海上油田平臺立管腐蝕失效分析

勞海樁

摘 要：本文采用宏觀觀察、化學成分分析、微觀形貌觀察和EDS能譜分析等手段對立管進行了失效分析。結(jié)果表明，保溫層下的外腐蝕是此次立管滲漏發(fā)生的直接原因，根據(jù)該腐蝕原因提出了相應的防護措施。

關鍵詞：保溫層 穿孔 外部腐蝕 失效分析 立管

1、前言

對服役于低溫條件下的管道施加保溫層結(jié)構(gòu)，是油田降低能耗和節(jié)約燃料的一項有效措施，同時也能改善生產(chǎn)中的某些工藝條件，提高管道的運行能力，達到延長其服役壽命的目的。但是在實際工況下，如果蒸汽屏障、防雨材料和保溫材料安裝不合格，或保溫外防護層在使用過程中受到外界損傷、性能劣化都有可能造成外部水分的滲入，從而導致保溫層包裹下的設備和管道外表面發(fā)生腐蝕。

海上平臺立管在水平段彎頭下端出現(xiàn)原油滲漏，為了查明導致泄漏的關鍵因素，本文使用化學成分分析、金相組織分析和腐蝕產(chǎn)物分析等手段對發(fā)生泄漏的立管進行了失效分析，并提出了相應的防護措施。

2、立管腐蝕失效分析

2.1現(xiàn)場情況

經(jīng)現(xiàn)場勘查，該立管屬于單層管結(jié)構(gòu)，管道內(nèi)部為流體輸送管，采用黃夾克保溫，外部使用套鋼管防護，泄漏位置位于錨固件上方約2.6m處，如圖1所示。。管線于1995年投產(chǎn)，設計壽命為20年，至今已運行18年。管線材質(zhì)為16Mn，規(guī)格為Ф219×12（mm）。

2.2、理化檢驗

2.2.1宏觀檢測

輸油立管管段為外腐蝕，外壁部分明顯減薄，并腐蝕穿孔，孔直徑為3.1mm，穿孔位置距環(huán)焊縫距離為105mm，判斷腐蝕穿孔發(fā)生在管線的母材處，與焊縫無關。

2.2.2金相觀察

為了明確失效管段管材是否符合標準，分別在管道的四處位置（a）漏點位置（3點）；（b）靠近漏點位置（2點）；（c）12點；（d）未腐蝕位置，沿著管道的橫向取樣。根據(jù)GB/T13298-1991《金相顯微組織檢驗方法》，分別對四個位置處的金相組織進行分析。經(jīng)檢驗，管材晶粒大小均勻，未發(fā)現(xiàn)異常組織，符合API 5L標準要求。

2.2.3化學成分分析

在失效立管泄漏位置截取樣品，進行化學成分測定，化學成分。各主要元素的含量均滿足GB/T1591-2008《低合金高強度鋼》標準中的相關規(guī)定。

2.2.4腐蝕產(chǎn)物分析

為了明確失效件漏點處的腐蝕源，對該位置的腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物進行了取樣分析。為了對比未滲漏位置的腐蝕產(chǎn)物，對非滲漏位置也開展了取樣分析工作。

對外壁進行EDS能譜分析，滲漏處腐蝕更為嚴重，腐蝕坑呈層狀并伴有腐蝕產(chǎn)物，其中腐蝕產(chǎn)物主要以Fe和O元素為主，含有少量的Mg、Ca和Cl元素，綜合分析表明管段外壁腐蝕產(chǎn)物主要為Fe、Ca和Mg的氧化物；而未發(fā)生滲漏處的腐蝕產(chǎn)物薄而少，產(chǎn)物中氧含量較少。

3、討論與分析

通過以上分析可以得出管材出現(xiàn)滲漏與管材本身材質(zhì)無關。通過現(xiàn)場觀察，保溫層與管道基體位置存在保溫層破損的現(xiàn)象，因此實際運行中出現(xiàn)的外腐蝕泄露與保溫層的破損而引起的腐蝕穿孔有關。

保溫層是對管道外進行隔熱保溫的重要組成部分，是包裹在管道外面的第二道主要屏障。保溫層所用材料多為硅酸鈣、巖棉及礦渣棉制品、玻璃棉、硅酸鋁棉、珍珠巖或泡沫塑料，盡管對熱量具有很好的隔絕效果，但由于它們屬于毛細結(jié)構(gòu)，特別容易吸附水分，因此不僅難以阻止水汽的入侵，而且難以阻止水汽向外滲透]。立管滲漏點長期處在惡劣的海洋大氣區(qū)環(huán)境中。由于保溫層的上部、下部并未進行防水處理等處理，或后期焊接施工破壞了原有的防水處理等原因，造成雨水、海洋潮氣凝結(jié)水通過滲透進入保溫層，出現(xiàn)腐蝕情況。大致過程如下：

3.1氧濃差腐蝕

水分進入保溫層和管壁間隙處形成水聚集，發(fā)生腐蝕電化學反應。其陰極反應為氧的去極化過程，而且是腐蝕反應的控制步驟。隨著腐蝕的進行，保溫層和管壁間隙處內(nèi)外形成氧濃差，富氧區(qū)域的腐蝕電流密度大于貧氧區(qū)域的腐蝕電流密度，因此容易在局部位置加速腐蝕的進行。

3.2縫隙加速腐蝕

隨著時間延長，水分在泡沫與外管內(nèi)壁的狹小空間內(nèi)形成縫隙腐蝕。這種縫隙腐蝕過程為自催化過程，為了維持電中性，H+遷移至狹小縫隙，環(huán)境的酸化加速腐蝕的進行。

3.3干濕交替作用加速

保溫層和管壁間隙處的水分是含有一定量的含鹽粒子，在間隙處發(fā)生腐蝕的同時，由于管道溫度的蒸發(fā)作用，在管道外表面出現(xiàn)干濕交替頻率高，造成腐蝕的加速。

4、結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

通過對失效管材進行宏觀觀察發(fā)現(xiàn)滲漏與焊縫處無關，是發(fā)生在基材管材處的外腐蝕穿孔。通過金相組織分析和化學成分分析可知，泄露處管材符合標準要求。通過EDS能譜分析，可以看出管材滲漏處腐蝕較為嚴重，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe、Mg和Ca的氧化物。腐蝕穿孔的關鍵原因為保溫層破損導致的保溫層下腐蝕，泄漏可以歸結(jié)為以下過程：氧濃差腐蝕，由防腐蝕層的電化學屏敝作用產(chǎn)生的封閉體系自催化腐蝕區(qū)，管道外表面干濕交替作用加速腐蝕。

4.2預防措施

4.2.1加強保溫層的保護

杜絕濕氣進入而造成的高溫高濕環(huán)境，包括盡量不要選用易吸收水分并易造成腐蝕性物質(zhì)滯留的保溫材料，特別是那些具有空心結(jié)構(gòu)特征和吸水性強的保溫材料，而要選用含水量小、干燥快的保溫材料，評價保溫材料的主要指標就是吸水性，保溫材料吸水后其導熱系數(shù)增大， 同時會浸濕設備表面，引起設備表面腐蝕。

4.2.2涂覆防腐涂料

即在設備外壁（保溫層以下）涂覆一層具有良好附著力、機械性能和防腐蝕性能優(yōu)異的涂料，保溫層下設備所處的環(huán)境決定了其對防腐涂層的特殊要求，既要保證涂層在高溫環(huán)境下能保持穩(wěn)定，同時又能在低溫高濕的環(huán)境下對鋼結(jié)構(gòu)提供防腐保護。

4.2.3是加強現(xiàn)場施工管理

保溫材料是對容器和管道進行隔熱保溫的重要組成部分，是包裹在管道或設備外面的第二道屏障。合理地設計和安裝高質(zhì)量的保溫材料以及正確的維護可以有效地提高對保溫層下腐蝕的防護效率。

參考文獻：

[1]王軍， 李自立， 畢海勝等. 保溫原油儲罐外壁腐蝕成因及防腐蝕措施[J]. 腐蝕與防護， 2014， 35（9）： 935-939.

[2]樊玉光， 王金剛， 陳朝達等. 花—格管線腐蝕穿孔失效模型分析[J]. 西安石油學院學報（自然科學版）， 2000， 15（4）： 71-72.

[3]羅金恒， 覃海濤， 趙新偉等. 花格輸油管道腐蝕分析及維修情況[J]. 石油工程建設， 2005， 31（4）： 56-57.

[4]饒興鶴. 煉油設備保溫層下腐蝕與防治[J]. 腐蝕與防護， 2001， 22（8）： 346-347.