堿管線泄漏成因及措施研討

1、堿管線泄漏成因及措施研討 某儲運中心成品車間液堿管線于2010年10月投入使用，2011年13月，陸續(xù)有8處焊口發(fā)生泄漏，泄漏焊口經(jīng)補焊處理后繼續(xù)使用。2011年4月，又有一處補焊后的焊口發(fā)生泄漏，泄漏焊口位于彎頭下方。該管線的材質(zhì)為20#鋼，管內(nèi)部介質(zhì)為30%NaOH溶液，為防止由于溫度過低使堿液在管線內(nèi)凝固，堿線全部采用伴熱線進(jìn)行加熱，伴熱線共有熱水伴熱和蒸汽伴熱2種介質(zhì)，泄漏的8處焊口全部位于蒸汽伴熱部位。伴熱蒸汽壓力為1.0MPa，伴熱溫度為180。為查明該堿線多次發(fā)生泄漏的原因，對該堿線進(jìn)行綜合分析。 1取樣和宏觀檢驗 在整條管線上取2道焊口進(jìn)行分析1，1道焊口為發(fā)生泄漏的焊口，見圖

2、1；另1道焊口為未發(fā)生泄漏的焊口，見圖2。在泄漏的焊口處仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)在焊縫中部有1條穿透性裂紋，裂紋長度為50mm，見圖3。將帶裂紋的焊口切開后觀察，斷口表面有一層黑色物質(zhì)覆蓋，斷口平齊，無明顯塑性變形，呈脆性斷口特征2，見圖4。 2掃描電鏡斷口分析 將切開的焊口進(jìn)行掃描電鏡觀察。經(jīng)高倍觀察，斷口表面被一層產(chǎn)物所覆蓋，無法觀察到原始形貌見圖5。圖5掃描電鏡結(jié)果為去除斷口表面覆蓋的產(chǎn)物，取2塊斷口試樣，在稀鹽酸中反復(fù)清洗，直至斷口表面顯露出金屬光澤，再經(jīng)超聲波清洗后裝入掃描電鏡內(nèi)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過稀鹽酸清洗后的斷口表面均顯露出沿晶界斷裂的特征3，見圖6。 3微觀檢驗 在與斷口垂直的焊縫上磨制顯

3、微金相試樣，經(jīng)拋光后用光學(xué)顯微鏡觀察，未見超標(biāo)冶金缺陷。斷口2側(cè)的焊縫試樣上均存在裂紋，裂紋較深，有分枝和斷續(xù)現(xiàn)象，裂紋尖端較尖銳，呈樹枝狀，見圖7。圖7光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果將帶有裂紋的焊縫采用4%硝酸酒精腐蝕后觀察，組織為：鐵素體+珠光體，裂紋呈樹枝狀沿晶界擴展，見圖8。圖8用4%硝酸酒精腐蝕后的組織在未發(fā)生泄漏焊口部位的焊縫、熱影響區(qū)和母材上分別制取顯微金相試樣，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后觀察，焊縫組織為：鐵素體+珠光體，見圖9；熱影響區(qū)組織為：魏氏組織鐵素體+珠光體，見圖10；母材組織為：鐵素體+珠光體，見圖11。 4力學(xué)性能檢驗 由于泄漏焊口在彎頭部位，無法加工成力學(xué)試驗試樣，故在未發(fā)生泄漏的

4、直管段焊縫部位分別制取1件拉伸試樣和1件彎曲試樣。經(jīng)力學(xué)試驗，拉伸試件抗拉強度為477MPa，斷裂位置為母材。焊縫彎曲后未見缺陷，材料強度合格4。 5分析討論 根據(jù)對管線焊口部位的綜合分析，特別是宏觀檢查、金相分析及斷口分析所揭示的各種宏觀和微觀形態(tài)，可以看出：斷口平齊，無明顯塑性變形，呈脆性斷口特征，高倍觀察斷口表面有沿晶斷裂特征，裂紋有分枝和斷續(xù)現(xiàn)象，裂紋尖端較尖銳，呈樹枝狀。結(jié)合斷口表面氧化腐蝕產(chǎn)物的能譜分析和力學(xué)試驗結(jié)果，認(rèn)為該堿線焊口的開裂屬于堿脆破裂。堿脆破裂的原因是焊縫區(qū)在堿液中的應(yīng)力腐蝕引起開裂。在電化學(xué)腐蝕中，當(dāng)NaOH的濃度大于30%時，陽極區(qū)的Fe和NaOH發(fā)生溶解反應(yīng)：

5、Fe+2NaOH=Na2FeO2+H2，生成物中的Na2FeO2為可溶性的鐵酸鹽，不會在焊縫區(qū)表面形成保護(hù)膜，故該反應(yīng)會不斷進(jìn)行，在殘余拉應(yīng)力的作用下，焊縫區(qū)最終會產(chǎn)生裂紋，形成開裂。NaOH含量30%時，碳鋼易發(fā)生堿脆的溫度是60至沸點。實驗證明，金屬中的碳含量在0.01%0.25%范圍內(nèi)容易產(chǎn)生堿脆現(xiàn)象，大于或小于這個范圍時，都難以發(fā)生堿脆，20#鋼的碳含量0.17%0.24%之間，正處于發(fā)生堿脆的條件范圍內(nèi)，再加之蒸汽伴熱溫度為180，因而促成了堿管線焊口發(fā)生堿脆。 6結(jié)論 （1）該堿管線焊口開裂屬于應(yīng)力腐蝕開裂（即堿脆）造成的開裂；（2）180的蒸汽伴熱線為20#鋼堿線的焊口開裂提供了溫度條件；（3）堿管線安裝過程中產(chǎn)生的應(yīng)力及焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，為焊口的開裂提供了應(yīng)力條件。降低堿線的伴熱溫度，嚴(yán)格控制堿線溫度在60以下；如需對焊口進(jìn)行返修，必須打磨掉肉眼可見的裂紋和氣孔，用3%的醫(yī)用硼酸反復(fù)涂刷焊縫及周圍區(qū)域，再用水反復(fù)沖洗干凈；施焊前進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度大于50，焊后進(jìn)行600650高溫回火