東海某油田管線失效分析

劉旭文

（中央制塑（天津）有限公司，天津 300392）

0 引言

金屬材料在海洋惡劣環(huán)境中的腐蝕十分嚴重。據(jù)資料介紹，在我國，海洋腐蝕的損失約占總腐蝕損失的1/3，每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失比因火災、風災、水災、地震等自然災害損失的總和還要大[1]。對于油田管線處于嚴酷的海洋腐蝕環(huán)境下，暴露引起的涂層老化和涂層下的金屬腐蝕是引起涂層失效最重要的兩個因素[2]。涂層下的金屬腐蝕主要為電化學腐蝕，還有化學侵蝕、物理機械侵蝕等[3]。涂層一旦破壞，它所保護的金屬基體材料將受到腐蝕，經(jīng)常出現(xiàn)管線失效穿孔現(xiàn)象，影響到金屬構件的服役壽命。對于此種情況，對失效管線發(fā)生腐蝕的真正原因進行分析非常必要，以便于找到及控制其腐蝕的更好措施。

1 管線失效情況

1.1 東海某油田生產(chǎn)流程概述

東海某油田，其產(chǎn)出液經(jīng)過一級、二級、三級分離器逐級分離后，從分類器分出來的水通過撇油器和水力旋流器等流程處理合格后方可排海。由于東海海域是典型的嚴酷腐蝕環(huán)境，此油田生產(chǎn)平臺及其排海管處于如此惡劣的腐蝕環(huán)境中，造成的腐蝕也相對較嚴重。

1.2 失效管線缺陷形貌

該排海管線管外壁防護涂層基本都脫落掉，其管線基體腐蝕也非常嚴重，發(fā)生了明顯的凹坑腐蝕，腐蝕凹坑從外壁向內(nèi)壁發(fā)展，管壁已被蝕穿，內(nèi)壁較平整。

2 失效分析方法及結(jié)果

2.1 宏觀檢查

排海管的外壁呈棕色和紅棕色，表面保護層已遭破壞，管子外壁表面剝落、腐蝕較嚴重，局部未剝落區(qū)域呈暗紅色，為表面防護層，剝落區(qū)域呈棕色，發(fā)生均勻腐蝕（如圖1所示），內(nèi)壁表面呈灰色，腐蝕不明顯（如圖2所示）。在排海管上切割取樣，將樣塊上的外壁和內(nèi)壁（局部）表面形貌放大，發(fā)現(xiàn)排海管的外壁有局部腐蝕跡象，內(nèi)壁存在麻點狀小凹坑，腐蝕較均勻（如圖3、圖4所示）。

圖1 排海管外壁形貌

圖2 排海管內(nèi)壁形貌

圖3 排海管外壁（局部）形貌

圖4 排海管內(nèi)壁（局部）形貌

2.2 微觀形貌分析

分別在排海管上取縱截面和橫截面，經(jīng)拋光處理后置于掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，排海管外壁表面未剝落的防護層厚度較厚，防護層與基體之間出現(xiàn)間隙，防護層中亦存在分層跡象，低倍形貌顯示排海管外壁呈波浪形，高倍形貌顯示排海管外壁存在寬淺型點蝕特征（如圖5～圖8所示），排海管內(nèi)壁表面的高倍形貌顯示排海管的內(nèi)壁上局部區(qū)域存在底切型點蝕特征（如圖9～圖12所示）。

圖5 排海管外壁縱截面低倍形貌

圖8 排海管外壁橫截面高倍形貌

圖9 排海管內(nèi)壁縱截面低倍形貌

圖12 排海管內(nèi)壁橫截面高倍形貌

圖6 排海管外壁縱截面放大形貌

圖7 排海管外壁橫截面低倍形貌

圖10 排海管內(nèi)壁縱截面放大形貌

圖11 排海管內(nèi)壁橫截面低倍形貌

2.3 腐蝕產(chǎn)物分析

采用掃描電鏡能譜分析排海管外壁和內(nèi)壁上的腐蝕產(chǎn)物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

排海管外壁上表面腐蝕產(chǎn)物中所含的腐蝕性元素主要為O元素和S元素，能譜成分分析結(jié)果如表1所示。

表1 排海管外壁腐蝕產(chǎn)物能譜成分分析結(jié)果

排海管內(nèi)壁上的腐蝕產(chǎn)物中所含的腐蝕性元素主要為O元素、S元素和Cl元素，能譜成分分析結(jié)果如表2所示。

表2 排海管內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物能譜成分分析結(jié)果

2.4 化學成分分析

對排海管基體進行成分化學分析，結(jié)果如表3所示，排海管的成分符合15#鋼或20#鋼的成分標準，屬于碳素結(jié)構鋼。

表3 排海管的化學成分及15#鋼和20#鋼的成分標準

3 分析討論

排海管的材質(zhì)為15#鋼或20#鋼，屬于碳素結(jié)構鋼材料。排海管外壁表面有較厚的防護涂層，防護涂層大面積剝落，涂層剝落區(qū)域主要發(fā)生均勻腐蝕，微觀檢查發(fā)現(xiàn)排海管外壁殘留的防護層與基體之間出現(xiàn)間隙，防護層中亦存在分層跡象，排海管外壁表面呈波浪形，局部存在寬淺型點腐蝕特征，掃描電鏡能譜分析表明排海管外壁點腐蝕產(chǎn)物中含有O、S腐蝕性元素。

排海管內(nèi)壁表面的防護涂層較薄，防護層基本完好，內(nèi)壁存在麻點狀小凹坑，微觀檢查發(fā)現(xiàn)排海管的內(nèi)壁上局部區(qū)域存在底切型點腐蝕特征，掃描電鏡能譜分析表明排海管內(nèi)壁點腐蝕產(chǎn)物中含有O、S、Cl腐蝕性元素。

排海管位于海平面上，由于外壁表面防護涂層較厚，如果涂層材料結(jié)合力不佳，受溫度、海風等因素影響，在長期服役過程中涂層容易發(fā)生分層、開裂和剝落。一旦排海管外壁表面防護涂層剝落，基體為普碳鋼的排海管暴露在海洋大氣中，發(fā)生大氣腐蝕，造成排海管外壁發(fā)生均勻腐蝕。硫化物夾雜是材料中常見非金屬夾雜物，排海管外壁表面腐蝕遇到硫化物就會在局部區(qū)域發(fā)生點腐蝕，在點腐蝕產(chǎn)物中含有S元素。

排海管內(nèi)壁存在麻點狀小凹坑，可能是排海管內(nèi)部的水質(zhì)中含量較多的礦化顆粒和濃度較高的酸根離子，造成內(nèi)壁出現(xiàn)點狀破損，水質(zhì)中的濃度較高的Cl-使得排海管內(nèi)壁局部區(qū)域發(fā)生點腐蝕。

4 結(jié)論及建議

（1）在長期服役過程中排海管外壁表面防護涂層剝落，外壁發(fā)生均勻腐蝕，并在硫化物夾雜處發(fā)生點腐蝕。排海管外壁的表面防護涂層不宜太厚，并進行定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)防護涂層出現(xiàn)破損后及時采取修補措施；

（2）排海管內(nèi)壁在長期服役過程中出現(xiàn)點狀破損，內(nèi)部水質(zhì)中含有濃度較高的Cl-，導致排海管內(nèi)壁局部區(qū)域發(fā)生點腐蝕。排海管可考慮選擇耐候鋼或雙相不銹鋼材料。