天然气管道输送压力高、钢材等级高、管径大，如我国正在建设的西气东输二线，其输送压力达到了12MPa，管径达到了1219mm，所采用的钢材等级为X80。管道一般以埋地敷设方式。所以引发天然气管道事故的主要危险、有害因素表现为：管道应力腐蚀开裂、腐蚀穿孔、管材缺陷或焊口缺陷等。

    一、应力腐蚀开裂

    较高的压力使管道面临应力开裂危险。应力开裂是金属管道在固定拉应力和特定介质的共同作用下引起的，对管道具有很大的破坏性。管道应力腐蚀开裂的特征见表2-6。

表2-6 管道应力腐蚀破坏特征

    环境因素、材料因素、拉应力，其单方面或三方面都能引发管道的物理应力开裂。

    1. 环境因素

    环境温度、湿度、土壤类型、地形、土壤电导率、C0₂及水含量等对应力腐蚀将造成峥定的影响。黏结性差的防腐层以及防腐层剥离区，易产生应力腐蚀破裂。

    2. 材料因素

    应力腐蚀开裂与管材制造方法(如焊接方法)、管材种类及成分、管材杂质禽虽(大于200～250μm的非金属杂质的存在会加速裂纹的形成)、钢材强度及钢材塑性变形特点有关。管道表面条件也对裂纹的产生起着重要作用。

    3. 拉应力

    主要包括制造应力、工作应力、操作应力、循环负荷、拉伸速率、次级负载等。

    二、CO₂腐蚀失效

    如果所输天然气组分中CO₂含量高，在管输压力下，CO₂分压有可能接近发生CO₂电化学腐蚀的临界值，同时，CO₂为弱酸性气体，它溶于水后形成H₂CO₃，对金属有一定的腐蚀性。CO₂腐蚀与管输压力、温度、湿度等有关，随着系统压力的增加，而导致腐蚀的速度加快。

    1. CO₂腐蚀的危害形态

    (1) 不均匀的全面腐蚀与点蚀

    C0₂引起的腐蚀常常是一种类似溃疡状的不均匀全面腐蚀，严重时可能呈蜂窝状。在金属表面形成许多大小、形状不同的蚀坑、沟槽等。几乎所有的合金在CO₂环境中都可以发生点蚀，其点蚀坑周边锐利、界面清晰，可在较短的时间内完全穿透管壁。

    (2) 冲蚀

    管子截面变化部位和收缩节流部位的介质流速增高，C0₂腐蚀加剧，如果气流速度增加3.7倍时，则其腐蚀速度增加5倍。

    (3) 应力腐蚀破裂

    在碱性介质中，C0₂及碳酸盐可造成碳钢的应力腐蚀破裂。氧的存在会加剧这种破裂发生的可能。

    2. CO₂腐蚀的影响因素

    (1) 材料因素

    合金元素对材料的耐CO₂腐蚀性能影响很大。有实验证明，Cr、Co能提高材料的耐C0₂腐蚀性能；C、Cu使材料的耐CO₂腐蚀性能下降；Mo的影响不大；Ni含量小于5%时有害，含量大于5%时，可显著提高材料的耐蚀性能。

    (2) CO₂的分压及水的组成

    CO₂的分压对腐蚀速度影响最大，分压越大，溶入介质中的C0₂越多，溶液的pH下降，金属的腐蚀速度越大。某些溶解物质对水具有缓冲作用，可阻止pH值降低，进而减少CO₂的腐蚀。

    (3) 温度的影响

    温度是影响CO₂腐蚀的重要因素。温度小于60℃时均匀腐蚀，其腐蚀速度受CO₂扩散并进而生成H₂CO₃速度的控制，当温度升高时，CO₂的腐蚀速度急剧增加。

    (4) 介质的pH值与流速的影响

    当介质的pH值升高时，C0₂的腐蚀性减弱；当介质的流速增高时，CO₂的腐蚀速度加剧。

    三、管道腐蚀穿孔

    管道腐蚀穿孔分为内腐蚀穿孔和外腐蚀穿孔。内腐蚀主要是由于酸性气体(如H₂S、CO₂等)与天然气中的水结合，形成酸性物质从而对管道内壁形成腐蚀。外腐蚀主要是由于埋地钢质管道的防腐层，在实际工作中防腐质量不能完全保证、管道施工可能造成防腐层机械损伤以及地质灾害等因素可能造成防腐层破坏，导致管道腐蚀，引发事故。1994年7月23日，加拿大管道公司一条直径914mm(壁厚9.14mm、管材X65)的输气管道在东部安大略省Lafeliford附近爆裂起火，大约20m长的管道飞出地面，炸出了一个宽16m、长36m、深2～4m的大坑。通过对断白处管材金相检查看出，由于外腐蚀使管壁过度变薄，造成管材剪切-延性超负荷断裂。引发爆裂的一大片外腐蚀区，长约1440mm、宽约1210mm，约70%的管壁厚度已被腐蚀。

    四、管道建设施工隐患

    材料缺陷或焊口缺陷这类事故多因焊缝或管道母材中的缺陷在带压输送中引起管道破裂。长输管道施工中如组对不够精细、焊接工艺欠佳，使得焊口质量难以达到预想的目标；如焊缝内部应力较大，材质不够密实、均匀等，因而使其性能潜力未得到充分发挥(甚至未达到设计的使用年限)。管道运行中，受到频繁的温度波动、振动等作用，其焊缝处稍有细微之缺陷，易于引发裂纹。

    另外，管道的施工温度与输气温度之间存在一定的温度差，造成管道沿其轴向产生热应力，这一热应力因约束力变小从而产生热变形，弯头内弧向里凹，形成折皱，外弧曲率变大，管壁因拉伸变薄，也会形成破裂。

    由于管道建设呈现出施工区域广、地形复杂的特点，所经地区有平原、水网、沙漠、沼泽地及山地等。从施工角度来讲，地形越复杂，焊接施工的难度越大，因此也更易出现各类焊接缺陷。常见焊缝缺陷类型为未熔合、夹渣、未焊透、裂纹和气孔等。表2-7列出了国内某管道建设中抽查的约2000道焊口中出现的焊接缺陷统计分析结果。

表2-7几种常见焊缝缺陷的出现概率    %

    1. 未熔合

    未熔合是指焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化结合的部分。分为根部未熔合、层间未熔合、坡口未熔合三种，其中根部未熔合出现概率较大。未熔合属于面状缺陷，易造成应力集中，危害性仅次于焊接裂纹。

    产生原因主要是由于焊接电流过小、焊速过快，热量不够或者焊条偏离坡口一侧，使母材或先焊的焊道未得到充分熔化金属覆盖而造成；此外，母材坡口或先焊焊道表面有锈，氧化铁、熔渣及污物等未清除干净，焊接时温度不够，未能将其熔化而盖上了熔化金属亦可造成；起焊温度低，先焊的焊道开始端未熔化。焊条摆动幅度太窄等也是造成未熔合缺陷的一个原因。