趙光輝 李文軍 張 輝 劉媛媛 中國(guó)石油烏魯木齊石化公司設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院

連續(xù)重整裝置加熱爐輔助火嘴金屬軟管腐蝕泄漏失效

趙光輝 李文軍 張 輝 劉媛媛 中國(guó)石油烏魯木齊石化公司設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院

中國(guó)石油烏魯木齊石化分公司煉油廠芳烴車(chē)間連續(xù)重整裝置加熱爐輔助火嘴金屬軟管發(fā)生泄漏。該金屬軟管由鋼絲編織網(wǎng)和波紋管組成，其規(guī)格型號(hào)：JSPG-40-1.0MPa，公稱(chēng)直徑：40mm。波紋管的材質(zhì)為316L，網(wǎng)體的材質(zhì)為1Cr18Ni9。管內(nèi)介質(zhì)為瓦斯氣，操作溫度40℃。金屬軟管從開(kāi)始投用到發(fā)生泄漏，共運(yùn)行了約14個(gè)月。泄漏部位分布于波紋管縱焊縫和母材上，表現(xiàn)形式為密集型孔洞。基于該波紋管存在的腐蝕問(wèn)題，本文從多角度對(duì)其發(fā)生原因進(jìn)行分析討論，最后提出了一些預(yù)防措施。

1 檢測(cè)分析

1.1 宏觀檢測(cè)

首先，對(duì)金屬軟管進(jìn)行了宏觀檢查。金屬軟管由波紋管和包裹在其外表面的鋼絲編織網(wǎng)組成(見(jiàn)圖1)。剝掉該金屬軟管外表面的鋼絲編織網(wǎng)后，發(fā)現(xiàn)波紋管上存在一條縱焊縫(見(jiàn)圖2)。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，波紋管的縱焊縫和母材上均發(fā)現(xiàn)有密集型的腐蝕孔洞，從宏觀形貌上分析，金屬軟管泄漏的原因是其內(nèi)部的波紋管發(fā)生點(diǎn)腐蝕穿孔造成的。

圖1 金屬軟管外觀形貌

圖2 波紋管的外觀形貌

1.2 化學(xué)成分分析

在發(fā)生腐蝕泄漏的波紋管上進(jìn)行取樣，并對(duì)其材質(zhì)進(jìn)行化學(xué)成分分析。分析結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明，波紋管的化學(xué)成分不符合316L的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分的要求，碳的含量明顯偏高，而鎳和鉬的含量偏低。

表1 316L波紋管的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.3 金相分析

在金屬軟管的波紋管上橫向取一個(gè)樣，經(jīng)打磨、拋光及浸蝕后在光學(xué)顯微鏡下觀察。檢測(cè)結(jié)果顯示焊縫上的金相組織為鑄狀?yuàn)W氏體，并且在波紋管的內(nèi)壁存在腐蝕坑（見(jiàn)圖3)；母材上的金相組織為孿晶奧氏體（見(jiàn)圖4)，波紋管的金相組織均為正常，但是波紋管內(nèi)壁存在不同深度的腐蝕坑。這說(shuō)明腐蝕是從內(nèi)壁開(kāi)始的，是由于內(nèi)部介質(zhì)引起的腐蝕。

圖3 波紋管上焊縫的金相組織圖

圖4 波紋管上母材的金相組織圖

1.4 能譜分析

對(duì)波紋管內(nèi)壁的灰黑色垢物進(jìn)行能譜分析，結(jié)果顯示灰黑色垢物中氧、鋁、硫和氯元素含量較高，這些元素均是工藝介質(zhì)中帶來(lái)的。其中內(nèi)部含量較高的硫離子和氯離子經(jīng)常是造成不銹鋼材料腐點(diǎn)腐蝕穿孔的主要原因[2]。

2 腐蝕原因分析與討論

2.1 腐蝕機(jī)理

不銹鋼之所以具有良好的抗腐蝕性是因?yàn)槠浔砻婺軌蛐纬梢粚又旅艿拟g化膜。當(dāng)介質(zhì)中存在的活性陰離子(如氯離子和硫離子等)破壞了不銹鋼鈍化膜后[3]，在基層金屬上出現(xiàn)小腐蝕孔，它是點(diǎn)腐蝕生成的活性中心。蝕孔內(nèi)金屬表面處于活態(tài)，電位較負(fù)。蝕孔外金屬表面處于鈍態(tài)，電位較正，于是孔內(nèi)和孔外構(gòu)成了一個(gè)活態(tài)—鈍態(tài)微電偶腐蝕電池，電池具有大陰極小陽(yáng)極的面積比結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極電流密度很大，蝕孔加深很快[4]?？淄饨饘俦砻嫱瑫r(shí)受到陰極保護(hù)，繼續(xù)保持鈍態(tài)。

點(diǎn)蝕坑內(nèi)正離子濃度的增高，將致使氯離子的遷移，以保持點(diǎn)蝕坑內(nèi)溶液的電中性。所形成的金屬氯化物被水解為氫氧化物和游離酸[5]。這種酸的產(chǎn)生使腐蝕坑底部溶液的pH值降低，pH值的降低和氯離子的存在促使金屬溶解，整個(gè)過(guò)程隨著時(shí)間的推移而加速。

2.2 影響因素討論

經(jīng)分析，影響不銹鋼點(diǎn)腐蝕的因素可歸納為[6]。

1）材料因素。對(duì)于不銹鋼材料，Cr、Mo、Ni等元素能使其具有良好抗點(diǎn)腐蝕性能的元素。鋼中的含碳量對(duì)抗點(diǎn)腐蝕影響通常是隨著含碳量的降低抗點(diǎn)蝕性能提高。由上面對(duì)泄漏的波紋管的材質(zhì)進(jìn)行分析的結(jié)果可知，其N(xiāo)i和Mo的含量較正常值偏低，而含碳量明顯高于正常要求值。

2）環(huán)境因素。點(diǎn)蝕發(fā)生的一個(gè)必要條件是介質(zhì)含有特殊的離子，不銹鋼對(duì)含有鹵素離子介質(zhì)特別敏感。由能譜分析結(jié)果可知，其介質(zhì)內(nèi)部氯離子和硫離子的含量非常高，而含氯離子的溶液最容易引起不銹鋼點(diǎn)腐蝕。

2.3 腐蝕原因

首先，由宏觀檢查可知，導(dǎo)致金屬軟管發(fā)生腐蝕泄漏的直接原因是由于波紋管的焊縫和母材上發(fā)生點(diǎn)腐蝕穿孔造成的；其次，當(dāng)介質(zhì)中鹵素離子和氧化劑（例如溶解氧）同時(shí)存在時(shí)，容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。不銹鋼能譜分析證明介質(zhì)中含有氯、硫等元素，而這些活性陰離子破壞了不銹鋼的鈍化膜，是發(fā)生點(diǎn)蝕的主要誘因；再次，316L這種材質(zhì)具有良好的抗點(diǎn)腐蝕的性能。但是，從對(duì)波紋管的化學(xué)成分進(jìn)行分析的結(jié)果中可知，其碳的含量與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值明顯偏高，而鎳和鉬的含量偏低。因此，材質(zhì)的選擇與要求不符也是造成該金屬軟管發(fā)生腐蝕穿孔的重要原因；最后，材質(zhì)表面的均勻性、內(nèi)部非金屬夾雜物的分布和組成以及金屬組織不均勻性對(duì)點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生及分布位置都有重要影響。

3 結(jié)論及建議

經(jīng)對(duì)某煉油廠連續(xù)重整裝置加熱爐輔助火嘴金屬軟管發(fā)生腐蝕穿孔問(wèn)題的分析，確認(rèn)金屬軟管發(fā)生腐蝕穿孔泄漏是由于介質(zhì)中含有較高的氯離子等活性離子的存在造成不銹鋼材料產(chǎn)生點(diǎn)蝕穿孔泄漏造成的，材質(zhì)的選用錯(cuò)誤促使這一過(guò)程的發(fā)生。為了避免該管線再次發(fā)生腐蝕泄漏，提出以下兩點(diǎn)建議：

1）改善使用環(huán)境。降低工藝介質(zhì)中氯離子和硫離子的濃度，同時(shí)要防止局部濃縮的發(fā)生?？梢钥紤]用電化學(xué)保護(hù)方法使不銹鋼的電位低于臨界腐蝕電位；

2）合理選用材料。波紋管之所以在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生腐蝕穿孔，一個(gè)很重要的原因就是選用的材質(zhì)與設(shè)計(jì)不符。因此，在設(shè)備的制造及修復(fù)過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的規(guī)范要求選用使用的材料。

1 吳興華,等.伴熱管系金屬波紋軟管開(kāi)裂失效分析.壓力容器, 2007

2吳建.不銹鋼的腐蝕破壞與防蝕技術(shù).腐蝕與防護(hù),1997

3黃鳳林,等.不銹鋼換熱器的腐蝕原因分析及解決辦法.腐蝕防護(hù),2008.12

4肖紀(jì)美.材料的腐蝕及控制方法.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 1995

5 肖紀(jì)美.應(yīng)力作用下的金屬.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1995

6 林玉珍,等.材料的腐蝕和腐蝕控制原理.北京：中國(guó)石化出版社,2007

2013－06－20）