采油廠彎頭失效分析

劉佳

摘要:某廠使用的彎頭出現(xiàn)穿孔失效現(xiàn)象,通過對失效樣品現(xiàn)場勘查以及對樣品宏觀觀察、理化性能分析及介質(zhì)化驗，得出樣品機械性能、金相組織符合要求，由于介質(zhì)存在礦化度高，導電性強的特點，在電化學腐蝕趨勢下，致使局部蝕坑沿液體流動方向不斷向縱、深擴展，最終導致腐蝕穿孔現(xiàn)象發(fā)生。

關(guān)鍵詞：彎頭、失效、礦化度、電化學腐蝕

1.前言

受采油廠委托，對其腐蝕穿孔的彎頭進行失效原因分析。

2.失效樣品使用及現(xiàn)場勘查情況

失效樣品使用及現(xiàn)場勘查情況如下：

該站5月21日投投產(chǎn)，6月26日發(fā)現(xiàn)穿孔。截止目前共發(fā)生穿孔11處，現(xiàn)場勘驗均發(fā)生在彎頭本體部位。

3.失效樣品宏觀分析

通過對樣品內(nèi)表面進行觀察，可以看出：

(1)穿孔區(qū)域明顯減薄，樣品內(nèi)表面存在明顯的溝槽狀腐蝕，腐蝕方向沿液體流動方向，貫穿彎頭肘部內(nèi)凹處。

（2）腐蝕處無明顯腐蝕產(chǎn)物聚集，樣品內(nèi)表面覆蓋有黃色和黑色垢層。

通過以上幾點，可以看出此樣品存在典型的溝槽腐蝕的跡象，腐蝕方向沿液體流動方向向縱、深處發(fā)展。

4.理化分析

從樣品靠近失效區(qū)域截取樣品進行金相分析及材質(zhì)化驗，從未失效樣品上截取試樣進行機械性能試驗，結(jié)果如下

（1）金相組織：鐵素體+珠光體

（2）機械性能

抗拉強度（410～530）：500,480,500；

屈服強度（≥245）：355,330,375

斷后伸長率（≥20%）：26%，26%，26%

（3）化學成分

C: 0.21%;Si: 0.23%,Mn: 0.52%,

P: 0.023%,S: 0.010%,Cr: 0.02%

通過對樣品的理化分析，可以看出：

(1)該樣品金相組織符合正火管材要求。

(2)該樣品理化性能均符合20#鋼要求。

5.輸送介質(zhì)分析

采油廠提供水樣測試結(jié)果顯示：

所檢混合液pH值6.9,呈弱酸性，SRB菌6個/mL,含量較低，無硫化物，礦化度達到31006mg/L，氯離子含量為19169mg/L，屬于高礦化度強腐蝕性水，

介質(zhì)的礦化度高，導電性強，易發(fā)生電化學腐蝕，屬于強腐蝕性介質(zhì)，尤其是氯離子含量高，對金屬的穿透能力強，易造成點蝕，在缺乏防腐措施保護的情況下造成管線穿孔。

6.失效原因分析

（1）不同介質(zhì)的影響

在集輸管線中存在著油相、水相、少量固體粘稠的沉積相，后者主要為地層帶出的泥沙、不溶性的腐蝕產(chǎn)物等，其常規(guī)分布為上層為油，中間為水，下層靠近管線底部的為沉積物，由于金屬在不同的介質(zhì)中電極電位不同，沉淀區(qū)下為陽極區(qū)，上部為陰極區(qū)，且輸送介質(zhì)具有較強的腐蝕性，尤其是含有較高的氯離子，破壞了垢層的結(jié)構(gòu)，宏觀上形成了“大陰極-小陽極”的腐蝕電池，（可以簡單的想象為金屬電鍍工藝過程，陽極區(qū)作為電鍍工藝中金屬的來源區(qū)），產(chǎn)生電化學腐蝕，且陰極區(qū)比陽極區(qū)面積越大，這種作用越顯著。宏觀腐蝕電池是產(chǎn)生局部腐蝕、溝槽腐蝕的重要原因。

（2）液體流速及固體顆粒的影響

流速對腐蝕速度有極大的影響，主要因為隨著液體流速的提高，促進了腐蝕性介質(zhì)的供應(yīng)量，加速了腐蝕，并造成液體對金屬表面的沖擊。此外由于金屬與液體間的剪切作用力，使腐蝕產(chǎn)物從金屬表面剝離，由液體帶走，尤其是液體中含固體粒子時，金屬表面的腐蝕會更加嚴重，其腐蝕特點可由全面腐蝕變成磨損腐蝕，由磨損腐蝕形成的局部腐蝕通常具有表面光亮，無腐蝕產(chǎn)物沉積的特點，且其外貌沿流動方向呈谷狀，一般按液體流動方向切入金屬。

（3）腐蝕溝槽的形成

溝槽腐蝕的發(fā)展與介質(zhì)的腐蝕性、管線內(nèi)宏腐蝕電池的作用有關(guān)，對溝槽腐蝕影響很大的因素是流動狀態(tài)。沖刷腐蝕是金屬表面與腐蝕流體之間由于高速相對運動引起的金屬損傷。通常在靜止或低速流動的腐蝕介質(zhì)中并不嚴重，而當腐蝕流體高速運動時，破壞了金屬的表面磨或腐蝕產(chǎn)物膜，表面膜的減薄或去除加速了金屬的腐蝕過程。因而沖蝕是流體的沖刷與腐蝕協(xié)同作用的結(jié)果。沖蝕常發(fā)生在集輸?shù)阮I(lǐng)域的各種管道上，尤其在外頭、肘管和三通等改變流體方向、速度和增大紊流的部位比較嚴重。

腐蝕溝槽的位置為彎頭內(nèi)凹處，此處液體流向發(fā)生改變，存在流速變化和紊流情況。

沖力的大小與液體的流速、管內(nèi)的壓力是成正比的，即液體流速越快，沖力就越大，對管壁的壓力也越大，對金屬的沖刷作用也就越大，在介質(zhì)的沖刷作用下，腐蝕產(chǎn)物受沖刷作用不斷剝離，沖力越大，剝離越快，同時由于管內(nèi)宏腐蝕電池的存在，沉積層剝離的越多，“大陰極-小陽極”的趨勢越明顯，腐蝕作用的效果越加顯著，露出新鮮活性金屬表面又產(chǎn)生新的腐蝕。通過這樣長時間周而復始的不斷沖蝕，最終樣品壁厚減薄出現(xiàn)穿孔失效。

7.結(jié)論

（1）該樣品機械性能、金相組織符合要求。

（2）該失效樣品溝槽沿液體流動方向分布，其橫斷面為上寬下窄的梯形深谷，為典型的溝槽腐蝕。

（3）集輸管線中油相、水相、沉積相可形成宏腐蝕電池，可誘發(fā)溝槽腐蝕和點蝕。隨著液體的磨蝕，腐蝕產(chǎn)物及管壁沉積層被剝離，加劇了“大陰極-小陽極”的電化學腐蝕趨勢，致使局部蝕坑沿液體流動方向不斷向縱、深擴展，最終導致腐蝕穿孔現(xiàn)象發(fā)生。

8.建議

（1）提高彎頭壁厚，加強彎頭耐沖蝕能力

（2）在管道的設(shè)計上，盡量減少流體的變向，加大彎頭半徑，提高彎頭的流通直徑，以降低流速。

（3）工藝措施調(diào)整，凈化介質(zhì)，過濾流體的顆粒雜質(zhì)，降低介質(zhì)的腐蝕性。