某海洋平臺(tái)淡水輸送不銹鋼管焊接熱影響區(qū)泄漏分析及控制

王瑞英，單世超，劉吉飛，程久歡，郝孟江

（海洋石油工程股份有限公司天津300451）

1 前言

不銹鋼具有良好的耐腐蝕特性，在海洋油氣平臺(tái)被廣泛應(yīng)用，用于要求較高的公用系統(tǒng)包括淡水系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、藥劑注入系統(tǒng)、干式消防系統(tǒng)，以及特定的工藝系統(tǒng)包括放空系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)等，效果良好。

近幾年個(gè)別項(xiàng)目反饋投產(chǎn)后不久出現(xiàn)不銹鋼管線局部泄漏事件，包括焊縫處的泄漏、管鞋連接處泄漏、以及本體裂紋泄漏等。某項(xiàng)目在底層甲板巡檢中，發(fā)現(xiàn)一處4寸不銹鋼材質(zhì)的飲用水管線上有水珠滴落。通過對(duì)組塊和生活樓不銹鋼材質(zhì)管線進(jìn)行排查，最終共發(fā)現(xiàn)了多出處滲漏點(diǎn)，均為淡水系統(tǒng)。所有泄漏點(diǎn)均出現(xiàn)在管線水平段環(huán)焊縫附近的管線底部位置，位于焊縫1-2cm處，一個(gè)焊縫附近只有一個(gè)泄漏點(diǎn)。飲用水系統(tǒng)不銹鋼管線的材質(zhì)為材料牌號(hào)為TP316/316L,管線內(nèi)介質(zhì)為海水淡化產(chǎn)生的淡水，管線外有防腐涂層。

2 不銹鋼腐蝕機(jī)理

海洋環(huán)境中，對(duì)奧氏體不銹鋼而言，氯離子孔蝕是海洋環(huán)境中腐蝕危害的根本，除此之外微生物（如藻類，鐵氧化菌，錳鐵氧化菌等）也會(huì)引起或促進(jìn)點(diǎn)蝕的發(fā)生。

在含氯離子的電化學(xué)腐蝕環(huán)境中，材料的抗點(diǎn)蝕能力主要是由其點(diǎn)蝕擊穿電位決定的，電位越高越耐點(diǎn)蝕。材料化學(xué)成分，氯離子濃度，PH值，溫度及表面狀態(tài)都會(huì)影響擊穿電位。對(duì)依靠表面鈍化膜保護(hù)來抗腐蝕的不銹鋼而言，點(diǎn)蝕擊穿電位則主要與氯離子濃度（濃度越高電位越低），鈍化膜厚度（厚度越小電位越低），穩(wěn)定性及完整性等有關(guān)。

3 焊接工藝

不銹鋼316L管道采用氬弧焊焊接工藝，純度為99.99%的純氬保護(hù)氣體，焊絲為ER316L。

4 失效原因分析

4.1 基體材料化學(xué)成分分析

通過直讀光譜分析儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1。從試驗(yàn)結(jié)果來看，化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測(cè)合格。

表1 化學(xué)成分分析表（wt.%）

4.2 基體材料力學(xué)性能測(cè)試

通過不銹鋼管基體材料的力學(xué)性能分析，分析結(jié)果見表2，符合標(biāo)準(zhǔn)ASTM A312/A312M標(biāo)準(zhǔn)要求中牌號(hào)為316L的拉伸性能的要求，檢測(cè)合格。

表2 力學(xué)性能分析表（MPa）

4.3 泄漏處宏觀分析

泄漏處孔洞外觀如圖1所示，為不規(guī)則的橢圓形，邊緣呈鋸齒狀，其上覆蓋有較多附著物，起源于外表面，由外向內(nèi)擴(kuò)展，擴(kuò)展至內(nèi)表面后出現(xiàn)穿孔，導(dǎo)致泄漏?？锥唇孛鎴D如圖2所示，從橫截面觀察，孔洞呈現(xiàn)在外表面開口小，內(nèi)腔逐漸擴(kuò)大，在近內(nèi)面達(dá)到最寬，表現(xiàn)為典型的點(diǎn)腐蝕特征。

圖1 孔洞外觀圖

圖2 孔洞截面宏觀形貌圖

4.4 顯微組織和非金屬夾雜物分析

通過高倍顯微鏡，分析基體材料和泄漏點(diǎn)的金相組織，晶粒大小比較均勻，組織為有孿晶特征的單相奧氏體組織，晶界處無有害項(xiàng)析出。孔洞邊緣輪廓清晰，未見從內(nèi)壁向材料內(nèi)擴(kuò)展的腐蝕小孔或裂紋；在孔洞附近的金屬夾雜物和基體材料中的非金屬夾雜物含量基本相當(dāng)，為細(xì)項(xiàng)的D類氧化物夾雜，未發(fā)現(xiàn)異常。

4.5 掃描電鏡和能譜分析

通過掃描電鏡觀察泄漏點(diǎn)孔洞外表面邊緣和內(nèi)腔的微觀形貌，可見外表面和內(nèi)腔有大量的腐蝕產(chǎn)物，通過能譜進(jìn)行化學(xué)成分分析。在腐蝕孔洞內(nèi)腔、外表面腐蝕產(chǎn)物均有氯元素存在，詳見表3，說明該孔洞是由于氯離子導(dǎo)致的點(diǎn)腐蝕。

表3 能譜分析結(jié)果

5 腐蝕機(jī)理分析

根據(jù)上述分析結(jié)果，泄漏是由點(diǎn)蝕導(dǎo)致穿孔引起的，腐蝕機(jī)理為氯離子點(diǎn)蝕。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)的了解，在施工過程中產(chǎn)生的電弧擊傷了材料表面，破壞了表面的鈍化膜引起了表面組織變化，該處電極電位底，在有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中成為腐蝕陽極，其余管材部分作為陰極，小陽極大陰極的腐蝕系統(tǒng)導(dǎo)致?lián)p傷處快速腐蝕，呈現(xiàn)點(diǎn)腐蝕形貌。腐蝕產(chǎn)生后，經(jīng)噴砂和油漆后，腐蝕介質(zhì)被封閉在腐蝕孔內(nèi)，在封閉的環(huán)境下，材料繼續(xù)發(fā)生腐蝕，最終穿透管壁，形成內(nèi)外通透的孔洞。

6 控制措施

1）噴砂油漆前，仔細(xì)檢查材料表面的點(diǎn)狀腐蝕缺陷，及時(shí)排除。

2）切割時(shí)，割渣，飛濺等低電位物質(zhì)的附著，在有腐蝕介質(zhì)情況下，形成原電池而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

3）焊接后，如有電弧擊傷的情況，及時(shí)打磨消除，并使用鈍化劑對(duì)材料表面進(jìn)行鈍化處理。

4）車間整改焊接接地工具，保證施焊時(shí)接地線與管線接觸牢固，避免施焊過程中虛接產(chǎn)生電弧。

5）避免異種金屬表面污染，低電位異種金屬

附著在鋼管表面，在有腐蝕戒指給情況下，形成原電池而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

7 結(jié)論

1） 原材料本體和腐蝕部位的顯微組織和非金屬夾雜物檢查顯示材料的顯微組織和非金屬夾雜物無異常。結(jié)合原材料理化分析結(jié)果，說明原材料無明顯問題，腐蝕不是由于原材料造成的。

2） 孔洞的宏觀檢查顯示孔洞為點(diǎn)腐蝕，起源于外表面由外向內(nèi)發(fā)展，穿透管壁，導(dǎo)致泄漏。

3） 通過掃描電鏡檢查，并經(jīng)過能譜分析，腐蝕孔洞內(nèi)外表面的腐蝕產(chǎn)物均含有氯元素，說明該孔洞是氯離子導(dǎo)致的腐蝕。