淺談?dòng)吞锏孛婀芫€的腐蝕失效

張海鵬

（大慶油田第三采油廠第四油礦，黑龍江 大慶 163000）

1 腐蝕的類型

1.1 按腐蝕環(huán)境條件分類

1.1.1 輸送介質(zhì)的腐蝕

輸送介質(zhì)對(duì)管線的腐蝕是個(gè)普遍的現(xiàn)象。雖然其組成是一個(gè)弱腐蝕體系，但對(duì)防腐不給予足夠的重視，仍會(huì)造成資源、能源、材料的浪費(fèi)，而且常常威脅著正常的安全生產(chǎn)和原油質(zhì)量。因此研究輸送介質(zhì)對(duì)管線的腐蝕有重要意義。

1.1.2 自然環(huán)境的腐蝕

由于油田地面管線大部分掩埋在土壤中，土壤是由固體、液體和氣體三相物質(zhì)組成的非均勻體系，內(nèi)中還含有氧、水分和各種腐蝕性的陰離子，如 NO3-、SO42-、CO32-、CL-等。

1.2 按腐蝕形貌分類

腐蝕按分布的集中度可以分為兩大類：全面腐蝕與局部腐蝕。兩者是相對(duì)而言的。腐蝕分布在整個(gè)金屬構(gòu)件表面上（包括均勻的、較均勻的和較不均勻的）稱為全面腐蝕；腐蝕從金屬管線表面萌生以及腐蝕的擴(kuò)展都是在很小的區(qū)域內(nèi)選擇地進(jìn)行的稱為局部腐蝕。

2 全面腐蝕

如果金屬材質(zhì)及腐蝕環(huán)境都較為均勻，腐蝕均布于構(gòu)件的整個(gè)表面，且以相同的腐蝕速度擴(kuò)展，則這種全面腐蝕就是均勻腐蝕。均勻腐蝕是一種累積的損傷，其宏觀表征是構(gòu)件厚度逐漸變薄，金屬材料逐漸損耗。用電化學(xué)過程解釋均勻腐蝕歷程則視金屬構(gòu)件表面由無數(shù)陰、陽極面積非常小的腐蝕原電池組成，微陽極與微陰極處于不斷的變動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)檎麄€(gè)金屬表面在溶液中都處于活化狀態(tài)，只是各點(diǎn)隨時(shí)間有能量起伏，能量高時(shí)為陽極，能量低時(shí)為陰極，隨電化學(xué)歷程的推移，金屬構(gòu)件的表面遭受均勻的腐蝕。如果金屬構(gòu)件表面某個(gè)位置總是陽極，則此處不斷的陽極溶解會(huì)產(chǎn)生局部腐蝕。如我隊(duì)北3-1-丙51井的摻水管線在更換過程中發(fā)現(xiàn)管壁厚度由鋪設(shè)時(shí)的3mm減少到不足2mm。

3 局部腐蝕

3.1 點(diǎn)腐蝕與縫隙腐蝕

在構(gòu)件表面出現(xiàn)個(gè)別孔坑或密集斑點(diǎn)的腐蝕稱為點(diǎn)腐蝕，又稱孔蝕或小孔腐蝕。點(diǎn)腐蝕是一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區(qū)高度集中的局部腐蝕形式。每一種管線金屬材料，對(duì)點(diǎn)腐蝕都是敏感的，管線金屬在表面的氧化皮或銹層有孔隙的情況下，在含氯離子的水中常發(fā)生點(diǎn)腐蝕。縫隙腐蝕是另一種更普遍且與點(diǎn)腐蝕很相似的局部腐蝕。

3.1.1 點(diǎn)腐蝕

點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生經(jīng)歷了點(diǎn)蝕孔的形成及點(diǎn)蝕孔的擴(kuò)展兩個(gè)階段。金屬表面的位錯(cuò)露頭、雜質(zhì)相界、不連續(xù)缺陷或金屬表面鈍化膜和保護(hù)膜的破損等部位都可以成為點(diǎn)蝕源，在電解質(zhì)中，這些部位往往呈活性狀態(tài)，電位比鄰近完好部位要負(fù)，兩者之間形成局部微電池。局部微電池作用的結(jié)果，陽極金屬溶解形成了點(diǎn)蝕核，陽極溶解產(chǎn)生的電子流向鄰近部位促成發(fā)生氧的還原反應(yīng)得到陰極保護(hù)。經(jīng)一段時(shí)間的局部微電池作用，點(diǎn)蝕核部位溶出點(diǎn)蝕孔。若介質(zhì)中含有活性離子如氯離子，能優(yōu)先吸附于點(diǎn)蝕核部位，或者排擠吸附的HO-、O2-離子，與金屬作用形成可水解的化合物，更容易引起金屬表面的微區(qū)溶解而形成點(diǎn)蝕孔。在點(diǎn)蝕孔內(nèi)由于陽極溶解下來的金屬離子形成的化合物發(fā)生水解而生成氯離子，因此蝕孔中的PH值下降，酸性加強(qiáng)。這樣又加速了金屬的溶解，從而造成了點(diǎn)蝕孔的擴(kuò)大與加深。而且腐蝕產(chǎn)物生成后積聚在孔口也使蝕孔內(nèi)外物質(zhì)遷移難以進(jìn)行，孔口的積聚物越來越多，使孔內(nèi)形成閉塞電池。隨著水解反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，PH值不斷下降，孔內(nèi)金屬離子濃度上升，為了維持電荷平衡，孔外活性的氯離子不斷的穿過腐蝕產(chǎn)物向蝕孔內(nèi)遷移，導(dǎo)致孔內(nèi)氯離子進(jìn)一步富集，這就是點(diǎn)腐蝕擴(kuò)展的“自催化酸化”過程。點(diǎn)腐蝕以自催酸化發(fā)展下去，使金屬管線的蝕孔迅速穿進(jìn)，以至穿透壁厚，發(fā)生介質(zhì)泄露。

3.1.2 縫隙腐蝕

金屬之間或金屬與非金屬之間形成很小的縫隙，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于靜滯狀態(tài)，從而引起縫內(nèi)金屬加速腐蝕的局面腐蝕形式稱為縫隙腐蝕。許多金屬管線的銹層、垢層等，在金屬表面上形成了縫隙，縫內(nèi)外難以進(jìn)行介質(zhì)交換，縫內(nèi)氧耗盡而形成氧濃差電池，或促使氯離子等活性離子進(jìn)入縫隙，使PH值降低，在縫隙內(nèi)產(chǎn)生自催化酸化過程，都會(huì)引起縫隙腐蝕。嚴(yán)重的部位則腐蝕穿孔。

3.1.3 應(yīng)力腐蝕開裂

應(yīng)力腐蝕開裂是金屬材料在靜拉伸應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)協(xié)同作用下，所出現(xiàn)的低于其強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象。應(yīng)力腐蝕開裂與單純由機(jī)械應(yīng)力造成的破壞不同，它在極低的應(yīng)力水平下也能產(chǎn)生破壞；它與單純由腐蝕引起的破壞也不同，腐蝕性極弱的介質(zhì)也能引起應(yīng)力腐蝕開裂。它是危害性極大的一種腐蝕破壞形式。從全面腐蝕角度看來應(yīng)力腐蝕開裂是在耐腐蝕的情況下發(fā)生的，細(xì)小的裂紋會(huì)深深地穿進(jìn)構(gòu)件之中，構(gòu)件表面沒有變形預(yù)兆，僅呈現(xiàn)模糊不清的腐蝕跡象，而裂紋在內(nèi)部迅速擴(kuò)展致突然斷裂，容易造成嚴(yán)重的事故。金屬構(gòu)件發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂必須同時(shí)滿足材料、應(yīng)力、環(huán)境三者的特定條件。應(yīng)力腐蝕一般發(fā)生在構(gòu)件表面能形成良好的保護(hù)膜所處的環(huán)境中，保護(hù)膜具有耐腐蝕的性能，當(dāng)保護(hù)膜在應(yīng)力及腐蝕作用下局部遭到破壞，材料開裂過程才得以進(jìn)行。

在我礦的管線腐蝕穿孔中，應(yīng)力腐蝕穿孔最為常見。在對(duì)北4-100-251、北4-8-48等油水井管線穿孔鑒定時(shí)發(fā)現(xiàn)穿孔處的管壁有輕度鼓脹，其周圍布有明顯可見的縱向裂紋。對(duì)管線爆裂部位取樣拋光后檢查證實(shí)，裂紋起源于鋼管外表面腐蝕坑并以枝杈狀向內(nèi)擴(kuò)展。由于管線材料本身具有較高的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)管線是在一定壓力下工作，故使管壁在承受相當(dāng)高的應(yīng)力條件下服役。而管線外表面那些有缺陷的地方被選擇性腐蝕形成腐蝕凹坑，當(dāng)腐蝕坑常年在介質(zhì)和應(yīng)力的聯(lián)合作用下萌生裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展，管壁有效截面減小，直到不能承受工作負(fù)荷時(shí)，就會(huì)突然破裂。

4 對(duì)管線腐蝕穿孔的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)及預(yù)防措施

4.1 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

4.1.1 管線腐蝕不僅損耗了材料，因腐蝕造成的環(huán)境污染、生產(chǎn)檢修，甚至人身傷害等損失更是無法估量，因此必須對(duì)管線腐蝕及腐蝕穿孔分析給予高度重視。

4.1.2 由于金屬管線的全面腐蝕裸露性強(qiáng)，在現(xiàn)場(chǎng)上容易采取對(duì)策，只要做好管線防腐保溫及預(yù)留使用腐蝕裕量便可在管線設(shè)計(jì)壽命內(nèi)安全使用。

4.1.3 在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的管線腐蝕穿孔中，局部腐蝕較不容易發(fā)現(xiàn)且預(yù)測(cè)監(jiān)控及預(yù)防比較困難。

4.2 預(yù)防措施意見

4.2.1 選擇合適的耐腐蝕材料，防止過多的非金屬夾雜物，提高成分和組織的均勻性，提高材料韌性。

4.2.2 確保能將管線表面與環(huán)境隔離。

4.2.3 力集中、尖角、縫隙和結(jié)構(gòu)厚薄懸殊，采用退火等手段消除殘余應(yīng)力。

4.2.4 劑改善管線工作環(huán)境。

[1]廖景娛.金屬構(gòu)件失效分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]趙芳壁.化工腐蝕與防護(hù)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1992.