石油热采注汽管线的安全评定.pdf

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1、376化工机械2010年石油热采注汽管线的安全评定孔样军4(辽宁石油化工大学)摘要针对某油田石油热采注汽管网在主管线转弯处出现泄漏的情况，对其他管线的化学成分及金相组织进行分析，发现管线材料的珠光体显微组织有中度球化现象。性能还未完全老化。通过现场对管线硬度和壁厚的检测以及理论校核，得出在目前的工况条件下，管线仍可继续使用，为设备的安全运行提供了科学的依据。关键词油井管线金相组织安全评定中图分类号'rQ051．8+l文献标识码B文章编号0254-6094(2010)03-0376-03油井注汽热采技术是稠油开采的一种有

2、效方法。某油田注汽站至2号平台主管线管网已运行11000h，接近设计使用寿命，该管线工作介质为高温高压蒸汽，实际工作温度345℃，实际工作压力17．2MPa，管线材料20钢。2008年11．月该平台主管线的转弯处出现泄漏，油田仅对泄漏管线进行了更换，为使管网能够安全平稳运行，需对剩余管线进行全面的检测和安全评定。长期在高温下服役管线的判废除通过显微组织中珠光体完全球化判别外，高温蠕变引起的壁厚减薄和机械性能的损失所引起的管壁厚的安全裕度不够也是管线重要的判废依据。只有所有的判废依据都排除，管线才能继续使用。为此笔者受油

3、田委托对注汽管线的表面金相、化学成分、硬度及壁厚进行了检验和分析，同时截取泄漏处附近完好管线做了常温和高温拉伸试验，并对管壁厚的安全裕度进行了校核。1管线金相分析图1是管线焊缝热影响区的金相组织，为索氏体与粒状贝氏体。贝氏体中有小岛状的富碳奥氏体，奥氏体逐渐转变成铁素体与渗碳体，碳化物轻度球化。图2是管线的显微组织，为块状铁素体+粒状珠光体，晶粒大小均匀，珠光体区域中的碳化物呈粒状，并向晶界聚集，珠光体尚保留其形态，根据珠光体中碳化物的球化程度，可以判定珠光体显微组织已经发生了中度球化，其球化级别为4级⋯。图1热影响区

4、组织×100图2注汽管线组织×500珠光体的球化会引起钢材常温和高温强度指标值的降低，在高温、高压蒸汽介质中长期工作的管线，当其显微组织中珠光体完全球化之后，就认为其材料和热强性能已经完全老化，不能再继续使用。现场的检查结果显示20钢的珠光体显微幸孔样军，男，1967年3月生，讲师。辽宁省抚顺市，113001。第37卷第3期化工机械377组织还未达到完全球化⋯。2材料鉴定经过分析，管线材料的化学成分符合GB／T5310—1995中20钢规定的指标(表1)。表1管线材料的化学成分％3硬度与壁厚的检测根据油田提供的技术资料

5、，管外径为127mm，壁厚14mm。现场检验从注汽站至2号平台管线泄漏点附近完好管线上取点。共取60个点，有32点取自于母材，28点取自于焊缝与热影响区。通过对管线材料的硬度和厚度现场测试(部分结果见表2)可见，管线材料的最低硬度值为HB97，最小厚度值为13．8ram，而20钢管线标准规定的最大硬度值为HBl56，可见该管线在高温及：f[作压力下，经过长期运行后布氏硬度值下降了37．8％。管线无局部严蕈腐蚀或穿孔现象。单凭管线壁厚，还无法凭经验判断是否仍能满足继续使用的要求，需对管线壁厚作进一步的校核。袁2管线硬度和

6、壁厚测试数据4管线壁厚校核按照压力容器承受压力的大小来分，注汽管线属于高压容器；参照压力容器反应塔简体外径n1，'一7D。和内径Di比值K(管线K一=百LJO=岢=1．28)一‘，，大于1．2，属于厚壁压力管线。因此，应按照厚壁容器的应力计算方法来进行蒸汽管线壁厚的校核。根据中径计算公式，当K<1．5时，计算所得的管线壁厚必须满足：S

7、]‘——工作条件下的许用应力，MPa；妒——焊缝系数；c——管线壁厚的附加量，mm。由于许用应力[矿]‘以材料在常温和高温的抗拉强度叽为依据，又由于管线经过多年的运行，其机械性能会发生很大的改变，因此需对管线做拉伸试验¨一J。表3为截取泄漏处附近球化的20钢管线所做的常温和高温拉伸试验数据。表3管线拉伸试验数据MPa常温下口b测试值3456C时口b测试值486．7474．8494．6475．7496．8328．2317．3305．1319．9326．6管线设计操作压力P=18．0MPa，操作温度为345℃，由表3可见，

8、345。C温度下最小的抗拉强度Or。=305．1MPa，取安全系数Ⅳb=3，其许用应力值为：[or]I-爱=掣=101．7MPaj2瓦2丁刮⋯·川h管线壁厚的附加量c=3．7mm，焊缝系数取为1时，管线的计算壁厚为：oD．s2币葡j¨。12·1mm实测管线的最小壁厚为S晌=13．8mm，计算得到的管线壁厚满足S