雙金屬復合管腐蝕分析及解決方法

趙 俊,陳振棟

(中海油(天津)管道工程技術有限公司，天津 300452)

雙金屬復合管是由兩種金屬管道組合而成的一種新型管道，其外管是普通的碳鋼管，承受管道系統(tǒng)的工作壓力[1]；內(nèi)管是耐蝕合金管，具有優(yōu)異的耐蝕性能[2]。雙金屬復合管改變了傳統(tǒng)金屬材料的單一性和局限性，通過碳鋼基體保證管道的整體強度和機械指標，使管道的使用壽命大大提高，使用成本降低，因而雙金屬復合管具有廣泛的應用前景。

1 雙金屬復合管的工藝流程

雙金屬復合管分為機械復合和冶金復合，其中以機械復合居多，即將碳鋼基管和不銹鋼管穿在一起采用水壓、爆炸及旋壓等方法生產(chǎn)，工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2 雙金屬復合管常見問題及原因分析

目前酸性氣田存在大量的H2S或CO2，由于服役環(huán)境惡劣，輸送管材必須具有較好的抗H2S，CO2，Cl-腐蝕性[3]，管道輸送介質(zhì)為氣液混合介質(zhì),H2S或CO2溶于水形成弱酸，會造成碳鋼管道的嚴重腐蝕。其中H2S腐蝕為電化學腐蝕、氫致開裂和硫化物應力腐蝕開裂，典型特征是局部腐蝕；CO2腐蝕主要是電偶腐蝕和電化學腐蝕，典型特征是局部腐蝕和均勻腐蝕。 此外，Cl-促進局部腐蝕，使腐蝕向管材基體縱深發(fā)展而形成氯化物點蝕，最終導致管道穿孔。

檢查雙金屬復合管時發(fā)現(xiàn)其部分內(nèi)壁存在較大范圍的銹跡，也有一部分雙金屬復合管內(nèi)壁存在水銹，現(xiàn)場管線腐蝕情況如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場管線腐蝕情況

2.1 雙金屬復合管發(fā)生電偶腐蝕的基理

(1)管帽密封不嚴，存在破損，雙金屬復合管進廠管端沒有用膠帶密封，運輸過程中進入鐵屑等污染物，并且堆場多雨空氣濕度大。

(2)噴砂除銹管端密封不嚴，吹掃設備未能將進入雙金屬復合管內(nèi)壁鋼砂吹掃干凈；手工除銹時，鐵屑通過破損管帽進入管中。

雙金屬復合管316L襯管表面發(fā)生鐵污染，鐵損傷導致鈍化膜破損，引起破損點和鈍化膜保護區(qū)的大陰極小陽極的電偶腐蝕。

316L不銹鋼耐蝕的原因是表面形成致密、穩(wěn)定牢固的氧化膜，如圖3所示。

雙金屬復合管發(fā)生電偶腐蝕原理：腐蝕電位較低的金屬和電位較高的金屬接觸而形成腐蝕原電池，其結(jié)果是電位較高的金屬發(fā)生陰極反應，導致其腐蝕過程受到抑制；電位較低的金屬發(fā)生陽極反應，導致其腐蝕過程加速，如圖4所示。

圖3 不銹鋼表面形成鈍化膜Cr2O3示意

圖4 電偶腐蝕示意

2.2 雙金屬復合管形成電偶腐蝕的原因

(1)材料表面條件不同(劃傷、摩擦、焊接)，如圖5所示。

圖5 雙金屬復合管形成電偶腐蝕

(2)一般情況下，隨著陰陽極面積比值的增加，作為陽極的金屬腐蝕速率也增加。

(3)海水等電導率高的介質(zhì)，電偶電流可分散到離接觸點較遠的陽極表面，陽極所受腐蝕較為均勻。但如果在軟水或普通大氣等電導率較低的介質(zhì)中，腐蝕會集中在離接觸點較近的陽極表面，相當于陽極的有效面積減少，增加了陽極局部表面的溶解速率。

2.3 措施及建議

(1)避免異種金屬合金的相互接觸。

(2)切忌形成大陰極-小陽極的不利于防腐蝕的面積比。

(3)不同腐蝕電位的金屬接觸面采取絕緣措施。

(4)如發(fā)現(xiàn)鐵污染等使316L表面鈍化膜損壞的情況，可對銹蝕位置拋光，去除浮銹，拋光后需符合最小壁厚要求，用不銹鋼酸洗鈍化膏均勻覆蓋在拋光位置，與未拋光位置至少搭接50 mm，用自來水(水中Cl-質(zhì)量濃度不能超過30 mg/L)對鈍化位置沖洗或用清潔濕抹布擦除鈍化膏，使其形成鈍化膜。對316L不銹鋼酸洗鈍化后，用內(nèi)窺鏡質(zhì)量檢驗合格(見圖6)。

圖6 內(nèi)窺鏡復驗雙金屬復合管內(nèi)壁情況

4 結(jié) 語

高酸性油氣田腐蝕環(huán)境惡劣，碳鋼難以滿足要求，加入緩蝕劑能起到一定的效果，但穩(wěn)定性不夠，耐蝕合金價格昂貴。雙金屬復合管具有良好的綜合性能，對強腐蝕環(huán)境的油氣田，其性價比優(yōu)勢明顯。為保證雙金屬復合管的服役周期，防止鐵污染和抑制電偶腐蝕尤為重要，可以在雙金屬復合管的管口處放置吸潮包，同時采用密封性好的管帽密封后，用無痕膠帶纏好。保證雙金屬復合管的質(zhì)量，以便應對強腐蝕環(huán)境的油氣田，延長雙金屬復合管道的使用壽命。