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

某石化企業凈化水裝置高效池進水提升泵主要是將集水池的水增壓后送到高密池進行處理。集水池B-6100出口至P-6001進出口管道均采用316L不銹鋼材質，集水池前部分管道采用PE材質，該管道僅運行11個月，就發現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、底部區域。

通過對滲漏管線進行原因分析，發現致使其滲漏的主要原因是氯離子對不銹鋼材質的腐蝕以及環境的協同作用。分析了腐蝕機理，并制定了有針對性的措施抑制腐蝕的發生。

1 管道腐蝕概況

發現滲漏的管道工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 現場管道工藝流程簡圖

其中，P-6001進口管徑DN500變DN450管徑，出口DN350變DN500，材質均為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月份已發現局部滲水情況，截至2022年3月份共出現12處滲水點，滲水點周圍產生墨綠色泛白垢樣。

2 管道腐蝕原因分析

2.1 介質工況分析

調取該系統的水質檢測情況，分析COD、pH、硫化物、氯離子及懸浮物五項數據，從分析結果可以看出在敞口環境中介質中的氯離子含量普遍偏高，最高可達630mg/L，平均值為417mg/L。管道內詳細分析情況如表1所示。

表1 水質檢測數據統計表

從日常監測結果可以看出，系統長期處在偏弱堿性環境中運行，系統內氯離子含量較高。對于不銹鋼來說，氯化物溶液（主要是氯離子）是其克星，不銹鋼不僅容易發生應力腐蝕，而且容易發生孔蝕、縫隙腐蝕，也可能發生晶間腐蝕[1]。氯離子對300系列的奧氏體不銹鋼會表現出極大的敏感性，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，最終發展為穿透性孔蝕。

2.2 管道腐蝕情況分析

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

圖2 滲漏部位外部形貌

對P-6100C備用機泵進口短接下線后目視檢查內部損傷形貌，如圖3所示。從圖3可以看出，管道內部沒有明顯裂紋及裂紋源擴展情況，但存在較多紅褐色垢泥，滲漏區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域，對管道內部管壁及機泵葉輪進行檢查，發現存在較嚴重的紅褐色垢泥，葉片邊緣存在局部輕微氣蝕。

圖3 管道內部形貌圖

2.3 腐蝕原因分析

綜合介質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境影響的協同作用。在流通介質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節，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，使鉻等合金元素燒損，又得不到焊絲中合金元素的補充，會造成晶間貧鉻等傾向；熱影響區表面生成鐵和鉻的氧化膜，膜下方的金屬基本是貧鉻狀態；現場焊縫又不能進行固溶處理；管道內壁焊縫及近縫區又未進行酸洗鈍化等。這些方面，都是造成焊縫在含有氯離子介質中極易被腐蝕滲漏的條件[2]。依據氯離子對不銹鋼材質腐蝕的吸附機理，氯離子的點蝕一般包括三個階段：點蝕源的形成、活態—鈍態腐蝕電池的形成及閉塞電池的形成。蝕孔內的金屬表面處于活化狀態，電位較負；蝕孔外的金屬表面處于鈍化狀態，電位較正。于是孔內和孔外構成一個活態—鈍態微電偶腐蝕電池，具體反應式如下：

蝕孔內主要發生陽極溶解：M→Mn++ne

介質呈弱堿性時，蝕孔外主要反應為：

從而導致蝕孔不斷加深，最終發生滲漏。

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聯度。對照API-RP-571及API-581中氯離子腐蝕開裂影響因素，P-6001系統處于低溫、弱堿、溶氧的環境，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，所以前期不容易觀察到蝕坑形貌。在敞開式的水系統中，微生物因獲得適宜的生長環境而大量繁殖，在低流速管道及滯留區的低洼處就容易積存垢泥，在垢泥積存的底部，氯離子的掘坑效應會更加迅速。通過打開P-6001C入口短接及泵腔內的垢泥情況可以判斷此管道中、下部結垢嚴重，必然會加速蝕坑形貌的形成。

3 結論及建議

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

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