测 淡勇 李俊菀 朱哲 (西北大学) 摘要:本文对某天然气采气厂采气管线的宏观检测、焊缝质量检测、材料理化检测及管材力学性能测试等方面的检验内容和方法给予介绍,对检查和检测的结果进行安全性分析,根据相应的规范对管线的剩余强度、允许承压极限进行了定量计算,采用基于有限元分析的优化设计方法对管线的剩余寿命进行预测,最后给出采气管线的综合评价。 关键词:天然气;管道;检测;状态评估;寿命预测;有限元;优化设计 中图分类号:TE963 文献标识码:A 文章编号: 管道输送是天然气的主要输送方式之一,根据天然气输送管道的分类,组成和特点知,天然气采气管线输送的介质为未经净化的原料气,其工作压力高,硫、水、二氧化碳等杂质的含量较高,腐蚀性大。对采气管线进行定期分析、检测,准确了解其运行状况,对及早采取有力防护措施、降低管线维修和更换费用、为采气管线安全运行管理措施的制定提供可靠的依据以及保障采气管线的正常、安全、最优状态下的运行有着重要的意义。本文以某天然气采气厂采气管线的状态评估为例,通过采气管线的宏观检查、腐蚀机理分析、材料理化检测、材料力学性能测试等方面介绍输气管道全面检测的内容和方法;通过对采气管线剩余强度、允许承压极限以及剩余寿命的定量计算等方面介绍输气管道的安全性评估的内容和方法,以便为油气输送管线及化工生产中的压力管道的检测和安全性分析提供参考。 1.采气管线运行状态 在数千口气井中,选取压力高,含硫量大,运行时间长的一单井采气管线,进行检测,该管线长4.91千米长,于2002年11月12日投入使用,至今已安全运行6年多了,其用材规格和运行参数见表1。 表1 受检管线规格及运行参数 管线规格 Φmmxmm 工作压力 Mpa H2S含量 mg/m2 产水矿化度 mg/L 气水比 m3/m3 CO2含量 % Φ89x10 14.6 6158.8 32619.49 17914 5.077 2.管段检测 2.1宏观检测 根据使用单位多年的经验和对受检管线的综合分析,在4.91千米长的受检管线上选取两段具有代表性管段进行开挖,截取检测。截取的受检管段一节是带有焊缝的直管段。一节是带有焊缝的弯管段。 2.1.1外表面检测 对于选定的受检管段区,通过开挖检查可见,为防止管道外壁的腐蚀,在原施工时在管道外壁喷涂有加强级环氧粉末涂料进行保护,在焊缝处及两侧50mm左右范围内用胶粘剂粘贴着橡胶进行保护。通过宏观检查可见,管道外壁的绝缘保护层有损伤脱落、老化、鼓泡现象,在损伤部位有明显的锈蚀,见图1。 (a)直管段 (b)弯管段 图1 管线外表面损伤情况 2.1.2内表面检查 为了检查管道内表面的损伤情况,将截取的两节管段进行剖分。宏观检查发现,管道内表面不同程度地附着着有黑色和黑褐色的腐蚀产物,清除腐蚀产物后,没有发现明显的腐蚀,借助放大镜观察尽在局部范围内可见一些小麻点状的蚀坑。另外介质对直管段的冲刷现象也不明显,只在弯管段可见冲刷痕迹。管道内壁腐蚀、冲刷形貌见图2。 (a)直管段 (b)弯管段 图2 管道内壁损伤情况 2.2焊接质量检测 通过宏观和X-射线检测方法(RT),对受检管段的焊缝质量进行检测,检测结果表明: 直管段焊缝内壁存在未焊透缺陷,弯管段存在不同程度的气孔和夹渣,见图4。根据JB/T4730-2005《承压设备无损检测》对焊缝缺陷进行评级,其检测和评级结果见表3。 表3 焊缝质量检测结果 受检管段 夹渣、气孔 咬边 未焊透 错边 评级 直管段 气孔 无 L=32mm ,d=2mm 无 П级 弯管段 气孔、夹渣 无 无 无 Ш级 2.3理化检测 2.3.1化学成分 管线取样经化学成分分析,其结果见表4。 表4 管线化学成分分析结果(w,%) 材料及标准 C Mn Si S P Cr Cu Mg V 受检段母材 0.23 0.55 0.25 0.028 0.023 0.0065 0.13 0.01 0.01 GB3087-1999 0.17-0.23 0.35-0.65 0.17-0.37 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.25 0.25 - - 由表3可见,管线取样段的化学成分符合GB3087-1999中对20#钢管的化学成分要求。 2.3.2金相组织分析 在受检直管段的母材区、焊缝热影响区及焊缝区分别取样,以4%的硝酸酒精为浸蚀剂,在500x的NEPHOT21金相显微镜下,观察试样的金相组织,其结果见图4。 (a) 母材

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