原油脫鈣劑注入管線法蘭腐蝕失效分析

陳 陣，郭金彪，邵鵬程，漢繼程

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司，甘肅 蘭州 730060)

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原油脫鈣劑注入管線法蘭腐蝕失效分析

陳 陣，郭金彪，邵鵬程，漢繼程

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司，甘肅 蘭州 730060)

某石化公司脫鈣劑注入點(diǎn)下游原油管線與旁路連接的法蘭腐蝕嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)腐蝕失效法蘭的宏觀腐蝕形貌、管線結(jié)構(gòu)及理化檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，造成法蘭環(huán)向內(nèi)表面及密封面底部出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的主要原因?yàn)椋好撯}反應(yīng)產(chǎn)物醋酸鈣在法蘭環(huán)向內(nèi)表面沉積,與金屬本體之間形成縫隙引發(fā)的縫隙腐蝕。提出了改進(jìn)管線結(jié)構(gòu)、改變脫鈣劑注入點(diǎn)位置及在法蘭表面采用耐腐蝕涂層或鍍層等處理措施，提高了法蘭的耐腐蝕能力。

脫鈣劑 法蘭 縫隙腐蝕

某石化公司因加工原油鈣含量升高，于2012年開始采用原油脫鈣工藝，即在一級(jí)電脫鹽入口原油管線上注入脫鈣劑。2015年裝置停工檢修期間打開該原油管線后，發(fā)現(xiàn)脫鈣劑注入點(diǎn)下游原油管線與旁路連接的法蘭腐蝕嚴(yán)重。為確定法蘭出現(xiàn)腐蝕失效的原因，消除安全隱患，從腐蝕形貌、材質(zhì)成分、腐蝕產(chǎn)物及管線結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面進(jìn)行了腐蝕失效原因分析，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的腐蝕控制建議。

1 服役工況

發(fā)生腐蝕的法蘭處管線內(nèi)部介質(zhì)為注入脫鈣劑(主要成分為醋酸)的脫前原油(酸值為0.77 mgKOH/g，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.072%)，操作溫度為37.6～45.8 ℃，操作壓力為常壓，法蘭及管線均采用20號(hào)鋼，失效法蘭位置及管線結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 失效法蘭位置示意

2 宏觀腐蝕形貌

通過(guò)對(duì)發(fā)生腐蝕的法蘭進(jìn)行宏觀腐蝕形貌觀察發(fā)現(xiàn)，兩片法蘭的環(huán)向內(nèi)表面及密封面的底部約三分之一范圍內(nèi)出現(xiàn)大面積腐蝕減薄，并存在大而深的腐蝕坑，腐蝕坑中附著沉積物(見圖2)。與法蘭相連管線內(nèi)壁未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象。

圖2 法蘭宏觀腐蝕形貌

3 理化檢驗(yàn)與分析

為進(jìn)一步分析法蘭腐蝕原因，在法蘭腐蝕最為嚴(yán)重的部位進(jìn)行了取樣并開展相關(guān)理化分析，取樣情況見圖3。

圖3 法蘭取樣情況

3.1 材質(zhì)分析

采用光譜分析儀對(duì)法蘭材質(zhì)進(jìn)行分析測(cè)定，結(jié)果表明(見表1)，法蘭材質(zhì)化學(xué)成分符合GB/T 699—2015《優(yōu)秀碳素結(jié)構(gòu)鋼》中對(duì)20號(hào)鋼的要求。

表1 法蘭材質(zhì)化學(xué)成分光譜分析結(jié)果 w,%

3.2 金相分析

對(duì)法蘭出現(xiàn)腐蝕的區(qū)域進(jìn)行金相組織觀察，圖4為法蘭腐蝕部位軸向金相組織照片。從圖4可以看出，法蘭軸向金相組織為鐵素體+珠光體，組織較為均勻，晶粒度為7.5級(jí)。

圖4 法蘭軸向金相組織

3.3 沉積物成分分析

采用EDS能譜儀，對(duì)法蘭環(huán)向內(nèi)表面腐蝕坑內(nèi)的沉積物成分進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表2。

表2 腐蝕沉積物成分EDS分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)比表2中清洗前后蝕坑內(nèi)部化學(xué)成分分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蝕坑內(nèi)部沉積物組成主要為原油中夾帶的固體雜質(zhì)(含C，Si和O等)及少量腐蝕產(chǎn)物(含F(xiàn)e和O等)，同時(shí)含有少量的脫鈣反應(yīng)產(chǎn)物(含Ca)。

4 失效分析

通過(guò)對(duì)腐蝕失效法蘭的宏觀腐蝕形貌、管線結(jié)構(gòu)及理化檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，造成法蘭環(huán)向內(nèi)表面及密封面底部出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的主要原因?yàn)椋好撯}反應(yīng)產(chǎn)物醋酸鈣及其他固體雜質(zhì)在法蘭環(huán)向內(nèi)表面沉積，與金屬本體之間的形成縫隙,從而引發(fā)的縫隙腐蝕。

通過(guò)分析管線結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)失效的法蘭位置處于管線內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)的死角，由于該區(qū)域介質(zhì)流動(dòng)速度低，極易造成原油中的油泥等各類雜質(zhì)在此處附著沉積，并在金屬本體表面形成縫隙(見圖5)。此時(shí)，金屬表面的結(jié)構(gòu)符合金屬縫隙腐蝕主要特征之一[1]，即“不論是同種或異種金屬的接觸還是金屬同非金屬(如塑料、橡膠、玻璃和陶瓷等)之間的接觸，甚至是金屬表面的一些沉積物、附著物(如灰塵、砂粒和腐蝕產(chǎn)物的沉積等)，只要存在滿足縫隙腐蝕的狹縫和腐蝕介質(zhì)，幾乎所有的金屬和合金都會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕”。

圖5 沉積物附著示意

脫鈣劑的主要成分為醋酸，其脫鈣原理為：醋酸與原油中所含的石油酸鈣發(fā)生如式(1)所示的復(fù)分解反應(yīng)并生成醋酸鈣，醋酸溶于水中并在電脫鹽過(guò)程中被排出。但由于法蘭位置處于管線內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)的死角，生成的醋酸鈣同原油中的各類雜質(zhì)一同在處于滯流區(qū)的法蘭環(huán)向內(nèi)表面及密封面沉積。由于原油中存在液態(tài)水，醋酸鈣在沉積物下溶于水后發(fā)生如式(2)所示水解反應(yīng)生產(chǎn)醋酸，醋酸與法蘭表面金屬發(fā)生如式(3)所示反應(yīng)，造成金屬腐蝕[2]。鑒于此時(shí)法蘭環(huán)向內(nèi)表面及密封面與沉積物之間在結(jié)構(gòu)上形成了微小的縫隙，導(dǎo)致狹縫內(nèi)金屬出現(xiàn)腐蝕不斷加速的現(xiàn)象，即

縫隙腐蝕。

2R1OOH+(CH3COO)2Ca

(1)

2CH3COOH+Ca2++2OH-

(2)

(CH3COO)2Fe+H2

(3)

5 結(jié)論及建議

(1)造成法蘭環(huán)向內(nèi)表面及密封面底部出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的主要原因?yàn)椋好撯}反應(yīng)產(chǎn)物醋酸鈣在法蘭環(huán)向內(nèi)表面沉積物與金屬本體之間的縫隙處引發(fā)的縫隙腐蝕。

(2)改進(jìn)原油管線結(jié)構(gòu)或改變脫鈣劑注入點(diǎn)位置，減少管線內(nèi)介質(zhì)死角或滯流區(qū)的存在，避免雜質(zhì)及脫鈣反應(yīng)產(chǎn)物在金屬表面沉積，可有效避免或減輕設(shè)備腐蝕。

(3)在無(wú)法改變現(xiàn)有工藝結(jié)構(gòu)的情況下，可考慮在法蘭表面采用耐蝕涂層或鍍層等表面處理措施，提高法蘭耐腐蝕能力。

[1] 李曉剛.材料腐蝕與防護(hù)[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2009：85-92.

[2] 蘇芳強(qiáng),呂寧.原油脫鈣劑的腐蝕性及對(duì)策[J].廣石化科技,2007(2):12-14.

(編輯 寇岱清)

Analysis of Corrosion Failure in Injection Pipeline Flange of Decalcifying Agent

ChenZhen,GuoJinbiao,ShaoPengcheng,HanJicheng

(CNPCLanzhouPetrochemicalCompany,Lanzhou730060,China)

The flange was corroded seriously at the connection between the downstream crude oil pipeline and bypass pipeline for injecting decalcifying agent in a petrochemical company. Through comprehensive analysis of macroscopic corrosion morphology, pipeline structure and results of physical and chemical analysis, main cause for the severe corrosion at the inner wall of flange and the seal bottom was confirmed, that is, crevice corrosion was induced by the narrow gaps between the calcium acetate, decalcified reaction product deposited on the inner wall of flange, and metal body. According to the cause analysis of corrosion, several measures were proposed to improve the corrosion resistance of flange, that is, transforming pipeline structure, changing injection position of decalcifying agent or covering the flange surface with corrosion resistant coating.

decalcifying agent, flange, crevice corrosion

2016-10-17；修改稿收到日期：2017-02-10。

陳陣(1980-)，碩士研究生，工程師，現(xiàn)在該公司研究院主要從事煉化裝置腐蝕與防護(hù)的研究工作。 E-mail:1976859950@qq.com