長輸水管道泵站冷卻系統不銹鋼管道腐蝕分析與探討

程魯豐

中國石油工程建設公司，北京100120

長輸水管道泵站冷卻系統不銹鋼管道腐蝕分析與探討

程魯豐

中國石油工程建設公司，北京100120

文章針對長距離輸水管道工程中泵站離心輸水泵動力驅動引擎冷卻水系統的不銹鋼管道焊縫處出現的腐蝕問題，對奧氏體不銹鋼焊接特性、焊接工藝和焊后處理進行了分析，并運用光學金相分析、電鏡顯微分析、能譜分析、電化學分析等方法對焊縫腐蝕區進行了試驗研究，試驗表明具有抑制Cl-對不銹鋼的點蝕作用，溫度升高降低了不銹鋼的點蝕電位，并據此提出了一些抑制和緩解腐蝕的措施與建議。

冷卻水系統；不銹鋼管道；腐蝕；試驗研究

0 引言

塔曼拉撒特位于撒哈拉沙漠腹地，為滿足塔曼拉撒特日益增長的用水需求，當地政府決定實施從擁有豐富地下水資源的因薩拉赫到塔曼拉撒特的長距離輸水工程。該輸水工程的FEED設計由瑞士公司STUCKY在2005年11月完成。

工程計劃輸水量10萬m3/d，從位于海拔305 m水源地的因薩拉赫輸至海拔1 450 m的塔曼拉撒特，全程750 km，沿途設有6個泵站分段提升。該工程處于社會依托條件極差的撒哈拉沙漠，無電力供應，故采用柴油天然氣雙燃料引擎作為動力驅動離心輸水泵。本項目的引擎冷卻水系統是根據業主合同要求，采用換熱器冷卻循環水的方式，而不是常規的風扇冷卻系統，冷卻水管道系統采用的是合同規定的不銹鋼材質SS1.4301（相當于S304或0Cr18Ni9），冷卻水為泵站所輸送的水源地原水。按照合同規定在水源地設有脫鹽處理站，對原水進行處理并達到WHO飲用水標準。

但是，為達到全線通水的目標，在未建設水源地脫鹽站的前提下，業主要求直接將地下原水接送至長距離輸水管道和沿線泵站，然后連續泵送至末站終端水池。這樣沿線泵站的冷卻水系統就只能采用這種未經處理的原水，原水中含量高于WHO標準3倍以上，對冷卻水系統的不銹鋼管道產生了一定的影響。下文主要分析不銹鋼管道焊縫處出現腐蝕的問題，開展了奧氏體不銹鋼的焊接特性、焊接工藝和金相分析，指出了奧氏體不銹鋼焊縫處出現點蝕坑的原因和影響因素，提出了解決腐蝕問題的對策。

1 奧氏體不銹鋼的焊接及影響耐腐蝕性的因素

1.1 奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性及其焊接工藝

不銹鋼材質SS1.4301為奧氏體不銹鋼，其韌性好，焊接性能優良，耐酸、抗氧化腐蝕能力強，價格較低廉，但在含氯離子的水中卻存在著嚴重的腐蝕問題。奧氏體不銹鋼易發生的局部腐蝕形式大體有：點腐蝕、焊接區晶間腐蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕等[1]。圖1所示為現場奧氏體不銹鋼焊縫處出現的腐蝕圖片。

圖1 冷卻水管道對接焊縫腐蝕圖片

根據材質、水質以及相關設計參數情況，選用了氬弧焊的焊接方法，焊材為E308-16。該焊接工藝通過了當地國具有相關資質的VERITAL機構的試驗評定。

1.2 奧氏體不銹鋼焊縫腐蝕分析

冷卻水系統局部不銹鋼焊縫出現腐蝕后，選取了有腐蝕的不銹鋼焊縫樣品，制成20 mm×10 mm× 2 mm的試樣，采用金相、能譜等分析方法對母材及焊接接頭進行對比分析。

1.2.1 不銹鋼焊縫腐蝕的光學金相分析（見圖2）

圖2 熔合區金相組織及腐蝕形貌

從圖2金相組織形貌上看，不銹鋼母材近縫區組織不均勻，這可能會造成腐蝕程度的不均勻。焊縫表面腐蝕坑明顯，焊縫的腐蝕程度要大于母材。

1.2.2 不銹鋼焊縫腐蝕形貌的電鏡觀察（見圖3）

圖3 焊縫腐蝕形貌的電鏡觀察

電鏡觀察表明焊縫表面腐蝕較為嚴重，表面上出現較多大小不一的圓形點蝕坑，呈現無規則的特征形貌。腐蝕產物層固結不牢固，多處發生剝落。

1.2.3 不銹鋼及焊縫的能譜分析（見圖4）

分析表明，母材的Cr和Ni含量分別為18%和12%，焊縫中Cr和Ni含量較母材低，Cr含量<16%，Ni含量<8%，現場分析未發現焊接規范過大的跡象，過渡金屬中合金元素的燒損應處在可控的范圍內。

圖4 焊縫掃描區域能譜圖

1.3 奧氏體不銹鋼管腐蝕影響因素

1.3.1 Cl-和對奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響

對不銹鋼耐蝕性的影響主要是導致鈍化膜的局部破壞，促進點蝕的發生。Cl-對不銹鋼點蝕的促進作用與溶液中含氧酸根離子，特別是的存在與否有關，為此進行了試驗，結果見圖5，1～9為試驗曲線編號：腐蝕介質的配比及其對不銹鋼電極點蝕電位Eb的影響見表1。

圖5 奧氏體不銹鋼在不同比值的模擬冷卻水中的極化曲線

表1 Cl-和腐蝕介質的配比及其對不銹鋼電極點蝕電位Eb的影響

表1 Cl-和腐蝕介質的配比及其對不銹鋼電極點蝕電位Eb的影響

Cl-/SO42-質量比值00.140.280.420.560.620.760.830.97Eb/mV（SO42-為360 mg/L）982982984977663496369373358Eb/mV（SO42-為540 mg/L）982977974974686557511452435曲線編號123456789

通過監測，現場所輸送的地下原水的Cl-和質量濃度分別為550 mg/L和640 mg/L，遠超出WHO的Cl-質量濃度為250 mg/L的指標，降低氯離子含量對抑制現場不銹鋼腐蝕至關重要。

1.3.2 溫度對奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響

溫度對于不銹鋼的點蝕電位具有很大的影響。循環冷卻水系統中，循環水的溫度一般為30～45℃。在30～50℃范圍內選取幾個溫度點，測定電極極化曲線，見圖6。從圖中曲線可以看出，溫度升高使不銹鋼點蝕電位降低，同時鈍態電流增大。

圖6 奧氏體不銹鋼電極在不同溫度模擬冷卻水中的極化曲線

2 結束語

冷卻水系統中的奧氏體不銹鋼管道，在工作介質采用輸送的地下原水后，部分焊縫出現較為嚴重的腐蝕。依據上述的分析研究，提出了以下保護措施，有望抑制或減緩奧氏體不銹鋼管道的焊縫腐蝕。

（1）加快水源地脫鹽站建設，以便冷卻水系統的工作介質可以采用經脫鹽處理已滿足WHO水質標準要求的地下原水。

（2）焊接奧氏體不銹鋼管道時，應正確選擇焊接工藝及焊材，并保證焊后的快速冷卻、酸洗、鈍化等工序的施工質量。

（3）冷卻水不銹鋼管道內的工作介質溫度宜控制在小于50℃范圍內。

（4）對不銹鋼管道焊縫已出現的點蝕，在可控范圍內可采取修補措施。采用傳統的焊接修補方法，費用較高，施工耗時較長，建議使用高分子固化劑材料進行修復，該方法具有使用范圍廣、抑制腐蝕效率高、使用壽命長、費用低等優點。

Analysis and Discussion on Stainless Steel Pipeline Corrosion of Cooling System at Pump Station ofL ong-distance Water Transportation Pipeline

Cheng Lufeng
China Petroleum Engineering and Construction Co.，Beijing 100120，China

In a long-distance water transportation pipeline project，corrosion is found at the stainless steel pipeline weld of the centrifugal pump engine cooling water system at a pump station.The welding feature of austenite stainless steel，welding process and welding post-treatment are analyzed，and the experimental study on welding corrosion zone is conducted by means of optical metallographic analysis，electronical microscopic analysis，energy spectrum analysis and electrochemical analysis.The results show t hathas the function of restraining spot corrosion from Cl-， temperature increase enables decrease of spot corrosion potential，and so on.Some measures and suggestions for restraining and retarding corrosions are put forward.

cooling water system；stainless steelpipeline；corrosion；test research

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.019

程魯豐（1963-），男，山東菏澤人，高級工程師，1984年畢業于中國石油大學，主要從事國外EPC石油工程項目管理工作。

2014-01-01