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1、376化工機械2010年石油熱采注汽管線的安全評定孔樣軍4(遼寧石油化工大學)摘要針對某油田石油熱采注汽管網(wǎng)在主管線轉彎處出現(xiàn)泄漏的情況，對其他管線的化學成分及金相組織進行分析，發(fā)現(xiàn)管線材料的珠光體顯微組織有中度球化現(xiàn)象。性能還未完全老化。通過現(xiàn)場對管線硬度和壁厚的檢測以及理論校核，得出在目前的工況條件下，管線仍可繼續(xù)使用，為設備的安全運行提供了科學的依據(jù)。關鍵詞油井管線金相組織安全評定中圖分類號'rQ051．8+l文獻標識碼B文章編號0254-6094(2010)03-0376-03油井注汽熱采技術是稠油開采的一種有
2、效方法。某油田注汽站至2號平臺主管線管網(wǎng)已運行11000h，接近設計使用壽命，該管線工作介質為高溫高壓蒸汽，實際工作溫度345℃，實際工作壓力17．2MPa，管線材料20鋼。2008年11．月該平臺主管線的轉彎處出現(xiàn)泄漏，油田僅對泄漏管線進行了更換，為使管網(wǎng)能夠安全平穩(wěn)運行，需對剩余管線進行全面的檢測和安全評定。長期在高溫下服役管線的判廢除通過顯微組織中珠光體完全球化判別外，高溫蠕變引起的壁厚減薄和機械性能的損失所引起的管壁厚的安全裕度不夠也是管線重要的判廢依據(jù)。只有所有的判廢依據(jù)都排除，管線才能繼續(xù)使用。為此筆者受油
3、田委托對注汽管線的表面金相、化學成分、硬度及壁厚進行了檢驗和分析，同時截取泄漏處附近完好管線做了常溫和高溫拉伸試驗，并對管壁厚的安全裕度進行了校核。1管線金相分析圖1是管線焊縫熱影響區(qū)的金相組織，為索氏體與粒狀貝氏體。貝氏體中有小島狀的富碳奧氏體，奧氏體逐漸轉變成鐵素體與滲碳體，碳化物輕度球化。圖2是管線的顯微組織，為塊狀鐵素體+粒狀珠光體，晶粒大小均勻，珠光體區(qū)域中的碳化物呈粒狀，并向晶界聚集，珠光體尚保留其形態(tài)，根據(jù)珠光體中碳化物的球化程度，可以判定珠光體顯微組織已經(jīng)發(fā)生了中度球化，其球化級別為4級?。圖1熱影響區(qū)
4、組織×100圖2注汽管線組織×500珠光體的球化會引起鋼材常溫和高溫強度指標值的降低，在高溫、高壓蒸汽介質中長期工作的管線，當其顯微組織中珠光體完全球化之后，就認為其材料和熱強性能已經(jīng)完全老化，不能再繼續(xù)使用。現(xiàn)場的檢查結果顯示20鋼的珠光體顯微幸孔樣軍，男，1967年3月生，講師。遼寧省撫順市，113001。第37卷第3期化工機械377組織還未達到完全球化?。2材料鑒定經(jīng)過分析，管線材料的化學成分符合GB／T5310—1995中20鋼規(guī)定的指標(表1)。表1管線材料的化學成分％3硬度與壁厚的檢測根據(jù)油田提供的技術資料
5、，管外徑為127mm，壁厚14mm?，F(xiàn)場檢驗從注汽站至2號平臺管線泄漏點附近完好管線上取點。共取60個點，有32點取自于母材，28點取自于焊縫與熱影響區(qū)。通過對管線材料的硬度和厚度現(xiàn)場測試(部分結果見表2)可見，管線材料的最低硬度值為HB97，最小厚度值為13．8ram，而20鋼管線標準規(guī)定的最大硬度值為HBl56，可見該管線在高溫及：f[作壓力下，經(jīng)過長期運行后布氏硬度值下降了37．8％。管線無局部嚴蕈腐蝕或穿孔現(xiàn)象。單憑管線壁厚，還無法憑經(jīng)驗判斷是否仍能滿足繼續(xù)使用的要求，需對管線壁厚作進一步的校核。袁2管線硬度和
6、壁厚測試數(shù)據(jù)4管線壁厚校核按照壓力容器承受壓力的大小來分，注汽管線屬于高壓容器；參照壓力容器反應塔簡體外徑n1，'一7D。和內(nèi)徑Di比值K(管線K一=百LJO=岢=1．28)一‘，，大于1．2，屬于厚壁壓力管線。因此，應按照厚壁容器的應力計算方法來進行蒸汽管線壁厚的校核。根據(jù)中徑計算公式，當K<1．5時，計算所得的管線壁厚必須滿足：S
7、]‘——工作條件下的許用應力，MPa；妒——焊縫系數(shù)；c——管線壁厚的附加量，mm。由于許用應力[礦]‘以材料在常溫和高溫的抗拉強度嘰為依據(jù)，又由于管線經(jīng)過多年的運行，其機械性能會發(fā)生很大的改變，因此需對管線做拉伸試驗¨一J。表3為截取泄漏處附近球化的20鋼管線所做的常溫和高溫拉伸試驗數(shù)據(jù)。表3管線拉伸試驗數(shù)據(jù)MPa常溫下口b測試值3456C時口b測試值486．7474．8494．6475．7496．8328．2317．3305．1319．9326．6管線設計操作壓力P=18．0MPa，操作溫度為345℃，由表3可見，
8、345。C溫度下最小的抗拉強度Or。=305．1MPa，取安全系數(shù)Ⅳb=3，其許用應力值為：[or]I-愛=掣=101．7MPaj2瓦2丁刮?·川h管線壁厚的附加量c=3．7mm，焊縫系數(shù)取為1時，管線的計算壁厚為：oD．s2幣葡j¨。12·1mm實測管線的最小壁厚為S晌=13．8mm，計算得到的管線壁厚滿足S
