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　　2022年6月18日4时24分，上海石油化工股份有限公司化工部1#乙二醇装置环氧乙烷精制塔区域发生爆炸事故，造成1人死亡、1人受伤，直接经济损失约971.48万元。

　　2023年3月25日，上海市人民政府正式批复了《上海石油化工股份有限公司“6·18”1#乙二醇装置爆炸事故调查报告》，时隔九个多月，终于尘埃落定。调查报告给出的直接原因，果然不出我所料，就是管道焊缝腐蚀，导致壁厚严重减薄，最终管道应力超过金属材料的承受极限后，发生整体断裂。且断口呈明显的脆性断裂特征，基本上符合管道焊缝严重腐蚀减薄后断裂的力学机理。

　　在该事故调查没发布之前，我在2023年年初分享的 课件中，就提到过要注意管线弯头处焊缝腐蚀减薄的原因。

　　那么本篇文章，也作为上海石化“6.18”闪爆事故之思系列文章的第一篇，重点讨论一下该事故发生的直接原因，即不锈钢管道整体断裂的原因到底是如何造成的？不到10年的管道，为什么会腐蚀如此严重？连续四个焊缝发生泄漏，为什么只有③号焊缝发生了整体断裂呢？

　　我们先来讨论第一个问题，即事故管线的不锈钢管道，为什么腐蚀这么严重。根据调查报告的披露，该管线信息如下：

　　依据化学成分表和力学性能，TP304材质大致相当于我国的不锈钢牌号06Cr19Ni10，属于典型的奥氏体不锈钢，该系列的不锈钢总体来说，具有较好的耐腐蚀效果，且同时具备良好的力学性能，在石油化工行业中得到广泛应用。

　　那么不锈钢管道是不是可以应用于一切场景呢，答案是否定的，除了昂贵的费用成本之外，不锈钢管道在石油化工行业的应用有着特定的限制，主要如下：

　　（3）不锈钢在接触湿的氯化物时，有应力腐蚀开裂和点蚀的可能，应避免接触湿的氯化物，或者控制物料和环境中的氯离子浓度不超过25╳10-6(25ppm)；

　　在这里，我们重点说一下第(3)个问题，也就是不锈钢材质的氯离子腐蚀问题，这个问题也是构成本次事故的一个直接关键的原因。不锈钢的氯离子腐蚀机理比较复杂，目前材料学界比较权威的解释有两种理论-成相膜理论和吸附理论，在这里我尽量用通俗的语言来给大家解释。

　　我们知道不锈钢之所以能起到防腐蚀的作用，有两个关键元素镍(Ni)和铬(Cr),其中镍(Ni)元素是奥氏体不锈钢（304类型的大家庭）的主加元素，镍(Ni)本身就具有一定的耐腐蚀能力。铬(Cr)元素是形成奥氏体组织的关键架构元素，只有当铬(Cr)含量达到一定值时，钢材才具有耐蚀性。常见的材料中，不锈钢铬(Cr)含量一般在10.5%以上。且铬(Cr)元素与空气中的氧能形成一层极薄而坚固稳定的钝化膜(Cr2O3)，该钝化膜能防止氧原子继续渗入、氧化内层金属，从而达到防锈蚀的能力。

　　但是当这个钝化膜(Cr2O3)遇到卤素离子时，情况就会变得非常糟糕。我们以常见的氯离子为例，氯离子(Cl-)半径小，穿透能力强，容易穿透钝化膜(Cr2O3)内极小的孔隙，到达金属表面，并与金属相互作用形成了可溶性的化合物，使氧化膜的结构发生变化。除此之外，氯离子(Cl-)还有一个特性，就是与金属有极强的亲合力，也就是说氯离子(Cl-)和氧原子相比，能优先被金属吸附，并从金属表面把氧排掉，氯离子(Cl-)和氧原子争夺金属表面上的吸附点，由于氯离子(Cl-)与金属表面吸附之后，会形成不稳定的可溶性物质,这些物质慢慢就会溶解到工艺介质中，这样就进一步导致了腐蚀的加速。

　　所以明白了氯离子对不锈钢的损伤机理，就会明白为什么不锈钢管道会严格限制介质中氯离子的浓度，常见的就是在不锈钢管道的水压试验中，会一再强调水中氯离子的含量不得超过25mg/L(25ppm)。

　　根据调查报告的披露，管道破裂的直接原因是“焊口在运行过程中因腐蚀介质（氯离子）作用在内壁焊趾高应力部位萌生裂纹，裂纹不断沿环向及壁厚方向腐蚀疲劳扩展，当③焊口上的裂纹扩展至有效承载截面不足时，在轴向应力作用下该焊口被完全拉断，导致管道断裂。”

　　上面红色字体中有个“内壁焊趾高应力部位”，这个属于管道焊接的一个专业词汇，具体指的是哪个部位呢？参考下图所示：

　　DN200的不锈钢管道不能采用双面焊，只能采用单面焊，所以焊缝的成形效果存在一定程度的瑕疵，主要就是内壁焊缝的余高不好把握，一旦超过一定数值，就会导致焊趾（金属和焊缝的结合处）部位出现不连续性，从而产生应力集中现象，也就是报告中的“高应力部位”。

　　另外报告中的“因氯离子导致的应力腐蚀裂纹，不断沿环向及壁厚方向发展”，大家可以从管道剖面图更直观地看出来。

　　但是报告中给出的原因应该是主要原因，但并非是全面原因。在这里还有一个被我们忽视的细节，即上海石化在对泄漏的焊缝进行卡具堵漏后，卡具本身对焊缝的影响。我个人认为影响有两个方面：第一，卡具本身的厚度远远大于不锈钢管道的壁厚，这个从事故报告的照片中可以明显地看出来，在卡具厚度大于钢管厚度的情况下，对卡具进行高压注胶，很容易对壁厚相对较薄的钢管造成不规则的塑性变形，导致其承压性能大大降低；第二，如果卡具是碳钢材质的话（报告中未明确），一旦碳钢和不锈钢直接接触的话，会产生电化学腐蚀，这个腐蚀速率远远大于内壁氯离子的腐蚀。

　　以上所述，论述了为什么氯离子对不锈钢管道腐蚀的会这么严重，那么我们接着讨论第二个问题，即在该事故管段的4条焊缝中，为什么第③号焊缝发生了整体断裂呢？我们先来分析一下4条焊缝的相互位置和泄漏时间，根据事故调查报告披露出来的信息，其4条焊缝的位置和泄漏时间如下图：

　　从泄漏时间上来判断，基本上4条焊缝的泄漏时间相差无几，2个月的时间差对于腐蚀这种慢性病来说，没有任何的比较意义。那么同样都是焊缝的腐蚀，为什么偏偏断裂发生在③号焊缝呢？针对这个问题，其实我们看一下介质的流向和管道支架的位置，基本上就给出答案了，主要原因就是③号焊缝所在的位置恰好处于一个应力集中最为明显的部位，我把③号焊缝的力系分布图单独画一下，大家就能很好理解了：

　　如上图所示，虽然4条焊缝都会面临腐蚀问题，但是③号焊缝所承受的力是最集中的，那么根据木桶效应的短板理论，③号焊缝最先发生断裂是符合材料力学的原理的。

　　最后我们还要是总结一下，针对上海石化“6.18”事故暴露出来的直接原因，我们应当如何吸取事故的教训呢？个人总结以下要点供大家参考：

　　不锈钢管道的应用场景一定要慎之又慎，国家标准中对于不锈钢材质的管道应用有着特殊的规定，诸如介质中氯离子的含量限制、高温使用条件下的碳含量的控制要求、以及用于复杂混合介质中的镍(Ni)元素含量的最低要求，这些都是从设计环节来对不锈钢材质的应用提出的特别要求。

　　压力管道一定要按照国家标准和企业内部检维护规定进行定期的检验检测，可以借助专业的无损检测器材来进行更准确的检测。在对压力管道进行检测管理时，要特别关注并加强三通、弯头、大小头等重点易腐蚀部位的检测，必要时可以加强检测频率。

　　一旦某段压力管道出现第一次泄漏，在对其进行临时带压堵漏处理后，必须尽快制定更换计划，在此期间要加强带压堵漏处运行状态的实时监测。其次，如果同一根管线出现两个不同的泄漏点，必须要立即进行更换。这种情况基本上表明这根管线已经达到了腐蚀极限。