連續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 中國石油烏魯木齊石化公司設備檢驗檢測院

連續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 中國石油烏魯木齊石化公司設備檢驗檢測院

中國石油烏魯木齊石化分公司煉油廠芳烴車間連續重整裝置加熱爐輔助火嘴金屬軟管發生泄漏。該金屬軟管由鋼絲編織網和波紋管組成，其規格型號：JSPG-40-1.0MPa，公稱直徑：40mm。波紋管的材質為316L，網體的材質為1Cr18Ni9。管內介質為瓦斯氣，操作溫度40℃。金屬軟管從開始投用到發生泄漏，共運行了約14個月。泄漏部位分布于波紋管縱焊縫和母材上，表現形式為密集型孔洞。基于該波紋管存在的腐蝕問題，本文從多角度對其發生原因進行分析討論，最后提出了一些預防措施。

1 檢測分析

1.1 宏觀檢測

首先，對金屬軟管進行了宏觀檢查。金屬軟管由波紋管和包裹在其外表面的鋼絲編織網組成(見圖1)。剝掉該金屬軟管外表面的鋼絲編織網后，發現波紋管上存在一條縱焊縫(見圖2)。宏觀檢查發現，波紋管的縱焊縫和母材上均發現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部的波紋管發生點腐蝕穿孔造成的。

圖1 金屬軟管外觀形貌

圖2 波紋管的外觀形貌

1.2 化學成分分析

在發生腐蝕泄漏的波紋管上進行取樣，并對其材質進行化學成分分析。分析結果見表1。結果表明，波紋管的化學成分不符合316L的標準化學成分的要求，碳的含量明顯偏高，而鎳和鉬的含量偏低。

表1 316L波紋管的化學成分（質量分數/%）

1.3 金相分析

在金屬軟管的波紋管上橫向取一個樣，經打磨、拋光及浸蝕后在光學顯微鏡下觀察。檢測結果顯示焊縫上的金相組織為鑄狀奧氏體，并且在波紋管的內壁存在腐蝕坑（見圖3)；母材上的金相組織為孿晶奧氏體（見圖4)，波紋管的金相組織均為正常，但是波紋管內壁存在不同深度的腐蝕坑。這說明腐蝕是從內壁開始的，是由于內部介質引起的腐蝕。

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

對波紋管內壁的灰黑色垢物進行能譜分析，結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中帶來的。其中內部含量較高的硫離子和氯離子經常是造成不銹鋼材料腐點腐蝕穿孔的主要原因[2]。

2 腐蝕原因分析與討論

2.1 腐蝕機理

不銹鋼之所以具有良好的抗腐蝕性是因為其表面能夠形成一層致密的鈍化膜。當介質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]，在基層金屬上出現小腐蝕孔，它是點腐蝕生成的活性中心。蝕孔內金屬表面處于活態，電位較負。蝕孔外金屬表面處于鈍態，電位較正，于是孔內和孔外構成了一個活態—鈍態微電偶腐蝕電池，電池具有大陰極小陽極的面積比結構，陽極電流密度很大，蝕孔加深很快[4]。孔外金屬表面同時受到陰極保護，繼續保持鈍態。

點蝕坑內正離子濃度的增高，將致使氯離子的遷移，以保持點蝕坑內溶液的電中性。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，整個過程隨著時間的推移而加速。

2.2 影響因素討論

經分析，影響不銹鋼點腐蝕的因素可歸納為[6]。

1）材料因素。對于不銹鋼材料，Cr、Mo、Ni等元素能使其具有良好抗點腐蝕性能的元素。鋼中的含碳量對抗點腐蝕影響通常是隨著含碳量的降低抗點蝕性能提高。由上面對泄漏的波紋管的材質進行分析的結果可知，其Ni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）環境因素。點蝕發生的一個必要條件是介質含有特殊的離子，不銹鋼對含有鹵素離子介質特別敏感。由能譜分析結果可知，其介質內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腐蝕。

2.3 腐蝕原因

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

3 結論及建議

經對某煉油廠連續重整裝置加熱爐輔助火嘴金屬軟管發生腐蝕穿孔問題的分析，確認金屬軟管發生腐蝕穿孔泄漏是由于介質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生點蝕穿孔泄漏造成的，材質的選用錯誤促使這一過程的發生。為了避免該管線再次發生腐蝕泄漏，提出以下兩點建議：

1）改善使用環境。降低工藝介質中氯離子和硫離子的濃度，同時要防止局部濃縮的發生。可以考慮用電化學保護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間內發生腐蝕穿孔，一個很重要的原因就是選用的材質與設計不符。因此，在設備的制造及修復過程中，嚴格按照設計的規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.腐蝕與防護,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,2008.12

4肖紀美.材料的腐蝕及控制方法.北京：化學工業出版社, 1995

5 肖紀美.應力作用下的金屬.北京：化學工業出版社,1995

6 林玉珍,等.材料的腐蝕和腐蝕控制原理.北京：中國石化出版社,2007

2013－06－20）