汽機(jī)開式水系統(tǒng)埋地回水管泄漏原因分析與預(yù)防措施

周公文*

（泰安市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院）

0 引言

2020年，某燃?xì)廨啓C(jī)汽機(jī)開式水系統(tǒng)埋地回水管道發(fā)生泄漏，管道規(guī)格為426 mm×6 mm，材質(zhì)為20G，管道內(nèi)外表面均進(jìn)行覆層防腐處理，管道內(nèi)運(yùn)行介質(zhì)為開式水，介質(zhì)壓力為0.2～0.3 MPa，運(yùn)行溫度在50 ℃以下，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為6年。開式水系統(tǒng)的主要作用是向閉式水熱交換器及真空泵的冷卻器提供冷卻水。電廠內(nèi)回水管道基本采用埋地管道形式，埋地管道具有隱蔽、美觀等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也同樣顯著，比如在埋管前需做好外層防腐，必要時(shí)需增加陰極保護(hù)，維修保養(yǎng)及檢驗(yàn)檢測(cè)等難度增大，埋地管道的腐蝕情況及泄漏風(fēng)險(xiǎn)仍然困擾著使用單位及檢驗(yàn)檢測(cè)單位。

本文對(duì)泄漏的埋地回水管道進(jìn)行宏觀檢查和理化檢驗(yàn)分析，通過(guò)宏觀檢查、金相組織檢驗(yàn)、硬度檢驗(yàn)、能譜分析，找出該開式水回水管道泄漏的主要原因，并給出相應(yīng)的處理建議。

1 試驗(yàn)過(guò)程和儀器

對(duì)該開式水回水管道泄漏位置進(jìn)行了宏觀檢查，并在泄漏點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行線切割取樣，經(jīng)磨制拋光后，利用4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）硝酸酒精溶液腐蝕，采用PTI-5000型金相顯微鏡觀測(cè)金相組織形態(tài)。利用BH-3000型布氏硬度計(jì)對(duì)金相試樣進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，利用Carl Zeiss Sigma 300型熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和牛津X-Max能譜儀對(duì)該回水管腐蝕穿孔區(qū)域進(jìn)行能譜分析，檢測(cè)腐蝕產(chǎn)物的成分及其含量。

2 試驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 宏觀檢查

圖1為開式水埋地回水管道內(nèi)外壁的宏觀形貌。從管道外壁可以看出，外表面存在多個(gè)大小不均的腐蝕坑，呈局部點(diǎn)腐蝕特征，部分較大腐蝕坑已貫穿管壁，腐蝕部位分布于管外壁無(wú)保護(hù)覆層處，腐蝕區(qū)域呈紅棕色，如圖1 a）所示。管道外表面點(diǎn)腐蝕坑隨腐蝕深的增加，腐蝕坑截面積逐漸減小，腐蝕坑橫截面呈倒八字形態(tài)，管道內(nèi)表面除泄漏點(diǎn)附近存在保護(hù)覆層與基體少量剝離現(xiàn)象，其他大部分區(qū)域保護(hù)覆層仍完好，未見明顯剝離現(xiàn)象及腐蝕現(xiàn)象，如圖1 b）所示。根據(jù)宏觀檢查結(jié)果初步判定，該開式水系統(tǒng)回水管道應(yīng)是由外壁保護(hù)覆層發(fā)生破損導(dǎo)致局部區(qū)域發(fā)生點(diǎn)腐蝕，點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重區(qū)域已發(fā)生腐蝕穿孔。

圖1 開式水回水管宏觀形貌

2.2 金相檢驗(yàn)

對(duì)腐蝕穿孔區(qū)域進(jìn)行線切割取樣，經(jīng)粗磨、細(xì)磨、拋光后，利用4%硝酸酒精溶液進(jìn)行浸蝕，圖2為開式水回水管道腐蝕穿孔區(qū)域的金相組織形貌。顯微組織檢驗(yàn)表明，腐蝕穿孔區(qū)外表面存在明顯的壁厚減薄現(xiàn)象，漏點(diǎn)附近內(nèi)壁存在少量壁厚減薄，遠(yuǎn)離漏點(diǎn)的內(nèi)壁表面較為平整，未見明顯腐蝕減薄現(xiàn)象。母材組織為鐵素體+珠光體，晶粒尺寸細(xì)小均勻，金相組織未見明顯異常。

圖2 開式水回水管的金相組織形貌

2.3 硬度檢驗(yàn)

利用BH-3000型布氏硬度計(jì)在金相試樣上進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)載荷為1837.5 N，保載時(shí)間為10 s，結(jié)果可見表1。試驗(yàn)結(jié)果表明：埋地回水管道基體硬度值符合DL/T 438—2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》對(duì)20G鋼管硬度要求。

表1 布氏硬度試驗(yàn)結(jié)果

2.4 能譜分析

埋地回水管道腐蝕穿孔區(qū)域經(jīng)酒精溶液清洗后，利用Carl Zeiss Sigma 300型熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和牛津X-Max能譜儀對(duì)該回水管腐蝕穿孔區(qū)域進(jìn)行能譜元素分析結(jié)果如圖3所示。檢測(cè)腐蝕區(qū)域腐蝕產(chǎn)物的元素成分及其組成，結(jié)果如表2所示。能譜分析結(jié)果表明：腐蝕坑表面處的腐蝕產(chǎn)物主要為鐵的氧化物，并含有少量Ca、Mg、S、P等雜質(zhì)元素。

圖3 開式水回水管漏點(diǎn)處SEM圖及能譜圖

表2 漏點(diǎn)表面腐蝕產(chǎn)物能譜分析

2.5 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

開式水埋地回水管道外表面局部區(qū)域發(fā)生腐蝕穿孔，穿孔處金相組織和硬度均未見異常。從漏點(diǎn)形態(tài)分析，管道外壁防護(hù)層破損導(dǎo)致外壁與土壤直接接觸發(fā)生土壤腐蝕；對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析后可知，外防護(hù)層發(fā)生局部破損，破損處裸露管道外壁與土壤接觸發(fā)生土壤腐蝕而造成局部區(qū)域點(diǎn)腐蝕穿孔，致使管道發(fā)生泄漏失效。而腐蝕產(chǎn)物中含有少量S、P等危害雜質(zhì)元素，促使管道發(fā)生多元腐蝕，從而加速管道發(fā)生點(diǎn)腐蝕。

3 預(yù)防措施

影響埋地管道腐蝕的因素可分為外部腐蝕環(huán)境和內(nèi)部腐蝕環(huán)境，外部腐蝕環(huán)境主要為土壤腐蝕和雜散電流腐蝕，內(nèi)部腐蝕環(huán)境主要為管道輸送流體介質(zhì)對(duì)管道內(nèi)壁的侵蝕。埋地管道由于內(nèi)部介質(zhì)流動(dòng)及速度波動(dòng)，易造成管道產(chǎn)生振動(dòng)或位移，從而導(dǎo)致管道外壁與土壤層間的接觸摩擦而機(jī)械破壞管道外壁的防腐層，并且在安裝過(guò)程中如安裝質(zhì)量控制不嚴(yán)同樣易造成外防腐層的機(jī)械損傷。外部腐蝕的主要因素為土壤腐蝕，土壤腐蝕影響的因素主要包括土壤電阻率、pH、含水量、含鹽量、含氯量，管道自然腐蝕電位及氧化還原電位等。管道內(nèi)部腐蝕主要受輸送流體介質(zhì)的影響，以及介質(zhì)中摻雜其他有害雜質(zhì)，如氧、硫、磷等腐蝕元素，當(dāng)管道內(nèi)壁防腐蝕層發(fā)生破壞或鈍化膜被破壞時(shí)，管道內(nèi)壁則直接與介質(zhì)及雜質(zhì)接觸而發(fā)生化學(xué)腐蝕，常用的管道內(nèi)壁保護(hù)方法為內(nèi)涂敷防腐蝕涂層防腐，以隔絕內(nèi)壁與介質(zhì)接觸而達(dá)到防腐蝕目的。

埋地管道腐蝕檢測(cè)方法分為不開挖檢測(cè)、破損點(diǎn)定位不開挖檢測(cè)及開挖檢測(cè)。不開挖檢測(cè)應(yīng)檢測(cè)外防腐層的電阻率、電流衰減率及破損點(diǎn)密度等參數(shù)來(lái)判定外防腐層的完整情況，開挖檢測(cè)需選定最可能出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕等具有代表性的區(qū)域進(jìn)行開挖，通過(guò)宏觀檢查、厚度測(cè)量、漏點(diǎn)檢測(cè)、防腐層粘結(jié)力檢測(cè)等手段判定外防腐層的完整情況。開挖檢測(cè)無(wú)疑增加了使用單位準(zhǔn)備難度，但檢測(cè)效果能真實(shí)地反應(yīng)管道的現(xiàn)實(shí)狀況，為檢驗(yàn)人員判定埋地管道全面狀況提供參考依據(jù)。因此，對(duì)于埋地管道的檢驗(yàn)，需要檢驗(yàn)人員根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況選擇合適的檢測(cè)手段和方法，以及選擇具有代表性的部位進(jìn)行開挖檢測(cè)，降低使用單位的準(zhǔn)備難度，同時(shí)能評(píng)價(jià)埋地管道的真實(shí)安全情況。

對(duì)于埋地回水管道，使用單位在埋管前應(yīng)做好內(nèi)外壁防腐涂層處理，隔絕內(nèi)部介質(zhì)及外部土壤，避免腐蝕管道，安裝完成后在回填前對(duì)防腐涂層進(jìn)行完整性檢測(cè)。同時(shí)可增加陰極保護(hù)來(lái)保護(hù)管道本體，在日常巡檢時(shí)，可定期對(duì)埋地管道的外防腐層絕緣電阻檢測(cè)，以檢測(cè)外防腐層的完整情況。