單　華　姜　放　方　偉　王勝雷　劉君臣

1. 中國石油塔里木油田公司天然氣事業(yè)部,　新疆　庫爾勒　841000; 2. 中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司,　四川　成都　610041

0　前　言

2015年6月11日,中國石油塔里木油田公司迪那油氣處理廠主控室值班人員發(fā)現(xiàn)DN 2-24井閥室可燃?xì)怏w檢測儀報警。采氣隊人員到達(dá)現(xiàn)場,發(fā)現(xiàn)DN 2-24井支線進(jìn)集氣干線處刺漏[1]。主控室隨即對DN 2-24井以西共計11口井執(zhí)行遠(yuǎn)程關(guān)井,并對DN 2-9 T以西至迪那2-2集氣站集氣干線進(jìn)行泄壓。當(dāng)日對DN 2-24井支線進(jìn)干線處進(jìn)行挖掘,檢查埋地管線刺漏點,發(fā)現(xiàn)DN 2-24井支線進(jìn)干線冶金復(fù)合三通變徑處滲漏,現(xiàn)場組織對漏點焊接補(bǔ)丁,恢復(fù)生產(chǎn)。2015年7月檢修時對該冶金復(fù)合三通進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在腐蝕,隨即進(jìn)行了更換。對該三通進(jìn)行了失效分析,根據(jù)分析結(jié)論對在用的同批次三通進(jìn)行排查,發(fā)現(xiàn)DN 2-23井三通存在類似情況。

1　腐蝕情況

1.1　刺漏及緊急處理情況

三通發(fā)生刺漏后,停止生產(chǎn),并對該處進(jìn)行挖掘,發(fā)現(xiàn)表面有滲漏點,見圖1?，F(xiàn)場對焊點焊接補(bǔ)丁,見圖2。

圖1　滲漏情況

圖2　打補(bǔ)丁

1.2　內(nèi)部腐蝕情況和三通結(jié)構(gòu)

檢修時通過排查,先后對發(fā)現(xiàn)有內(nèi)部腐蝕的DN 2-24、DN 2-23井三通進(jìn)行了更換,其內(nèi)部腐蝕情況見圖3～4。從內(nèi)部形貌可以看出,二者形態(tài)相似。

圖3　DN 2-23干線三通缺陷內(nèi)部形貌

圖4　DN 2-24干線三通缺陷內(nèi)部形貌

DN 2-24割開的三通見圖5,結(jié)構(gòu)見圖6。三通主管尺寸Ф 457,支管Ф 219,基層材料L 415,內(nèi)襯3 161復(fù)合層3 mm。

圖5　DN 2-24割開后三通缺陷內(nèi)部形貌

圖6　三通結(jié)構(gòu)圖

2　原因分析

為便于分析,將復(fù)合三通標(biāo)記為主管、支管等部分[2],見圖7。

圖7　三通外結(jié)構(gòu)

2.1　壁厚測量情況

按圖7所示,將樣品的橫截面進(jìn)行16等分,其具體標(biāo)注方法是按照圓周的順時針方向依次編號為0、1、2……15,見圖8～9。

圖8　三通支管段部分橫截面圖

圖9　三通主管段擠出部分橫截面圖

圖10　三通取樣部分橫截面標(biāo)記示意圖

按圖10的標(biāo)記方法分別對圖7中三通支管部分橫截面和主管段擠出部分橫截面的316 L不銹鋼內(nèi)襯層及碳鋼基管外層厚度進(jìn)行測量,具體測量結(jié)果見表1。

表1三通支管部分和主管段擠出部分橫截面內(nèi)襯層及外層厚度測量結(jié)果

單位:mm

根據(jù)該復(fù)合三通相關(guān)參數(shù),該復(fù)合三通規(guī)格中內(nèi)襯層為3 mm,實際測量內(nèi)襯層大部分區(qū)域超過5 mm,但局部區(qū)域(失效區(qū)域)內(nèi)襯層僅為1.5 mm。制造過程中,為了順利焊接,其焊接線能量參數(shù)必然設(shè)定為5 mm厚不銹鋼對接的相應(yīng)參數(shù),這樣使得在1.5 mm壁厚處也應(yīng)用了焊接5 mm壁厚用的焊接參數(shù),導(dǎo)致該區(qū)域被焊穿,在焊縫的焊趾處形成點狀或線狀的缺陷。

2.2　化學(xué)成分分析

在三通主管的基管層和襯層(編為1#主管和1#主管襯層)、三通支管的基管層和襯層(編為2#支管和2#支管襯層)、環(huán)焊縫區(qū)域基管焊接區(qū)和襯層(編為3#基管焊縫和3#襯層焊縫)分別取化學(xué)成分分析試樣,應(yīng)用直讀光譜儀分別對3件樣品的基管和襯管進(jìn)行化學(xué)成分分析[3],結(jié)果見表2。

從化學(xué)成分分析的結(jié)果來看,焊縫與支管的Cr、Mo元素的組成有較大差別,這種差別勢必導(dǎo)致力學(xué)性能和抗腐蝕效果的差異[4-6]。

表2復(fù)合三通化學(xué)成分分析結(jié)果

(w)

2.3　金相組織分析

在復(fù)合三通主管、三通支管及三通開裂環(huán)焊縫附近取樣,分別對主管基材、襯層、支管基材、支管襯層及焊縫進(jìn)行金相組織分析[7],結(jié)果見表3～4。

表3復(fù)合三通金相組織分析結(jié)果

試樣基管組織襯管組織1#PF+P,心部有MA條帶奧氏體2#F+P奧氏體+α固溶相

表4復(fù)合三通焊縫金相組織分析結(jié)果

試樣焊縫蓋面層組織焊縫熱影響層組織焊縫硬化層組織焊縫擴(kuò)散層組織焊縫襯層組織遠(yuǎn)離開裂區(qū)焊縫IAF+PF+WF+ B粒+PPF+B粒+PM回M回A+α固溶相開裂焊縫附近IAF+PF+WF+ B粒+PPF+B粒+PM回M回A+α固溶相

開裂焊縫附近的焊縫組織與遠(yuǎn)離開裂區(qū)焊縫的焊縫組織一致,但內(nèi)焊縫一側(cè)焊趾附近有裂紋。

2.4　力學(xué)性能試驗

在三通主管的基管層(編為1#主管)、三通支管的基管層(編為2#支管)、環(huán)焊縫區(qū)域基管焊接區(qū)(編為3#焊縫處支管)分別取焊縫硬度試樣,對其進(jìn)行力學(xué)性能試驗,結(jié)果見表5。

從表4和表5可以看出,復(fù)合三通基管環(huán)焊縫的局部硬度值超過60 HRA,且出現(xiàn)了M組織。通常,引起焊縫硬度高的主要原因是焊接線能量大,焊后冷卻速度快,在焊縫組織中出現(xiàn)M組織。由此可以推斷,該復(fù)合三通環(huán)焊縫焊接時,采用了較高的線能量。

表5復(fù)合三通主管、支管及焊縫處支管硬度試驗結(jié)果

編號硬度試驗結(jié)果試驗標(biāo)準(zhǔn)1#主管50.1、50.3、50.52#支管46.0、46.6、47.03#焊縫處支管61.8、65.0、60.8GB/T 230.1-2009《金屬材料洛氏硬度試驗第1部分:試驗方法》

2.5　電子顯微分析

在復(fù)合三通失效環(huán)焊縫區(qū)域取樣,采用掃描電子顯微鏡及X射線能譜分析儀對樣品進(jìn)行腐蝕成分分析及腐蝕形貌觀察。低倍下剖開缺陷呈圓形,未見明顯開裂,但內(nèi)襯層焊縫有明顯焊瘤。在高倍下可見缺陷內(nèi)靠基管側(cè)形貌有明顯氣體沖蝕痕跡,說明該復(fù)合管三通橢圓形孔洞主要是由于沖蝕所致。由此可以推斷該復(fù)合三通失效根本原因是復(fù)合三通制造過程中,在環(huán)焊縫內(nèi)襯層焊趾處存在點狀或者線狀未融合或焊穿,導(dǎo)致其在服役過程中,管道內(nèi)氣體從該處進(jìn)入管道碳鋼壁,發(fā)生沖蝕并開裂所致[8-21]。

2.6　生產(chǎn)工藝分析

DN 2-24井的氣產(chǎn)量89×104m3/d,計算的支管流速2.3 m/s,流速不高,但由于三通處有來自生產(chǎn)匯管和支線二股液體匯合,存在渦流,在匯合處沖蝕較為嚴(yán)重,見圖11,且在該處由于渦流存在剪切力,導(dǎo)致緩蝕劑不能附著,管道未得到良好的保護(hù)。

圖11　三通處流體情況

3　三通排查情況

DN 2-24井三通發(fā)生刺漏后,檢修時對未埋地的類似三通進(jìn)行了排查。結(jié)果見表6。從表6可以看出,除DN 2-24井、DN 2-23井外其他三通未見有明顯腐蝕。

表6復(fù)合三通排查結(jié)果

序號檢測位置管道(管件)規(guī)格/mm材質(zhì)檢測出最小壁厚/mm1DN 2-8閥室支線到干線三通Ф 457×(25+3)Ф 219×(14+3)L 415+316 L三通為16.7,變徑為16.32DN 2-17閥室支線到干線三通Ф 457×(25+3)Ф 219×(14+3)Ф 219×19L 415+316 L三通為17.2,變徑為17.83DN 2-23閥室支線到干線三通Ф 457×(25+3)Ф 219×(14+3)L 415+316 L三通變徑部位附近壁厚異常,測出最小值為11.74DN 2-24閥室支線到干線三通Ф 457×(25+3)Ф 219×(14+3)L 415+316 L三通刺漏附近為4.05DN 2-2閥室支線到干線三通Ф 457×(25+3)Ф 219×(14+3)L 415+316 L三通附近為16.86DN 2-25閥室支線到干線三通Ф 457×(25+3)Ф 219×(14+3)L 415+316 L三通附近為16.97迪那2-1集氣站進(jìn)出站三通Ф 508×(19+3)L 415+316 L進(jìn)站三通為19.7,前后直管段為19.7,出站三通T 2為21.3、T 3為21.0,直管段為19.7

4　結(jié)論

1)復(fù)合三通環(huán)焊縫周向內(nèi)襯層嚴(yán)重不均,焊接線能量高,使焊接時在內(nèi)襯層焊趾處產(chǎn)生點狀或線狀穿孔是導(dǎo)致復(fù)合三通失效的主要原因。

2)復(fù)合層穿孔后,管道內(nèi)氣體從該處進(jìn)入基管壁內(nèi),沖蝕導(dǎo)致基管腐蝕,從而發(fā)生刺漏。

3)應(yīng)嚴(yán)格控制產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量,杜絕三通在拔制過程中出現(xiàn)襯層厚薄不均的情況,焊接時要選擇好參數(shù),避免襯管焊穿。