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石油熱采注汽管線的安全評定

文檔作者：孔樣軍文檔來源：遼寧石油化工大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月03日
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376 化工機(jī)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(xué))
摘要針對某油田石油熱采注汽管網(wǎng)在主管線轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)泄漏的情況，對其他管線的化學(xué)成分及金
相組織進(jìn)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(shè)備的安全運(yùn)行
提供了科學(xué)的依據(jù)。
關(guān)鍵詞油井管線金相組織安全評定
中圖分類號'rQ051．8+l 文獻(xiàn)標(biāo)識碼B 文章編號0254-6094(2010)03-0376-03
油井注汽熱采技術(shù)是稠油開采的一種有效方
法。某油田注汽站至2號平臺主管線管網(wǎng)已運(yùn)行
11 000h，接近設(shè)計(jì)使用壽命，該管線工作介質(zhì)為
高溫高壓蒸汽，實(shí)際工作溫度345℃，實(shí)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(zhuǎn)彎處出現(xiàn)泄漏，油田僅對泄漏管線
進(jìn)行了更換，為使管網(wǎng)能夠安全平穩(wěn)運(yùn)行，需對剩
余管線進(jìn)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(jī)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。為此筆者受油田委托對
注汽管線的表面金相、化學(xué)成分、硬度及壁厚進(jìn)行
了檢驗(yàn)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(yàn)，并對管壁厚的安全裕度
進(jìn)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(zhuǎn)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)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(qiáng)度指
標(biāo)值的降低，在高溫、高壓蒸汽介質(zhì)中長期工作的
管線，當(dāng)其顯微組織中珠光體完全球化之后，就認(rèn)
為其材料和熱強(qiáng)性能已經(jīng)完全老化，不能再繼續(xù)
使用。現(xiàn)場的檢查結(jié)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。
萬方數(shù)據(jù)
第37卷第3期化工機(jī)械377
組織還未達(dá)到完全球化?。
2材料鑒定
經(jīng)過分析，管線材料的化學(xué)成分符合GB／T
5310—1995中20鋼規(guī)定的指標(biāo)(表1)。
表1 管線材料的化學(xué)成分％
3硬度與壁厚的檢測
根據(jù)油田提供的技術(shù)資料，管外徑為127 mm，
壁厚14 mm?，F(xiàn)場檢驗(yàn)從注汽站至2號平臺管線
泄漏點(diǎn)附近完好管線上取點(diǎn)。共取60個點(diǎn)，有32
點(diǎn)取自于母材，28點(diǎn)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行后布氏硬度值下降了37．8％。管線
無局部嚴(yán)蕈腐蝕或穿孔現(xiàn)象。單憑管線壁厚，還無
法憑經(jīng)驗(yàn)判斷是否仍能滿足繼續(xù)使用的要求，需
對管線壁厚作進(jìn)一步的校核。
袁2 管線硬度和壁厚測試數(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(yīng)塔簡體外徑
n 1，'一7
D。和內(nèi)徑Di比值K(管線K一=百LJ O=岢=1．28) 一‘ ，，
大于1．2，屬于厚壁壓力管線。因此，應(yīng)按照厚壁
容器的應(yīng)力計(jì)算方法來進(jìn)行蒸汽管線壁厚的校
核。根據(jù)中徑計(jì)算公式，當(dāng)K<1．5時，計(jì)算所得
的管線壁厚必須滿足：
S

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