某裝置不銹鋼管道滲漏原因分析與對策

傅 薔

（中國石油獨山子石化公司研究院，新疆 獨山子 833699）

0 引言

某石化企業(yè)凈化水裝置高效池進(jìn)水提升泵主要是將集水池的水增壓后送到高密池進(jìn)行處理。集水池B-6100出口至P-6001進(jìn)出口管道均采用316L不銹鋼材質(zhì)，集水池前部分管道采用PE材質(zhì)，該管道僅運行11個月，就發(fā)現(xiàn)12處滲漏部位，主要分布在整個管件的各個部位，多處集中在管道中、底部區(qū)域。

通過對滲漏管線進(jìn)行原因分析，發(fā)現(xiàn)致使其滲漏的主要原因是氯離子對不銹鋼材質(zhì)的腐蝕以及環(huán)境的協(xié)同作用。分析了腐蝕機(jī)理，并制定了有針對性的措施抑制腐蝕的發(fā)生。

1 管道腐蝕概況

發(fā)現(xiàn)滲漏的管道工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場管道工藝流程簡圖

其中，P-6001進(jìn)口管徑DN500變DN450管徑，出口DN350變DN500，材質(zhì)均為316L不銹鋼，操作壓力P≤0.3MPa，服役溫度為25℃，自2021年4月投用，其中2021年10月份已發(fā)現(xiàn)局部滲水情況，截至2022年3月份共出現(xiàn)12處滲水點，滲水點周圍產(chǎn)生墨綠色泛白垢樣。

2 管道腐蝕原因分析

2.1 介質(zhì)工況分析

調(diào)取該系統(tǒng)的水質(zhì)檢測情況，分析COD、pH、硫化物、氯離子及懸浮物五項數(shù)據(jù)，從分析結(jié)果可以看出在敞口環(huán)境中介質(zhì)中的氯離子含量普遍偏高，最高可達(dá)630mg/L，平均值為417mg/L。管道內(nèi)詳細(xì)分析情況如表1所示。

表1 水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

從日常監(jiān)測結(jié)果可以看出，系統(tǒng)長期處在偏弱堿性環(huán)境中運行，系統(tǒng)內(nèi)氯離子含量較高。對于不銹鋼來說，氯化物溶液（主要是氯離子）是其克星，不銹鋼不僅容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，而且容易發(fā)生孔蝕、縫隙腐蝕，也可能發(fā)生晶間腐蝕[1]。氯離子對300系列的奧氏體不銹鋼會表現(xiàn)出極大的敏感性，高濃度的氯離子極易對其造成損傷，損傷形態(tài)主要為點蝕。在不銹鋼表面形成直徑從微米到毫米級別的局部氯濃縮蝕坑，最終發(fā)展為穿透性孔蝕。

2.2 管道腐蝕情況分析

對滲漏部位區(qū)域采用無損超聲與著色檢測，未發(fā)現(xiàn)存在減薄及裂紋。對P-6100B進(jìn)口三通滲漏區(qū)域展開超聲測厚檢測，厚度集中在6.86～7.12之間，對機(jī)泵進(jìn)出口多處位置開展著色檢測裂紋情況，未發(fā)現(xiàn)存在裂紋損傷，管道外部形貌如圖2所示。

圖2 滲漏部位外部形貌

對P-6100C備用機(jī)泵進(jìn)口短接下線后目視檢查內(nèi)部損傷形貌，如圖3所示。從圖3可以看出，管道內(nèi)部沒有明顯裂紋及裂紋源擴(kuò)展情況，但存在較多紅褐色垢泥，滲漏區(qū)域未見明顯腐蝕損傷形貌，未見明顯開裂損傷狀況。此次滲漏點集中在焊縫區(qū)域，對管道內(nèi)部管壁及機(jī)泵葉輪進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)存在較嚴(yán)重的紅褐色垢泥，葉片邊緣存在局部輕微氣蝕。

圖3 管道內(nèi)部形貌圖

2.3 腐蝕原因分析

綜合介質(zhì)工況及管道腐蝕情況，造成此次滲漏的主要原因為氯離子腐蝕及環(huán)境影響的協(xié)同作用。在流通介質(zhì)中有較高氯離子含量的整個管路，焊縫是最易被腐蝕滲漏的薄弱環(huán)節(jié)，其原因是焊縫表面的波紋增加不平整度；焊縫熔合線溫度在焊接過程中處于液固相線之間，使鉻等合金元素?zé)龘p，又得不到焊絲中合金元素的補充，會造成晶間貧鉻等傾向；熱影響區(qū)表面生成鐵和鉻的氧化膜，膜下方的金屬基本是貧鉻狀態(tài)；現(xiàn)場焊縫又不能進(jìn)行固溶處理；管道內(nèi)壁焊縫及近縫區(qū)又未進(jìn)行酸洗鈍化等。這些方面，都是造成焊縫在含有氯離子介質(zhì)中極易被腐蝕滲漏的條件[2]。依據(jù)氯離子對不銹鋼材質(zhì)腐蝕的吸附機(jī)理，氯離子的點蝕一般包括三個階段：點蝕源的形成、活態(tài)—鈍態(tài)腐蝕電池的形成及閉塞電池的形成。蝕孔內(nèi)的金屬表面處于活化狀態(tài)，電位較負(fù)；蝕孔外的金屬表面處于鈍化狀態(tài)，電位較正。于是孔內(nèi)和孔外構(gòu)成一個活態(tài)—鈍態(tài)微電偶腐蝕電池，具體反應(yīng)式如下：

蝕孔內(nèi)主要發(fā)生陽極溶解：M→Mn++ne

介質(zhì)呈弱堿性時，蝕孔外主要反應(yīng)為：

從而導(dǎo)致蝕孔不斷加深，最終發(fā)生滲漏。

再者，氯離子的腐蝕速率與氯離子的濃度、服役溫度、pH值、氧含量、微生物含量都有一定的關(guān)聯(lián)度。對照API-RP-571及API-581中氯離子腐蝕開裂影響因素，P-6001系統(tǒng)處于低溫、弱堿、溶氧的環(huán)境，因此氯離子的腐蝕只會形成毫米級或微米級的貫穿性蝕坑出現(xiàn)，所以前期不容易觀察到蝕坑形貌。在敞開式的水系統(tǒng)中，微生物因獲得適宜的生長環(huán)境而大量繁殖，在低流速管道及滯留區(qū)的低洼處就容易積存垢泥，在垢泥積存的底部，氯離子的掘坑效應(yīng)會更加迅速。通過打開P-6001C入口短接及泵腔內(nèi)的垢泥情況可以判斷此管道中、下部結(jié)垢嚴(yán)重，必然會加速蝕坑形貌的形成。

3 結(jié)論及建議

該裝置初次滲漏在投用不到半年時間就發(fā)生，并隨著使用周期的延長漏點部位呈增多趨勢，證明此環(huán)境下使用316L奧氏體不銹鋼材質(zhì)無法實現(xiàn)腐蝕免疫，建議將此系統(tǒng)奧氏體不銹鋼材質(zhì)均更換為PE管材或者碳鋼襯塑管道，防止再次發(fā)生滲漏。此外，在工藝條件允許的范圍內(nèi)可以添加合適的緩蝕劑或采取其他措施對該系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行改善，以達(dá)到降低系統(tǒng)內(nèi)氯離子濃度的效果，從而降低氯離子的點蝕效應(yīng)。在操作過程中遵守工藝操作卡要求，嚴(yán)格控制流速、介質(zhì)溫度、壓力、pH值等工藝指標(biāo)[3]。

鑒于此次滲漏部位均存在于管件的焊縫、熱影響區(qū)，直管段未發(fā)現(xiàn)滲漏點，建議有條件時對此批次管件進(jìn)行理化分析（金相組織、化學(xué)成分、硬度等），確認(rèn)是否存在鑄造缺陷。