高压地下输气管道异常泄漏分析

原文来源于/NACE MP，“Unusual Occurrence Causes Leak in High-Pressure Underground Gas Pipeline ”

在一条56英寸（1.4米）野外地下输气管道的凹坑底部一个小孔检测到泄漏。该管道壁厚为16mm，钢级为API X65，化学成分如表1所示。钢管表面有环氧底漆和热聚乙烯（PE）涂层，只用了四年。管道采用阴极保护（CP）系统，内外表面无腐蚀的迹象。

 

表1

图1中是孔的局部图。图1揭示有异物撞击的迹象，可能是一颗子弹，并且受到周围白色金属飞溅的影响。在开挖和去除PE涂层后，用锯子将管子切割开。发现灰色喷砂管子表面由于暴露于空气而发生锈蚀，然而飞溅的金属区域仍然鲜亮。孔的圆柱部分直径是12mm，穿透约14mm 。外涂层表面没有任何损伤，很明显这个损伤发生于涂层之前。

 

之前有报道称地面管道有被意外射击击中的案例，例如2002年十月四日 TransAlaska管道。很显然本案例是不一样的，在应用涂层之前，管子已经被射穿了。如果爆炸发生了，证明这类型的事件就困难了。这个案例强调在涂覆涂层之前就需要仔细检查管子，来防止此类失效事件。

 

 

结果

如图2所示，是孔周围飞溅区域的扫描电镜（SEM）的显微照片，来表明熔化状态。这个区域发生了一些空隙和微裂纹。如图3所示，该区域的SEM/能量色散X射线分析（EDXA），以及用于比较未受影响的相邻管道表面。这两个分析密切的相似，说明飞溅区域由钢组成。这些区域存在O、Si、Ca以及Al，由于与空气的水分接触形成的锈蚀和其它腐蚀产物。在飞溅区域的横截面也进行了相同的测试。图4和图5分别显示了钢基和飞溅区域的SEM显微照片和EDXA。两张显微照片的差别是显而易见的，因为钢基在锻造条件下具有均匀的微观结构如（图4），然而飞溅区域具有不规则的微观结构，含有大量的黑色第二相材料，很可能是氧化物颗粒如（图5）。钢基和飞溅区域的EDXA相比较如（图4）和（图5）所示，表明飞溅区域的钢由钢基造成。

 

图3.（a）飞溅区域的SEM/EDXA；（b）相邻飞溅区域（未受影响管道表面）的SEM/EDXA

 

图4

图5

如图6所示，未蚀刻状态下的飞溅射区域横截面的光学显微照片。从图6中可以看出三个明显的区域，分别是带状的底层，均匀灰色的中间层和白色的表部层。带状底层是典型钢基的微观结构，均匀质中间层由马氏体和下贝氏体和上贝氏体组成（热影响区[HAZ]）， 表部层由高碳马氏体组成。

图6

图7所示，是这些区域的显微硬度梯度的测量结果，包括从基层到HAZ和溅射区域的硬度变化。基层金属（从~200维氏[HV]）到HAZ的硬度有逐渐地增加（~400HV），到表层或者溅射区域（>400HV）的硬度突然增加。这些结果为涉及到的高能量钢性子弹影响提供依据。子弹的能量足够高可穿透~14 mm的钢，并产生飞溅在孔周围的液态钢。受热影响使得HAZ区域类似于焊接过程。HAZ的最大约400HV的硬度与存在0.26％碳的马氏体的API X65钢基硬度相符。溅出的钢水迅速冷却下来，和超冷却钢一同转化为马氏体。飞溅区域>1000HV的高硬度与溅出的液体经过很高的冷却速度有关，这也导致非晶态钢具有不均匀性，例如硬度和耐腐蚀性。如前所述，可以解释为什么暴露在空气中的孔表面没有生锈。

 

图7

为了证明事件是枪击所致的，我们进行以下的计算：典型武器钢子弹的直径为12.5mm，重量M=40g，速度V=850m/s，子弹的动能（0.5 MV2）等于14,450 J。 假定低碳钢的平均比热为Cp473J / kg·K，熔点处Fe熔化的潜热为H = 254.9J / g，那么子弹的能量等于熔融15.8g钢的热能。

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