曲偉首

（中海石油（有限）天津分公司，天津 300459）

0 引言

油田注水泵在油田注水生產(chǎn)中起到至關(guān)重要的作用，但是由于其在長(zhǎng)期高壓高氯離子環(huán)境中運(yùn)行，很容易發(fā)生腐蝕[1]。常見的注水泵腐蝕失效原因有磨損腐蝕導(dǎo)致備件損壞、介質(zhì)高含氯離子對(duì)密封環(huán)等腐蝕、疲勞斷裂等[2]。本文針對(duì)海上油田注水泵葉輪環(huán)腐蝕原因進(jìn)行了全面的分析。

1 葉輪環(huán)腐蝕情況

1.1 葉輪環(huán)腐蝕情況

本文針對(duì)油田注水泵設(shè)備型號(hào)：KHP230-115×12、流量：230m3/h、揚(yáng)程：1380m、轉(zhuǎn)速：2980r/min， 發(fā)生腐蝕斷裂位置為葉輪的密封環(huán)，位于螺釘固定處發(fā)生斷裂。密封環(huán)的兩端面腐蝕嚴(yán)重，表面有坑蝕。詳細(xì)材質(zhì)信息如表1所示，注水泵材質(zhì)信息。

1.2 葉輪環(huán)材質(zhì)分析

采用直讀光譜儀對(duì)葉輪密封進(jìn)行成分分析，檢測(cè)結(jié)果如表2所示，檢測(cè)結(jié)果與廠家提供材質(zhì)證書基本一致，其中Si、Mn元素含量略有差異。

2 葉輪環(huán)腐蝕原因分析

2.1 葉輪環(huán)壁腐蝕產(chǎn)物分析

刮取腐蝕特征部位腐蝕產(chǎn)物，并對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行清洗，先用石油醚去除腐蝕產(chǎn)物中的油，多次萃取，直至石油醚透明和腐蝕產(chǎn)物有明顯分層為止。再用酒精清洗腐蝕產(chǎn)物，直至酒精透明為止。然后用濾紙分離腐蝕產(chǎn)物，最后晾干裝入試樣帶，在做XRD和EDS之前，需對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行研磨，殼體環(huán)樣品分析結(jié)果如表3所示。

表1 泵材質(zhì)信息

表2 化學(xué)成分分析結(jié)果

表3 樣品EDS分析結(jié)果

分析結(jié)果：此樣品主要成分為Ca2Al2SiO7·8H2O、Fe2O3、Cr2（CrO4）2（Cr4O13）、FeNi。葉輪密封環(huán)上的腐蝕產(chǎn)物主要為泥樣，腐蝕產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果表明，泵體內(nèi)存在泥樣和垢樣，且泥樣較多。密封環(huán)的材質(zhì)分別為馬氏體不銹鋼。泵體發(fā)生的是均勻腐蝕，局部位置有腐蝕坑，而葉輪密封環(huán)表面以點(diǎn)蝕為主。

2.2 葉輪環(huán)SEM+EDS分析

將葉輪密封環(huán)斷口切下，采用多功能掃描電鏡對(duì)斷口表面不同位置進(jìn)行微觀形貌分析。斷口表面有多處腐蝕坑，其中有部分坑內(nèi)嵌入了其他物質(zhì)，此物質(zhì)表面發(fā)生開裂，坑內(nèi)有一層覆蓋層，且覆蓋層發(fā)生開裂，坑內(nèi)可見多處微裂紋，斷口下半表面開裂處，從圖中可以看到大小不一的裂紋，表面平整，并非晶粒晶界處裂紋[3]，可能是腐蝕產(chǎn)物、結(jié)垢物和泥樣混合后形成的，密封環(huán)斷裂后斷口處發(fā)生對(duì)磨，對(duì)磨過(guò)程中，在表面形成了一層保護(hù)層表層覆蓋層中Ca元素含量較高。

2.3 葉輪環(huán)電偶腐蝕分析

采用Gamry Reference 600+電化學(xué)工作站分別對(duì)注水泵外殼材料、軸、軸套密封、葉輪進(jìn)行Tafel極化曲線測(cè)試。應(yīng)用三電極體系，參比電極為Ag/AgCl，對(duì)電極為鉑片，電解質(zhì)溶液為配置的水樣，在常溫下進(jìn)行試驗(yàn)。掃描范圍為-0.15V～+0.25V。三種材料的極化曲線測(cè)試及擬合結(jié)果如圖4所示，得到自腐蝕電位、自腐蝕電流密度和腐蝕速率，匯總?cè)绫?所示。

表4 斷口坑內(nèi)EDS檢測(cè)分析結(jié)果

從極化曲線測(cè)試圖中可以看出，葉輪密封材料與軸之間存在電位差。根據(jù)圖線的交點(diǎn)可以預(yù)測(cè)葉輪密封材料/軸材料偶對(duì)的電偶電位為-695.9mV，電偶電流為5.033μA。一般地，材料的自腐蝕電位越負(fù)，則越容易發(fā)生腐蝕；自腐蝕電流密度越大，腐蝕速率越快，因此葉輪密封材料更容易發(fā)生腐蝕。

表5 腐蝕電位數(shù)據(jù)表

3 結(jié)語(yǔ)

斷口表面的裂紋是覆蓋在斷口表面的垢樣和泥樣覆蓋層破裂后形成；腐蝕原因可能為葉輪和與其接觸的葉輪密封環(huán)在同一介質(zhì)中形成了電偶腐蝕，腐蝕形成的點(diǎn)蝕坑使密封環(huán)在凹槽處強(qiáng)度降低，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下發(fā)生斷裂；其次也有可能是螺釘處鈍化膜被破壞或者鈍化膜受鐵的污染而破壞，導(dǎo)致螺釘處發(fā)生腐蝕，最終因強(qiáng)度不足導(dǎo)致密封環(huán)斷裂；因?yàn)槁葆敳馁|(zhì)不詳，不排除螺釘與密封環(huán)形成了電偶腐蝕的可能。建議海上油田注水泵結(jié)構(gòu)件采用統(tǒng)一材質(zhì)，避免電偶腐蝕發(fā)生；同時(shí)不斷監(jiān)控注水水質(zhì)，盡量避免在泵體內(nèi)形成泥樣和垢樣，從而降低垢下腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。