徐艷麗

（中海油石化工程有限公司，山東青島 266101）

腐蝕是跨學(xué)科研究感興趣的課題，它結(jié)合了材料科學(xué)、化學(xué)、物理、冶金和化學(xué)工程領(lǐng)域多學(xué)科。某化工廠(chǎng)由于運(yùn)行年限較長(zhǎng)，加上環(huán)境、介質(zhì)、工藝流程、不同工況出現(xiàn)變動(dòng)，工廠(chǎng)里的碳鋼材質(zhì)出現(xiàn)不同程度的腐蝕。對(duì)于腐蝕機(jī)理的研究主要通過(guò)實(shí)施腐蝕監(jiān)測(cè)、研究防腐措施進(jìn)行分析，對(duì)不同環(huán)境和介質(zhì)中金屬材料表面生成的銹層組成和性質(zhì)進(jìn)行了細(xì)致的分析，并探討了銹層對(duì)碳鋼腐蝕的作用機(jī)理[1]。該化工裝置的管道材質(zhì)主要是20#鋼，碳鋼也是化工設(shè)備中發(fā)生腐蝕最常見(jiàn)的材質(zhì)[2-4]。碳鋼經(jīng)常出現(xiàn)銹層主要與碳鋼所處的環(huán)境有關(guān)，α-FeOOH 是比較穩(wěn)定，化學(xué)活性較低的物質(zhì)，而β-FeOOH 和y-FeOOH 穩(wěn)定性較差，化學(xué)活性較高，這兩種元素是誘發(fā)碳鋼生銹的主要原因[5-6]。本文通過(guò)對(duì)某化工裝置管道腐蝕進(jìn)行取樣，采用掃描電鏡對(duì)被腐蝕管道進(jìn)行防腐分析，得出腐蝕原因，并進(jìn)行防腐策略分析。

1 腐蝕管道取樣分析

通過(guò)對(duì)化工廠(chǎng)某裝置的腐蝕管道進(jìn)行取樣，分別拿到三個(gè)腐蝕穿孔的腐蝕段樣，將圖中三處腐蝕穿孔的樣品分別進(jìn)行電鏡分析，并為這三個(gè)樣品進(jìn)行編號(hào)：圖1為1#彎頭（彎頭處腐蝕穿孔）；圖2為2#法蘭（法蘭連接處腐蝕穿孔）；圖33#T 型三通（拐角處腐蝕穿孔）。

圖1 1#彎頭（彎頭處腐蝕穿孔）

圖2 2#法蘭（法蘭連接處腐蝕穿孔）

圖3 3#T型三通（拐角處腐蝕穿孔）

從該裝置管道的三處取樣看，這三處腐蝕位置都已經(jīng)穿孔，在生產(chǎn)過(guò)程中肯定發(fā)生嚴(yán)重泄漏，影響裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。判斷分析管道穿孔處多發(fā)生在焊接和拐彎處。物流發(fā)生變化的地方腐蝕越嚴(yán)重，通過(guò)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)管線(xiàn)明顯變薄。還有管徑越小的地方由于流速較快，沖蝕過(guò)程中帶走部分金屬，時(shí)間久了腐蝕也越嚴(yán)重。特別是湍流，湍流將加速腐蝕，因?yàn)橥牧鬟^(guò)程，增加更多的腐蝕劑將帶走更多的腐蝕產(chǎn)物，加速?zèng)_蝕，導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重。腐蝕的另外一個(gè)因素就是電化學(xué)腐蝕，也就是管道如果長(zhǎng)期有腐蝕物堆積，有些離子會(huì)在這些地方聚集濃縮，這些管道的離子含量逐漸增加，在特殊環(huán)境下會(huì)發(fā)生劇烈的電化學(xué)反應(yīng)，腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致穿孔。

2 腐蝕管道電鏡及光譜分析

2.1 腐蝕表面掃描電鏡圖

利用微觀電鏡對(duì)三個(gè)樣品腐蝕位置表面進(jìn)行掃描，如圖4所示。

圖4 1#、2#、3#樣品腐蝕位置表面掃描電鏡圖

從圖4看出，原來(lái)光滑管道表面起了很多腐蝕物，很多地方均有皸裂，皸裂的地方腐蝕物垢層松散，如果管道的流體不斷沖刷，腐蝕物就會(huì)剝落下來(lái)，加上電化學(xué)反應(yīng)，管道表面會(huì)產(chǎn)生很多小孔。

2.2 腐蝕位置元素分析

利用光譜分析樣品腐蝕位置表面的C//Fe 元素，圖中a 代表C 元素，反映的是管道介質(zhì)；b 代表的是O 元素，反映的是被氧化的銹層；c 代表的是O/Fe元素，反映的是管道本身及被氧化的銹層。d 代表三種元素在腐蝕位置的分布。從圖5中，發(fā)現(xiàn)氧化程度不斷加強(qiáng)，使得金屬表面逐漸變薄，直至穿孔。

圖5 樣品腐蝕位置表面C/O/Fe元素圖

3 腐蝕原因及防腐對(duì)策分析

對(duì)該化工廠(chǎng)管道腐蝕的原因及防腐對(duì)策分析，如表1所示。

表1 管道腐蝕原因及防腐對(duì)策分析表

4 某化工裝置管道腐蝕防護(hù)對(duì)策

4.1 絕緣防腐層配套陰極保護(hù)

目前公認(rèn)最經(jīng)濟(jì)最有效的防腐措施即為在管道防腐和破損的地方設(shè)置陰極電流保護(hù)，減少腐蝕過(guò)程中管道發(fā)生氧化還原反應(yīng)搶奪電子的現(xiàn)象，進(jìn)而可延緩管道腐蝕，該技術(shù)方案應(yīng)用程度較為廣泛。

4.2 對(duì)管線(xiàn)的防腐層進(jìn)行合理修復(fù)

化工管道防腐蝕開(kāi)展最重要的一點(diǎn)即為做好防腐層的維護(hù)及評(píng)價(jià)工作，這對(duì)于延長(zhǎng)防護(hù)管道的壽命具有至關(guān)重要的作用。實(shí)際工作中，通過(guò)測(cè)定防腐層電阻率即可明確防腐層的老化水平。決定電阻率變化的相關(guān)因素包括防腐層使用年限、質(zhì)量水平、材料種類(lèi)等。實(shí)際測(cè)定時(shí)若防腐層Ω數(shù)值越大，則代表急性防護(hù)時(shí)所需的功率及保護(hù)電流越小，如此一來(lái)能夠獲得較大的范圍的管道保護(hù)面積，從而利于管道的腐蝕性保護(hù)。

4.3 腐蝕管道大修時(shí)鋼體補(bǔ)強(qiáng)方案研究

針對(duì)腐蝕深度＞2mm，且呈現(xiàn)出大面積分布（＞半個(gè)）鋼管的腐蝕深度時(shí)，在補(bǔ)強(qiáng)時(shí)應(yīng)用力度應(yīng)較大，加套袖補(bǔ)強(qiáng)；針對(duì)腐蝕深度＞2mm，腐蝕面積＞1cm2的情況，在補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，可采用鋼板焊補(bǔ)的形式加以干預(yù)；針對(duì)腐蝕深度＞1mm，腐蝕面積＜1cm2的情況，在補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，可采用鋼板焊補(bǔ)的形式加以干預(yù)。針對(duì)屬于上述評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容，一般則判定為管道質(zhì)量嚴(yán)重下降，應(yīng)該早日更換新管道。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某化工裝置管道腐蝕進(jìn)行取樣，拿到三個(gè)腐蝕穿孔的腐蝕段樣，將其分別進(jìn)行電鏡及光譜分析。分析管道腐蝕原因，并從結(jié)構(gòu)方面、成分方面、動(dòng)力學(xué)方面、材質(zhì)方面進(jìn)行闡述，同時(shí)也從這幾個(gè)方面進(jìn)行防腐策略分析。采用預(yù)先控制理念，將腐蝕穿孔風(fēng)險(xiǎn)控制在較低水平；針對(duì)腐蝕程度較為嚴(yán)重需要更換管路的管線(xiàn)，需要進(jìn)行防腐檢測(cè)，隨后對(duì)其進(jìn)行更換、修復(fù)與規(guī)劃，確保資金的有效利用。上述措施旨在消除隱患，保證裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)，為化工裝置的管道腐蝕控制提供借鑒。