某油田單井管線絕緣接頭的腐蝕原因

彭 博,陳 博,陳繼旺,姚鵬程,杜金楠

(1. 沈陽中科腐蝕控制工程技術(shù)有限公司，沈陽 110016； 2. 塔里木油田公司，庫爾勒 841000)

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某油田單井管線絕緣接頭的腐蝕原因

彭 博1,陳 博1,陳繼旺2,姚鵬程1,杜金楠1

(1. 沈陽中科腐蝕控制工程技術(shù)有限公司，沈陽 110016； 2. 塔里木油田公司，庫爾勒 841000)

陰極保護(hù)系統(tǒng)中，絕緣接頭非陰極保護(hù)側(cè)金屬管段腐蝕穿孔是絕緣接頭的失效情況之一，新疆某油田出現(xiàn)上述情況。通過對(duì)絕緣接頭兩側(cè)短接顯微組織觀察、兩端電勢的測量，及現(xiàn)場實(shí)際工況的分析，揭示了非保護(hù)側(cè)管段腐蝕穿孔的原因，并提出了合適的防治措施。

絕緣接頭；陰極保護(hù)；腐蝕

1　背景介紹

作為油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，管道安全運(yùn)行尤為重要。實(shí)踐證明，防腐蝕層與陰極保護(hù)聯(lián)合使用，是當(dāng)今防止埋地金屬管道外壁腐蝕最合理的方法[1]。陰極保護(hù)是給被保護(hù)管道施加電流，使管道表面不斷得到電子而極化。為了避免保護(hù)電流的流失，所以在管道與不同電位的設(shè)備裝置、管段之間采取了電絕緣措施，應(yīng)用較為廣泛的一種電絕緣措施是安裝絕緣接頭[2-3]。

某油田在采油井出口處安裝絕緣接頭，避免單井管線陰極保護(hù)電流通過采油系統(tǒng)流失。2014年1月，巡檢工作人員發(fā)現(xiàn)某井場埋地管線有液體外泄，開挖搶修時(shí)判定為絕緣接頭處管段發(fā)生腐蝕穿孔，如圖1所示。

2　檢測分析

絕緣接頭沿3點(diǎn)鐘至9點(diǎn)鐘方向水平剖開，將絕緣接頭分為上部和下部，觀察其內(nèi)部的腐蝕形貌，如圖2所示。

圖1　絕緣接頭處管段發(fā)生腐蝕穿孔Fig. 1Corrosion failure of insulating joint

圖2　絕緣接頭內(nèi)壁腐蝕形貌Fig. 2　The corrosive appearance of the inner wall of insulating joint

觀察發(fā)現(xiàn),管道內(nèi)壁防腐蝕層[4]有大面積破損，腐蝕主要發(fā)生在絕緣接頭非陰極保護(hù)側(cè)管段內(nèi)壁的下部，而管線絕緣接頭陰極保護(hù)側(cè)接管內(nèi)壁下部未見明顯腐蝕發(fā)生；絕緣接頭兩端內(nèi)壁上部也未見腐蝕發(fā)生。

2.1絕緣接頭絕緣性能檢測

根據(jù)GB/T 21246-2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法》中第“9”條的方法進(jìn)行測量[5]，測量結(jié)果顯示：下部管道兩端絕緣電阻為3.17 kΩ,上部管道兩端絕緣電阻為10.11 MΩ。

根據(jù)SY/T 0516-2008中要求，絕緣接頭、絕緣法蘭的絕緣電阻值應(yīng)大于10 MΩ[6]。結(jié)合電絕緣性測試結(jié)果，絕緣接頭上部絕緣材料兩端的電阻大于10 MΩ，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；管道下部絕緣材料兩端的電阻為3.17 kΩ，遠(yuǎn)沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，表明管道底部絕緣墊片失效。

2.2腐蝕形貌及腐蝕產(chǎn)物分析

對(duì)其中一個(gè)腐蝕坑沿端面剖開，其宏觀形貌如圖3所示?？梢钥闯?腐蝕坑內(nèi)壁寬度約19 mm，腐蝕坑外壁寬度約為4 mm，可以判斷腐蝕是由內(nèi)壁發(fā)生、發(fā)展。腐蝕坑的低倍形貌如圖4所示。從圖中可以看出，非保護(hù)側(cè)管段腐蝕坑內(nèi)、外布滿棕黃色的腐蝕產(chǎn)物。

圖3　腐蝕坑端面形貌Fig. 3　Cross-sectional appearance of the corrosion pit

對(duì)內(nèi)壁腐蝕坑內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析，結(jié)果表明腐蝕坑內(nèi)物質(zhì)主要是FeOOH，見圖5。

2.3絕緣接頭非保護(hù)側(cè)的組織

分別觀察絕緣接頭非保護(hù)側(cè)和保護(hù)側(cè)管段的顯微組織，非保護(hù)側(cè)腐蝕坑處管壁顯微組織為鐵素體+珠光體，保護(hù)側(cè)未腐蝕管段顯微組織同樣為鐵素體+珠光體，見圖6所示。

從顯微組織圖中可以看出，絕緣接頭兩側(cè)未見明顯的差異，可以排除由于異種金屬連接造成的電偶腐蝕。

(a)　圖3中a的位置 (b)　圖3中b的位置

(c)　圖3中c的位置 (d)　圖3中d的位置圖4　腐蝕坑內(nèi)不同位置的微觀形貌Fig. 4　The micro morphology of different positions in corrosion pit(a)　position a in Fig. 3　(b)　position b in Fig. 3(c)　position c in Fig. 3　(d)　position d in Fig. 3

圖5　腐蝕產(chǎn)物的XRD譜Fig. 5　XRD pattern of corrosion products

(a)　非保護(hù)側(cè) (b)　保護(hù)側(cè)圖6　絕緣接頭兩側(cè)管段金相組織 Fig. 6　Microstructure on unprotected side (a) and protected side (b) of the insulating joint

3　絕緣接頭非保護(hù)側(cè)腐蝕失效原因分析與討論

絕緣接頭兩側(cè)管段組織結(jié)構(gòu)相同，排除因不同相組織的金屬連接造成電偶腐蝕的可能性；腐蝕產(chǎn)物主要成分為FeOOH，也不存在異常現(xiàn)象。

從絕緣接頭絕緣性能檢測結(jié)果可以看出，絕緣接頭下部的絕緣性能已經(jīng)失效。當(dāng)施加保護(hù)電流時(shí)，電流會(huì)從絕緣性能失效處流向非保護(hù)側(cè)一端，使絕緣接頭非保護(hù)側(cè)的電位向陰極保護(hù)端的電位移動(dòng)，導(dǎo)致靠近絕緣接頭處電位較負(fù)，遠(yuǎn)端電位則較正，這樣便形成宏觀的腐蝕電池[7-8]。電位較正的遠(yuǎn)端為陰極，靠近絕緣接頭處為陽極，發(fā)生腐蝕，如圖7所示。

圖7　絕緣接頭失效原因示意圖Fig. 7　Simple illustration of failure cause of insulating joint

4　結(jié)論

絕緣接頭兩端電阻不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致絕緣接頭內(nèi)阻降低，絕緣接頭漏電，使絕緣接頭非保護(hù)側(cè)的電位向陰極保護(hù)端的電位移動(dòng)，導(dǎo)致靠近絕緣接頭處電位較負(fù)，使非保護(hù)側(cè)形成電位梯度，非陰極保護(hù)一側(cè)靠近絕緣墊片附近管道與遠(yuǎn)端形成電位差，構(gòu)成宏觀電偶腐蝕電池。

為確保絕緣接頭更長時(shí)間的使用周期，可改進(jìn)絕緣接頭的絕緣墊片的性能、增加絕緣接頭接管內(nèi)襯涂層的厚度及長度來滿足特定的絕緣性要求。在焊接安裝絕緣接頭或管道清管作業(yè)時(shí)，注意保護(hù)絕緣接頭內(nèi)襯涂層，防止涂層破損在絕緣接頭內(nèi)壁產(chǎn)生較大的局部漏電電流。

[1]趙發(fā)銀，吳萬興. 不銹鋼結(jié)構(gòu)件防腐及表面處理技術(shù)[J]. 兵工自動(dòng)化,2009,10:18-20.

[2]SY/T 0086-2003陰極保護(hù)管道的電絕緣標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]胡士信. 陰極保護(hù)工程[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[4]GB/T 21246-2007埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法[S].

[5]SY/T 0516-2008絕緣接頭與絕緣法蘭技術(shù)規(guī)范[S].

[6]曹楚南. 腐蝕電化學(xué)原理[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008:36.

[7]胡建華. 石油庫金屬油管的安全監(jiān)測[J]. 石油庫與加油站,2009(3):78-79.

Corrosion Reason for Insulating Joint in an Oil Field

PENG Bo1, CHEN Bo1, CHEN Ji-wang2, YAO Peng-cheng1, DU Jin-nan1

(1. Shenyang Zhong Ke Corrosion Control Engineering and Technology Co., Ltd., Shenyang 110016, China;2. Tarim Oilfield Company, Korla 841000, China)

It′s one of the insulating joint failures that the side without catholic protection was corroded, such a situation happened in Xinjiang. The causes of corrosion perforation on the side of the insulating joint without catholic protection were analyzed by observing the microstructure, measuring the potential between the both side of the insulating joint and analyzing the in-situ situation. Some suitable control measures were put forward.

insulating joint; cathodic protection; corrosion

2014-12-22

陳 博(1987-),工程師,本科,從事油氣田腐蝕與防護(hù)工作,13904017710,chenbo7710@126.com

10.11973/fsyfh-201512021

TG172

B

1005-748X(2015)12-1202-03