楊宏利，鄧 力，姬丙寅，徐藹彥，史交齊

（1.西安三維應(yīng)力工程技術(shù)有限公司，陜西 西安 710065；2.中石化西北油田分公司物資供應(yīng)管理中心，新疆 輪臺(tái) 841600）

在油氣輸送地面工程建設(shè)過程中，由于某些原因，所采用的鋼管在施工過程前可能存儲(chǔ)放置較長時(shí)間，在存儲(chǔ)放置過程，由于當(dāng)?shù)貧夂驐l件的原因（夏季潮濕多雨、冬季干燥等因素），導(dǎo)致鋼管內(nèi)外表面產(chǎn)生腐蝕，為此帶來鋼管再次使用時(shí)到底能不能用，是否存在安全問題，如何進(jìn)行決策等一系列問題。關(guān)于管道的適用評(píng)價(jià)論述已有較多的文獻(xiàn)及標(biāo)準(zhǔn)論述［1-9］，管道適用性評(píng)價(jià)主要包括腐蝕坑測量、剩余壁厚測量、極限失效分析、剩余壽命分析等，這些主要針對(duì)投產(chǎn)運(yùn)行后管道適用性評(píng)價(jià)，但對(duì)未投入使用的放置存儲(chǔ)的鋼管適用性評(píng)價(jià)相關(guān)文獻(xiàn)并不多，筆者以某長期存儲(chǔ)無縫鋼管為例，對(duì)該類無縫鋼管進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)，為此類工程決策提供技術(shù)依據(jù)和思路。某未使用的無縫鋼管外徑為219 mm，壁厚7.1 mm，鋼級(jí)L245，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 9711—2011《石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)用鋼管》，該無縫鋼管外表面已涂防腐層，在庫房已存放1 年以上時(shí)間，未涂防腐層的管端外表面和內(nèi)表面有腐蝕現(xiàn)象，該批無縫鋼管到底能不能用，是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)，為了確保該無縫鋼管使用安全，需對(duì)該無縫鋼管開展適用性評(píng)價(jià)。

1 取樣及評(píng)價(jià)試驗(yàn)方案

根據(jù)適用性評(píng)價(jià)的目的，重點(diǎn)關(guān)注腐蝕后的爆破壓力，爆破壓力是否還能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，材質(zhì)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，腐蝕坑深度是多少，腐蝕產(chǎn)物是什么。根據(jù)這些目的，現(xiàn)場從長期存儲(chǔ)放置的鋼管中取兩根試樣，編號(hào)為1 號(hào)和2 號(hào)，每根試樣長度為3 m。1 號(hào)試樣進(jìn)行理化檢測（化學(xué)成分、拉伸試驗(yàn)、金相分析、X 射線衍射分析），2 號(hào)試樣進(jìn)行尺寸檢測、全尺寸靜水壓試驗(yàn)（試驗(yàn)壓力9.5 MPa，保壓10 min）和全尺寸爆破試驗(yàn)。試驗(yàn)前后對(duì)試樣的外徑和壁厚等幾何尺寸進(jìn)行了測量，試樣的幾何尺寸測量位置如圖1 所示。

圖1 試樣幾何尺寸測量示意

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀形貌分析

從管體外壁宏觀形貌上看，防腐層完好，未發(fā)現(xiàn)管體變形以及防腐層脫落現(xiàn)象，如圖2 所示，僅管端未做防腐層部分有表面腐蝕痕跡，呈點(diǎn)狀顆粒狀，有輕微麻點(diǎn)痕跡；從管體內(nèi)壁看，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁附著一層浮銹，呈黃色或褐色，如圖3 所示，形狀為點(diǎn)狀顆粒狀，有輕微麻點(diǎn)痕跡，麻點(diǎn)痕跡分布比較均勻，用硬毛刷清理表面，有黃色顆粒狀物或粉狀物脫落。

圖2 長期存儲(chǔ)的無縫鋼管外壁宏觀形貌

圖3 長期存儲(chǔ)的無縫鋼管樣品內(nèi)壁宏觀形貌

2.2 幾何尺寸測量

為了準(zhǔn)確測量其幾何尺寸，在測量幾何尺寸前，把防腐層用打磨機(jī)去除打掉，試樣的幾何尺寸測量結(jié)果見表1。壁厚S 最小值為6.90 mm，最大值為7.95 mm，平均值為7.01 mm；外徑D 最小值為218.70 mm，最大值為219.90 mm，平均值為219.26 mm；幾何尺寸符合GB/T 9711—2011 標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 2 號(hào)試樣幾何尺寸測量結(jié)果 mm

2.3 理化檢驗(yàn)

（1）化學(xué)成分。從1 號(hào)試樣上截取30 mm×30 mm 塊狀樣品，按照GB/T 4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定 火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》，采用直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2，符合GB/T 9711—2011 要求。

表2 1 號(hào)試樣化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

（2）力學(xué)性能。從1 號(hào)試樣上各截取3 組縱向和橫向板狀拉伸試樣，寬度38 mm，標(biāo)距50 mm，按照GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》采用電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見表3，拉伸試驗(yàn)結(jié)果符合GB/T 9711—2011 要求。

表3 1 號(hào)管體試樣力學(xué)性能檢測結(jié)果

（3）金相分析。從1 號(hào)試樣上取20 mm×20 mm 塊狀樣品，用金相顯微鏡進(jìn)行微觀分析，沿軸向取內(nèi)壁截面，可以看到內(nèi)壁存在連續(xù)的輕微腐蝕坑，為均勻腐蝕，經(jīng)測量，腐蝕坑深度約10 μm，腐蝕坑形貌如圖4 所示。

圖4 1 號(hào)試樣內(nèi)壁腐蝕坑形貌

（4）X 射線衍射分析。取1 號(hào)試樣內(nèi)壁黃色或褐色腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X 射線粉末可衍射物相分析，分析結(jié)果顯示內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物為氧化物，以Fe2O3為主，如圖5 所示。

圖5 1 號(hào)試樣腐蝕產(chǎn)物X 射線衍射分析譜

2.4 全尺寸靜水壓試驗(yàn)

依據(jù)GB/T 9711—2011 采用水壓增壓系統(tǒng)對(duì)2號(hào)試樣進(jìn)行全尺寸靜水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為9.5 MPa，保壓10 min，未發(fā)生泄漏。

2.5 全尺寸水壓爆破試驗(yàn)

2 號(hào)試樣完成全尺寸靜水壓試驗(yàn)后進(jìn)行全尺寸水壓爆破試驗(yàn)，依據(jù)GB/T 9711—2011 及SY/T 5992—2012《輸送鋼管靜水壓爆破試驗(yàn)方法》采用水壓增壓系統(tǒng)進(jìn)行全尺寸水壓爆破試驗(yàn)，管體爆破失效最大壓力為30.6 MPa，形貌如圖6 所示。

圖6 2 號(hào)試樣全尺寸水壓爆破試驗(yàn)后的形貌

3 綜合分析與討論

3.1 宏觀和微觀形貌分析

試驗(yàn)管材的幾何尺寸符合GB/T 9711—2011 要求；管體外壁防腐層完好，未發(fā)現(xiàn)管體變形以及防腐層脫落現(xiàn)象，部分有表面腐蝕痕跡，呈點(diǎn)狀顆粒狀，有輕微麻點(diǎn)痕跡；管體內(nèi)壁附著一層浮銹，呈黃色或褐色，形狀為點(diǎn)狀顆粒狀，有輕微麻點(diǎn)痕跡，麻點(diǎn)痕跡分布比較均勻；內(nèi)壁存在連續(xù)的輕微腐蝕坑，為均勻腐蝕，經(jīng)測量腐蝕坑深度約10 μm。

3.2 材料理化性能分析

試樣化學(xué)成分、縱橫向拉伸試驗(yàn)符合GB/T 9711—2011 要求；橫向試樣屈服強(qiáng)度平均值336 MPa，縱向試樣平均值335 MPa；橫向試樣抗拉強(qiáng)度平均值475 MPa，縱向試樣平均值493 MPa；橫向試樣屈強(qiáng)比平均值0.71，縱向試樣平均值0.68；橫向試樣伸長率平均值38.0%，縱向試樣平均值45.5%。GB/T 9711—2011 中該鋼級(jí)屈服強(qiáng)度≥245 MPa，抗拉強(qiáng)度≥415 MPa，屈強(qiáng)比未規(guī)定，伸長率≥26.2%，屈強(qiáng)比較小表明該材料強(qiáng)度儲(chǔ)備較高，且縱橫向差異不大，伸長率遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 全尺寸爆破試驗(yàn)分析

試樣水壓爆破試驗(yàn)值為30.6 MPa，Φ219.0 mm×7.1 mm L245 流體輸送管管體屈服壓力按SY/T 5992—2012（公式1，計(jì)算依據(jù)名義外徑、名義壁厚和名義屈服強(qiáng)度245.0 MPa）計(jì)算值為15.9 MPa，最高壓力（公式2，計(jì)算依據(jù)名義外徑、名義壁厚和名義最小抗拉強(qiáng)度415 MPa）計(jì)算值為26.9 MPa，水壓爆破試驗(yàn)值均高于理論計(jì)算屈服壓力和最高壓力，從強(qiáng)度上講該管子滿足最高壓力要求。由于爆破口沿縱向開裂，在預(yù)測該鋼管實(shí)際爆破壓力時(shí)采用最小壁厚6.90 mm、最大外徑219.90 mm、橫向最小抗拉強(qiáng)度473 MPa，預(yù)測最高壓力為29.6 MPa，與實(shí)際爆破強(qiáng)度相差約3%，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值基本一致。

管體屈服壓力pa和管體最高壓力pb：

3.4 腐蝕分析

取內(nèi)壁黃色或褐色腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X 射線粉末可衍射物相分析，分析結(jié)果顯示內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物為氧化物，以Fe2O3為主。鋼管在空氣存儲(chǔ)過程中的腐蝕與所處的空氣環(huán)境密切相關(guān)，主要表現(xiàn)為銹蝕，在潮濕環(huán)境下，由于電化學(xué)腐蝕的作用，鐵單質(zhì)會(huì)被逐漸腐蝕、溶解。在空氣中腐蝕的主要影響因素是濕度、溫度、塵粒和鹽類。

（1）濕度的影響：鋼鐵在潮濕的空氣中，表面會(huì)形成一層薄水膜，水膜的存在，導(dǎo)致鋼鐵表面產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，而腐蝕產(chǎn)物是疏松的鐵的氧化物的水合物，它不能隔絕鋼鐵與氧和水的繼續(xù)接觸，因此在潮濕空氣中，腐蝕將不斷地繼續(xù)發(fā)展；

（2）溫度的影響：溫度與濕度相互間的作用影響鋼鐵的腐蝕速率，在高溫高濕環(huán)境下，金屬的電化學(xué)反應(yīng)加速，使鋼鐵的腐蝕加快；另外，環(huán)境溫度升高，使空氣中飽和蒸汽的含水率大大增加，一旦溫度降低，馬上形成冷凝水附著在銹蝕裂縫中或形成電解液加速電化學(xué)腐蝕或造成應(yīng)力促進(jìn)腐蝕的進(jìn)行；

（3）塵粒和鹽類的影響：如所處環(huán)境空氣中含有較多的鹽、堿類電解質(zhì)污染物，就會(huì)提高冷凝露水的導(dǎo)電率，增大鋼鐵的腐蝕速度?？傊?，電解質(zhì)加上水和氧，促進(jìn)電化學(xué)腐蝕反應(yīng)的發(fā)生［10-12］。

從現(xiàn)場了解到該批管子在庫房已存放1 年時(shí)間，現(xiàn)場氣候條件夏季炎熱多雨，秋季濕潤，具備氧腐蝕的條件。由于輕微表面銹蝕的存在，后期管道運(yùn)行過程中，難免接觸輸送介質(zhì)，如果輸送介質(zhì)具有腐蝕性，那么輕微腐蝕處可能成為腐蝕點(diǎn)繼續(xù)擴(kuò)展。

4 結(jié)語

該長期存儲(chǔ)無縫鋼管幾何尺寸、理化性能、全尺寸靜水壓及爆破等性能試驗(yàn)結(jié)果均符合GB/T 9711—2011 標(biāo)準(zhǔn)要求；由于放置時(shí)間較長，內(nèi)壁附著一層浮銹，存在輕微均勻腐蝕現(xiàn)象，建議后期管道施工過程中增加防腐措施，同時(shí)在后期管道運(yùn)行中定期監(jiān)測管道內(nèi)壁腐蝕情況。