埋地天然气管道三通的失效分析.pdf

埋地天然气管道三通的失效分析 常乐 。 钱英豪 。 周鹏飞 ， 丁毅 ， 董金善 1 ． 南京工业大学 机械与动力工程学院 ， 江苏 南京2 1 0 0 0 9 ； 2 ． 江苏省特种设备检测研究 院 苏州 分院 ， 江苏 苏州2 1 5 1 2 8 摘要 为分析某高压燃气管道三通断裂发生的原因， 通过材料金相检验 、 力学性能检验和微观 断口 扫面 电镜对裂纹进行分析 ， 得出该三通没有进行正火或再结晶退火， 以及外部载荷是其断裂的主要 原 因。 关键词 三通 ； 断裂； A N S Y S ； 失效分析 中图分类号 T E 9 7 3 ． 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 1 1 J 0 9 0 0 5 6 0 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 L 4 8 3 7 ．2 0 1 1 ． 0 9． 01 2 Fa i l u r e Ana l y s i s o f t he Te e o f Und e r g r o un d Na t u r a l Ga s Pi p e l i n e C HA NG L e ， QI A N Y i n g h a o ， Z HOU P e n g f e i ， D I N G Y i ， D ONG J i n s h a n 1 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ； 2 ． S u z h o u Br a n c h，J i a n g s u S p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c t i o n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e ， S u z h o u 2 1 5 1 2 8， C h i n a Abs t r ac t I n o r d e r t o k no w t he r e a s o n f o r t h e f r a c t u r e o f t he t e e o f na t u r a l g a s p i p e l i ne， t h e me c h a n i c a l p r o p e y t e s t i n g，S EM a n a l y s i s a nd me t a l l o g r a p hi c a n a l y s i s we r e a d o p t e d t o a n a l y z e t h e c a u s e o f t h e f r a c t ur e ．Th e r e s u l t s h o ws t h a t t h e t e e wa s’ t n o r ma l i z e d．I n a d di t i o n，i t wa s a p pl i e d e x t r a l o a d i n g，whi c h a r e t he ma i n r e a s o n s for t h e f r a c t u r e ． Ke y wo r ds t e e； f r a c t u r e； ANS YS； f a i l ur e a n a l y s i s 0引 言 某高压燃气管线定 向穿越公路铺设完 E使用 2年后 ， 由于交通需要 ， 在管道上方架设立交桥 。 立交桥基础边缘离三通设置处约 0 ． 5 m， 管道上 方距立交桥底部基础约 0 ． 6 m， 如 图 1 a 所示 。 管道规格 0 1 6 8 ． 3 m m x 6 ． 4 m m， 材质 2 0 钢 ， 设计 压力 4 ． 0 M P a ， 三通管件壁厚 8 m m， 材质 L 2 9 0 ， 热 处理状态为 回火 。桥梁上方经常有大型载重车辆 5 6 通过， 给管线施加了较大集中载荷 ， 使用半年后三 通发生断裂失效 。裂纹在直管段为环向裂纹 ， 并 沿着支管轴向发展 ， 裂纹形貌如图 1 b 所示。为 寻找三通断裂原因， 以便采取有效对策 ， 避免今后 类似事故 的发生 ， 对三通断裂原因进行了分析。 1 试验试样制备和试验方法 首先对三通的断 口进行宏观分析 ， 然后对 三 通进行线切割取样。从三通裂纹源区进行取样 ， 第 2 8卷第 9期 压 力 容 器 总第 2 2 6期 通管局部存在很高的脆 性。同时 ， 微观断 口形貌 分析并未发现疲劳辉纹 ， 表 明该三通管断裂并非 疲劳断裂 ， 而是一次性 或有限次数 脆性断裂 ， 断裂周期很短 ， 是 由过载冲击造成的。 应力， 同时由于该三通管存在很高的脆性， 故导致 脆性断裂， 断裂周期很短， 系由过载冲击造成。 4 建议三通管在挤压加工过程 中应严格保 证正火热处理状态 ， 然后进行 回火处理 ， 否则加工 完成后应进行正火或再结晶退火热处理 ， 以消除 加工流线， 恢复塑性和合适的屈强比， 保证三通的 正常使用寿命。 5 该高压燃气管道上方距立交桥底部基础 约 0 ． 6 m， 不符合 G B 5 0 0 2 8 --2 0 0 6 城镇燃气设计 规范 最小覆土厚度要求 不得小于 0 ． 9 m 。 建议该高压燃气管道外增加套管保护或增加管道 埋地深度 ， 以减小车辆载荷的影响 ， 确保管道的安 全运行 。 图4 三通管原始断口S E M照片 参考文献 3 结 论和 建议 1 该三通属 于过载 冲击 造成 的脆性 断裂 ， 裂纹源位于三通直管段和支管段过渡区管道上表 面处 应力集 中处 ， 随后 沿着支管轴 向扩展 ， 并 同时向管道内表面深度方 向扩展 ， 直至穿透三通 管壁导致天然气泄漏。 2 三通 内部的加工流线是导致三通发生开 裂的主要组织原因； 三通成型工艺不当导致材料 发生严重 的应变 时效脆化是 三通开裂 的重要原 因 。 3 由于该高压燃气管道上方距立交桥底部 基础约 0 ． 6 m， 最小覆土厚度不足 ， 在设计载荷和 车辆载荷作用下 ， 三通上表面处产生较大 的局部 [ I ] 褚武扬， 乔利杰， 陈奇志， 等． 断裂与环境断裂[ M] ． 北京 科 学出版社 ， 2 0 0 0 2 52 6 ． [ 2 ] 武宏， 彭建洪 ， 许云华， 等． 强烈冷拉塑性变形及退 火处理对珠光体钢组织性能的影响[ J ] ．材料与热 加工 ， 2 0 0 7 ， 3 6 1 6 1 31 5 ． [ 3 ] G B ／ T 9 7 1 1 ． 1 1 9 9 7， 石油天然气工业输送钢管交 货技术条件[ s ] ． [ 4 ] G B 5 0 0 2 8 --2 0 0 6 ， 城镇燃气设计规范[ S ] ． 收稿 日期 2 0 1 1 ～ 0 61 3 修 稿 日期 2 0 1 1 0 9 0 6 作者简介 常乐 1 9 8 6一 ， 男， 主要从事设备分析相关研 究工作， 通信地址 2 1 0 0 0 9江苏省南京市新模范马路 3 0 号南京工业大学2 0 2信箱 ， Em a i l c h a n g l e 一3 5 6 1 1 6 3 ． 上接第 5 1页 影响区过热粗晶区脆化 ， 在筒 内高压力作用下 ， 粗 晶区承受较大拉应力 ， 产生微裂纹 ， 同时 ， 焊缝接 管侧热影响区及接管母材 2 0 C r Mn T i 的低温韧性 差 ， 致使裂纹快速扩展 ， 发生瞬间脆性断裂 。在 内 部气体高应力作用及强大 的爆炸力作用下 ， 裂纹 沿简体材料 的轴 向迅速扩展 ， 发生简体开裂 ， 最终 导致整个设备失效。 参考文献 [ 1 ] G B l 5 0 一l 9 9 8 ， 钢制压力容器[ S ] [ 2 ] J B ／ T 4 7 3 1 --2 0 0 5 ， 钢制卧式容器[ s ] ． [ 3 ] G B 6 6 5 4 --1 9 9 6 ， 压力容器用钢板[ s ] ． [ 4 ] J B 4 7 2 6 --2 0 0 0 ， 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件 [ S ] ． [ 5 ] G B ／ T 3 0 7 7 --1 9 9 9 ， 合金结构钢技术条件[ s ] ， [ 6 ] G B ／ T 6 9 9 --1 9 9 9 ， 优质碳素结构钢[ S ] ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 52 7 修稿 日期 2 0 1 1 0 81 7 作者简介 许述剑 1 9 7 1 一 ， 男， 高级工程师， 主要从事石 油化工材料腐蚀与防护研究， 通信地址 2 6 6 0 7 1山东省青 岛市延安三路 2 1 8号中国石油化工股份有限公司安全工 程研究院， Ema i l x s j w s l 1 6 3 ． c o m。 59