管道設(shè)備腐蝕與防腐技術(shù)探討

馬文禮，閆鴻壽，劉俊生，劉鵬，樊安寧，張宗領(lǐng)

（1.中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司， 新疆 克拉瑪依 834003）

（2.神華新疆化工有限公司， 新疆 烏魯木齊 831400）

腐蝕現(xiàn)象普遍存在于石化行業(yè)的各領(lǐng)域，例如在煉油廠(chǎng)中大量使用的彎頭、三通等部件中會(huì)產(chǎn)生沖刷腐蝕，在空氣預(yù)熱器中會(huì)產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕，在低溫部位板式空冷器、催化分餾塔等特定部位均可產(chǎn)生腐蝕穿孔。煉化設(shè)備，一般均處于復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境中，易受到電化學(xué)腐蝕的干擾，最容易出現(xiàn)腐蝕等問(wèn)題[1]?？梢?jiàn)，探討管道設(shè)備的腐蝕與防腐技術(shù)對(duì)煉油廠(chǎng)及整個(gè)油氣田的安全生產(chǎn)及儲(chǔ)運(yùn)都具有重要意義。

1 腐蝕的基本理論

1.1 腐蝕的基本原理

根據(jù)目前我國(guó)特種設(shè)備的生產(chǎn)形勢(shì)分析，腐蝕是造成不同時(shí)期壓力容器失效、特種設(shè)備缺陷的主要原因。通常，管道設(shè)備基本都由金屬組成，而有金屬的地方就伴隨著腐蝕產(chǎn)生。金屬腐蝕是在電化學(xué)或者化學(xué)作用下造成金屬本身結(jié)構(gòu)或者材質(zhì)發(fā)生變質(zhì)和破壞的腐蝕，其根本原因是金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)[2]。

2 管道設(shè)備的主要腐蝕類(lèi)型

2.1 均勻腐蝕

均勻腐蝕通常在金屬的表面發(fā)生，其腐蝕表征是金屬的初始尺寸減小，繼續(xù)腐蝕將會(huì)完全破壞金屬表面結(jié)構(gòu)。均勻腐蝕的電化學(xué)腐蝕速率可用線(xiàn)性函數(shù)來(lái)表達(dá)[3]。在石化企業(yè)，對(duì)于那些容易發(fā)生均勻腐蝕的設(shè)備，材質(zhì)升級(jí)為耐腐蝕材料，可強(qiáng)化其耐腐蝕性。

2.2 局部腐蝕

局部腐蝕發(fā)生在金屬的某個(gè)集中局部位置，而其他部位僅發(fā)生輕微腐蝕或不發(fā)生腐蝕。鑒于電化學(xué)反應(yīng)具有自催化的腐蝕特征，造成局部腐蝕持續(xù)加速。煉化設(shè)備中常見(jiàn)的局部腐蝕主要包括以下幾種形式。

2.2.1 電偶腐蝕

圖1為某過(guò)熱蒸汽爐對(duì)流段釘頭彎頭焊縫腐蝕穿孔的實(shí)例，主要原因是鍋爐水含氧量高，焊縫與彎頭本體的電位差形成了電偶腐蝕。

圖1 某過(guò)熱蒸汽爐對(duì)流段釘頭彎頭焊縫的電偶腐蝕穿孔

電偶腐蝕的主要影響因素包括腐蝕介質(zhì)及陰、陽(yáng)極面積比等，通過(guò)對(duì)上述影響因素的分析，對(duì)煉化設(shè)備發(fā)生電偶腐蝕提出一系列相應(yīng)的防腐措施：恰當(dāng)選材、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用涂料保護(hù)層、改善腐蝕環(huán)境、采取陰極保護(hù)等。

2.2.2 孔蝕

孔蝕通常包括窄深型、橢圓形、寬淺型、空洞形、底切形、水平形等。孔蝕的形成機(jī)理主要包括兩種：鈍化膜破壞理論和吸附理論。圖2所示為某油田氮化注水管的孔蝕現(xiàn)象。

圖2 某油田氮化注水管的孔蝕

孔蝕的影響因素包括冶金因素和環(huán)境因素兩大類(lèi)。其中，環(huán)境影響因素主要包括介質(zhì)的類(lèi)型、濃度、溫度、溶液pH值以及介質(zhì)中其他陰離子的作用。通常采用以下措施預(yù)防孔蝕的發(fā)生：（1）降低溶液中的氯離子含量，提高pH值等；（2）選用耐孔蝕的合金材料；（3）電化學(xué)保護(hù)；（4）鈍化合金表面，提高其鈍態(tài)穩(wěn)定性；（5）使用相應(yīng)的緩蝕劑，降低腐蝕速率。

2.2.3縫隙腐蝕

縫隙腐蝕一般發(fā)生在狹小縫隙中，可以是金屬與金屬間形成的縫隙，也可以是金屬與非金屬間形成的縫隙，縫隙的存在導(dǎo)致腐蝕性介質(zhì)長(zhǎng)期滯留從而加速腐蝕現(xiàn)象。其腐蝕機(jī)理主要包括兩個(gè)階段：氧濃差電池形成的初期階段和閉塞電池形成的后期階段，其造成腐蝕加速的根本原因是酸化自催化作用。

影響縫隙腐蝕的主要環(huán)境因素包括介質(zhì)流速、介質(zhì)中的氧含量、介質(zhì)溫度、介質(zhì)pH值及介質(zhì)中的氯離子的濃度等。通?？梢圆扇∪缦麓胧╊A(yù)防縫隙腐蝕：重新設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)，比如將歐米伽密封環(huán)改造為唇式密封環(huán)，減少縫隙結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生；采取電化學(xué)保護(hù)方式；采用相應(yīng)的緩蝕劑降低腐蝕速率；及時(shí)清理金屬表面的雜質(zhì)等非金屬沉積物。

2.2.4 晶間腐蝕

圖3為鋼管中常見(jiàn)的晶間腐蝕現(xiàn)象。石化設(shè)備中通過(guò)采用超低碳不銹鋼或雙相鋼等措施來(lái)提高設(shè)備的抗晶間腐蝕性能。

圖3 鋼管中常見(jiàn)的晶間腐蝕

2.2.5 磨損腐蝕

在腐蝕和磨損的共同作用下材料發(fā)生加速腐蝕破壞現(xiàn)象稱(chēng)為磨損腐蝕。主要包括摩振腐蝕、湍流腐蝕、空泡腐蝕。圖4為煉廠(chǎng)設(shè)備中存在的空泡腐蝕和離心泵的汽蝕現(xiàn)象。

圖4

3 管道設(shè)備的腐蝕防護(hù)技術(shù)

針對(duì)以上管道設(shè)備中常見(jiàn)的腐蝕類(lèi)型及共同點(diǎn)，提出了以下幾點(diǎn)腐蝕防護(hù)措施：

3.1 腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)

（1）合理選材。對(duì)于有效的腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)，正確的材料選擇對(duì)于預(yù)防腐蝕至關(guān)重要。選材時(shí)首先明確材質(zhì)所處的工作環(huán)境狀態(tài)，確定其介質(zhì)具體參數(shù)；其次在選材時(shí)還要考慮后期的防腐防護(hù)措施，考慮其制造性能、焊接性能及其成品的耐蝕性能等。

（2）防蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且合理為核心，減少縫隙結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，避免雜質(zhì)沉積造成腐蝕[4]。此外，在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量降低各種應(yīng)力以減少應(yīng)力腐蝕，還要防止環(huán)境差異和液體流動(dòng)狀態(tài)引起的沖刷腐蝕。

3.2 改善腐蝕環(huán)境

（1）控制環(huán)境介質(zhì)中的有害成分。根據(jù)煉廠(chǎng)一線(xiàn)車(chē)間的工作經(jīng)驗(yàn)可以確定煉化企業(yè)中的設(shè)備腐蝕程度往往與化學(xué)介質(zhì)的濃度有直接關(guān)系?；瘜W(xué)介質(zhì)的腐蝕特性主要受到其自身的濃度以及工作環(huán)境的影響。因此，嚴(yán)格控制介質(zhì)中的有氧含量、pH值等參數(shù)尤為重要。

（2）添加相應(yīng)的緩蝕劑。鑒于緩蝕劑價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，使用要求低，因此其在石化設(shè)備防腐措施中有著廣泛應(yīng)用。在實(shí)際防腐中，要根據(jù)具體的金屬特性及對(duì)應(yīng)的使用介質(zhì)選擇合適的相應(yīng)緩蝕劑，以滿(mǎn)足緩蝕劑的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3.3 電化學(xué)保護(hù)

圖5 換熱器中犧牲陽(yáng)極和涂層聯(lián)合防腐技術(shù)

電化學(xué)保護(hù)是根據(jù)金屬腐蝕的電化學(xué)原理，將被保護(hù)金屬的電位移至免蝕區(qū)或鈍化區(qū)，以降低腐蝕速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬的保護(hù)，包括陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)。圖5為冷換設(shè)備中犧牲陽(yáng)極和涂層聯(lián)合的防腐技術(shù)。

3.4 表面防護(hù)技術(shù)

最易發(fā)生、最常見(jiàn)的腐蝕現(xiàn)象通常生在設(shè)備的表面，所以對(duì)設(shè)備表面做防腐蝕是防腐的首要工作。常見(jiàn)的表面防護(hù)措施有滲鍍、噴鍍、包鍍等鍍層技術(shù)。根據(jù)設(shè)備的具體使用環(huán)境、材料及性能，選擇科學(xué)安全的噴漆防腐，才能有效降低設(shè)備出現(xiàn)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)[5]。圖6為冷換設(shè)備中專(zhuān)用防腐涂料的表面防護(hù)案例。

圖6 冷換設(shè)備中的專(zhuān)用防腐涂料

3.5 提高防腐工作人員的專(zhuān)業(yè)水平

煉化企業(yè)設(shè)備不論出現(xiàn)何種類(lèi)型的腐蝕，不但影響設(shè)備外觀(guān)，更會(huì)影響設(shè)備的使用性能及使用安全。因此，在日常的防腐工作中，煉化企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)防腐工作人員的培訓(xùn)，提高其專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，做好全方位的防腐監(jiān)督工作，定期開(kāi)展防腐工作周總結(jié)、月總結(jié)及年度總結(jié)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕問(wèn)題、處理問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

管道設(shè)備腐蝕，是一個(gè)長(zhǎng)期且無(wú)法根治的問(wèn)題，加劇了防腐蝕工作的壓力，為石化行業(yè)帶來(lái)較為沉重的干擾，因此，要求管道設(shè)備一定要具有相對(duì)強(qiáng)的防腐蝕功能。結(jié)合管道設(shè)備中的主要腐蝕形式，針對(duì)每種腐蝕形式采取相應(yīng)的防腐蝕措施，提高其使用的安全性，營(yíng)造一個(gè)可靠、安全的生產(chǎn)環(huán)境。