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下游原油管線與旁路連接的法蘭腐蝕嚴重。通過對腐蝕失效法蘭的宏觀腐蝕形貌、管線結構及理化檢驗結果進行綜合分析發現，造成法蘭環向內表面及密封面底部出現嚴重腐蝕的主要原因為：脫鈣反應產物醋酸鈣在法蘭環向內表面沉積,與金屬本體之間形成縫隙引發的縫隙腐蝕。提出了改進管線結構、改變脫鈣劑注入點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，發現脫鈣劑注入點下游原油管線與旁路連接的法蘭腐蝕嚴重。為確定法蘭出現腐蝕失效的原因，消除安全隱患，從腐蝕形貌、材質成分、腐蝕產物及管線結構等幾個方面進行了腐蝕失效原因分析，并在此基礎上提出了相應的腐蝕控制建議。

1 服役工況

發生腐蝕的法蘭處管線內部介質為注入脫鈣劑(主要成分為醋酸)的脫前原油(酸值為0.77 mgKOH/g，硫質量分數為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號鋼，失效法蘭位置及管線結構示意見圖1。

圖1 失效法蘭位置示意

2 宏觀腐蝕形貌

通過對發生腐蝕的法蘭進行宏觀腐蝕形貌觀察發現，兩片法蘭的環向內表面及密封面的底部約三分之一范圍內出現大面積腐蝕減薄，并存在大而深的腐蝕坑，腐蝕坑中附著沉積物(見圖2)。與法蘭相連管線內壁未發現明顯腐蝕現象。

圖2 法蘭宏觀腐蝕形貌

3 理化檢驗與分析

為進一步分析法蘭腐蝕原因，在法蘭腐蝕最為嚴重的部位進行了取樣并開展相關理化分析，取樣情況見圖3。

圖3 法蘭取樣情況

3.1 材質分析

采用光譜分析儀對法蘭材質進行分析測定，結果表明(見表1)，法蘭材質化學成分符合GB/T 699—2015《優秀碳素結構鋼》中對20號鋼的要求。

表1 法蘭材質化學成分光譜分析結果 w,%

3.2 金相分析

對法蘭出現腐蝕的區域進行金相組織觀察，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。

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，對法蘭環向內表面腐蝕坑內的沉積物成分進行分析，分析結果見表2。

表2 腐蝕沉積物成分EDS分析結果

通過對比表2中清洗前后蝕坑內部化學成分分析結果發現，蝕坑內部沉積物組成主要為原油中夾帶的固體雜質(含C，Si和O等)及少量腐蝕產物(含Fe和O等)，同時含有少量的脫鈣反應產物(含Ca)。

4 失效分析

通過對腐蝕失效法蘭的宏觀腐蝕形貌、管線結構及理化檢驗結果進行綜合分析發現，造成法蘭環向內表面及密封面底部出現嚴重腐蝕的主要原因為：脫鈣反應產物醋酸鈣及其他固體雜質在法蘭環向內表面沉積，與金屬本體之間的形成縫隙,從而引發的縫隙腐蝕。

通過分析管線結構可以發現，出現失效的法蘭位置處于管線內介質流動的死角，由于該區域介質流動速度低，極易造成原油中的油泥等各類雜質在此處附著沉積，并在金屬本體表面形成縫隙(見圖5)。此時，金屬表面的結構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、砂粒和腐蝕產物的沉積等)，只要存在滿足縫隙腐蝕的狹縫和腐蝕介質，幾乎所有的金屬和合金都會發生縫隙腐蝕”。

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生如式(1)所示的復分解反應并生成醋酸鈣，醋酸溶于水中并在電脫鹽過程中被排出。但由于法蘭位置處于管線內介質流動的死角，生成的醋酸鈣同原油中的各類雜質一同在處于滯流區的法蘭環向內表面及密封面沉積。由于原油中存在液態水，醋酸鈣在沉積物下溶于水后發生如式(2)所示水解反應生產醋酸，醋酸與法蘭表面金屬發生如式(3)所示反應，造成金屬腐蝕[2]。鑒于此時法蘭環向內表面及密封面與沉積物之間在結構上形成了微小的縫隙，導致狹縫內金屬出現腐蝕不斷加速的現象，即

縫隙腐蝕。

2R1OOH+(CH3COO)2Ca

(1)

2CH3COOH+Ca2++2OH-

(2)

(CH3COO)2Fe+H2

(3)

5 結論及建議

(1)造成法蘭環向內表面及密封面底部出現嚴重腐蝕的主要原因為：脫鈣反應產物醋酸鈣在法蘭環向內表面沉積物與金屬本體之間的縫隙處引發的縫隙腐蝕。

(2)改進原油管線結構或改變脫鈣劑注入點位置，減少管線內介質死角或滯流區的存在，避免雜質及脫鈣反應產物在金屬表面沉積，可有效避免或減輕設備腐蝕。

(3)在無法改變現有工藝結構的情況下，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[M].長沙:中南大學出版社,2009：85-92.

[2] 蘇芳強,呂寧.原油脫鈣劑的腐蝕性及對策[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，現在該公司研究院主要從事煉化裝置腐蝕與防護的研究工作。 E-mail:1976859950@qq.com