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埋地钢质管道应力腐蚀开裂及其预防
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摘要:阐述了埋地钢质管道应力腐蚀开裂的影响因素和类型,总结了国内外典型的管道应力腐蚀开裂事故和研究状况,提出了预防措施。
关键词:应力腐蚀开裂;埋地钢质管道;腐蚀环境;应力
StressCorrosionCrackingofBuriedSteelPipeline
andItsPrevention
CHELi-xin,DUANChang-gui
(HaerbinInstituteofTechnology,Haerbin150090,China)
Abstract:Theinfluencingfactorsandtypesofstresscorrosioncracking(SCC)ofburiedsteelpipelinearedescribed,thedomesticandforeigntypicalaccidentsandtheresearchstatusofSCConpipelinearesummarized,andtheprecautionmeasuresareputforward.
Keywords:stresscorrosioncracking;buriedsteelpipeline;corrosionenvironment;stress
1概述
???目前,我国现有油气长输管道超过3×104km,其中60%已进入事故多发期。城市燃气管网建设和更新改造也在快速发展。由腐蚀、开裂和机械损伤等造成的事故十分频繁,预防埋地管道产生腐蚀破坏,保障管道的长期安全运行,成为备受关注的重要问题。
???据有关国家调查统计,每年因腐蚀造成的直接经济损失占当年本国国民经济生产总值的1.5%~4.2%。因此,对埋地管道的腐蚀已开展了多年的研究,取得了许多有意义的成果。但由于管道的土壤环境的变化、工况条件的变化、管道制作及腐蚀控制措施的不同,存在的腐蚀类型也发生了变化。例如,近年来频繁出现了应力腐蚀事故,对应力腐蚀开裂的研究逐渐增多。据加拿大11家公司对1985年一1995年间油气管道事故的统计,应力腐蚀开裂占破坏事故总数的17%;日本三菱化工机械公司对10a中破坏事故的调查统计结果表明,应力腐蚀开裂事故占45.6%。
???经验表明,应力腐蚀开裂是埋地管道发生突发性破坏事故的主要危险之一。从腐蚀的类型看,点腐蚀和缝隙腐蚀造成的危害性相对较小,易于控制,而应力腐蚀开裂事故往往是在没有明显预兆的情况下,突然发生管道的灾难性破坏,其后果极其严重。因此,必须高度重视埋地管道的应力腐蚀开裂,通过研究提出相应的预防措施,将其造成的损失降到最低限度。
2应力腐蚀开裂的影响因素
???应力腐蚀开裂(StressCorrosionCracking,简称SCC)是指受拉伸应力作用的金属材料在某些特定的介质中,由于腐蚀介质与应力的协同作用而发生的脆性断裂现象。埋地钢质管道运行中引发应力腐蚀开裂必须同时具备3个条件,即应力、特定的腐蚀环境和敏感的管道材料。
???①应力
???应力的主要作用是使金属发生应变,产生滑移,促进SCC裂纹形成、扩展和断裂。对于管线钢,应力可以来源于管道工作压力,也可以是腐蚀产物膜产生的体积应力或材料制造过程中的残余应力。管道承受的应力按方向分为轴向应力和径向应力,SCC裂纹在径向应力的作用下沿轴向萌生和扩展,而在轴向应力的作用下沿径向扩展。发生应力腐蚀的应力存在一个临界值,不仅应力的大小,而且应力的波动也是影响SCC的力学因素。管道应力波动主要来源于管道工作压力的循环波动。由于管道运输向着大口径、高输送压力方向发展,因而工作压力的影响不可忽视,而工作压力可产生径向应力进而导致轴向SCC的产生。
???②腐蚀环境
???金属管道只有在特定的腐蚀介质中才会产生应力腐蚀开裂,对油、气输送管道,内部腐蚀介质的影响因素主要为H2S,外部腐蚀介质的影响因素主要为土壤和地下水中的NO3-、OH-、CO2-3、HCO3-和Cl-等。另外,阴极保护电位和环境pH值对管线钢的SCC也有重要影响。
???③管道材料
???金属材料的敏感性与钢材种类、钢材的等级、制造工艺、表面状态有关。
管道发生应力腐蚀开裂是腐蚀和应力两种因素通过相互协同作用而促进发生的,这两种因素的联合作用所引起的破坏远远大于单一因素分别作用后再叠加起来的结果。产生SCC的应力不一定很大,远低于管线钢的屈服极限,若没有腐蚀介质存在,管道可以长期服役而不会发生任何腐蚀破坏;反之亦然,产生SCC的特定介质的腐蚀性往往也是轻微的,
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