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管线钢在典型土壤环境中应力腐蚀案例
2014-12-13 15:06:08 作者:本网整理来源:
  随着我国能源需求的不断增长,油气管线建设近年来迅猛发展。土壤环境应力腐蚀开裂(SCC)是埋地管线钢的高危破坏形式,已成为威胁高强油气管线安全性和完整性的关键环节之一。1965年3月,美国路易斯安那州发生了世界上第一起天然气管道的应力腐蚀开裂事故。自此以后,大量的事故在美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等地区发生。通过大量现场失效的管线钢研究发现,这些应力腐蚀事故均发生在浓的碳酸盐和碳酸氢盐环境中。pH值通常为8~10.5,表现为沿晶开裂,因此通常称之为高pH应力腐蚀开裂或沿晶应力腐蚀开裂。1985年,在加拿大首先发现了管线钢的穿晶应力腐蚀开裂之后,澳大利亚、伊朗、伊拉克等国家也发生了穿晶SCC事故。由于这种开裂通常在涂层破损、剥落和多孔渗水处,pH值为6~8、含CO2的稀电解液中发生,因此称之为近中性pH应力腐蚀开裂。
 
  我国埋地管线所经过的土壤类型复杂繁多,其中多种类型土壤具有强腐蚀性。由于高强油气管线发展较晚,目前均未进入土壤环境SCC的高发期,没有实际案例用于剖析土壤环境应力腐蚀开裂的行为、规律及机理。因此,需要针对我国典型土壤环境开展系列高强管线钢的应力腐蚀开裂行为研究,特别是开展系列现场埋片试验,获取高强管线钢土壤环境应力腐蚀的直接证据和特征规律,这对建立和完善高强油气管线土壤环境SCC研究体系和建立相应防护方法具有重要作用。
 
  基于以上背景,选取了X70、X80、X100及X120等高强管线钢为研究对象,通过实地埋片的方法研究了其在我国东南酸性红壤(鹰潭)、华北滨海海浸盐渍土(大港)、西北内陆荒漠盐渍土(库尔勒)、青藏高原高山草甸土(拉萨)、热带雨林砖红壤(西双版纳)五种土壤中的应力腐蚀开裂行为及规律,以期对管线钢的实际安全服役提供理论基础和数据支持。

试验用材料的金相组织(a)X70、(b)X80、(c)X100、(d)X120


试验用U形试样(试样底端采用沥青涂料封装)



X70钢U形试样在西双版纳土壤中埋片1年后的宏观腐蚀形貌
 
  结论:
 
  (1)现场埋样试验表明,X70及以上级高强度管线钢在鹰潭、大港、库尔勒、拉萨和西双版纳等多种典型土壤环境中均存在一定的SCC敏感性,其在酸性土壤环境中的SCC敏感性明显,在碱性土壤环境中的SCC敏感性相对较低。
  (2)初步推断,在不同土壤环境中SCC的机制为阳极溶解与氢脆的混合机制(AD+HE机制);在酸性土壤中,析氢反应导致的HE作用对SCC有重要促进作用,腐蚀产物层致密部位产生的局部闭塞电池效应加剧了局部环境酸化和阳极溶解作用,SCC萌生与点蚀无明显对应关系;在碱性土壤中,阴极反应主要为氧的去极化过程控制、腐蚀产物层较厚,析氢反应仅存在于局部致密腐蚀产物层下形成的较严重的闭塞区域,其SCC一般萌生于点蚀底部。
  (3)高强管线钢在五种试验的土壤环境中的SCC敏感性随试样材质强度的提高或环境pH的降低而呈增大趋势,点蚀、缺口尖端等处的应力集中作用能够促进SCC的发生;在开路电位下,缝隙的存在能够一定程度上减缓缝外试样的SCC程度。

  更多详细信息敬请参阅材料腐蚀丛书

《石油工业环境典型应力腐蚀--案例与开裂机理》
  李晓刚 刘智勇 杜翠薇 董超芳 肖葵 程学群 著

 

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