煉油廠管道保溫層下腐蝕及研究進展

王健生，羅建成，莫燁強

(1.中國石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司，廣西 欽州 535008;2.沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司，遼寧 沈陽 110180)

在煉化企業中，保溫層被施加于高溫服役條件下管道、容器、設備的表面，不僅可以降低工藝過程中介質的散熱損失，同時保持設備及管道的生產能力和安全，有效地節約能源、提高經濟效益。

但是保溫層下腐蝕(Corrosion under Insulation，CUI)一直是煉油廠難以避免和發生頻率較高的腐蝕事件。CUI 是由于水或其它腐蝕介質滲入保溫層后，在保溫層與金屬表面形成電解液環境的腐蝕現象［1］。特別是在海洋大氣和工業環境下，氯離子和硫化物在金屬表面的聚集，無論是碳鋼、低合金鋼，還是不銹鋼，都會產生嚴重的腐蝕［2］。

碳鋼是煉油廠管道中最常用的材質，從碳鋼管道所面臨的CUI 案例著手，說明保溫層下碳鋼發生CUI 的頻繁及隱蔽性，并對其研究現狀、煉油廠涂料選擇及檢測方法三部分進行了簡要介紹，目的是增強煉化企業對CUI 的認識及在應對CUI 時應重點考慮的措施。

1 煉油廠碳鋼CUI 現狀及研究進展

圖1 是某煉油廠20 號碳鋼材質的注緩蝕劑線發生的保溫層下腐蝕。管道泄漏后，對保溫進行拆除，發現彎頭焊縫處出現開裂現象。而管道泄漏后，流出的介質浸潤了整個下部分保溫棉。管道表面的富鋅圖層與泄漏介質發生了反應，使碳鋼管道裸露在保溫棉下，在氧氣和水溶液的影響下，管道發生腐蝕。經了解，此管線的操作溫度為常溫，因此做了保溫層之后，不僅起不到相應的節能效果，同時在一定程度上增大了腐蝕的風險。

圖1 保溫層下腐蝕情況

帶保溫層的管道、容器、設備在實際操作過程中，往往會由于外防護層的受損或其他原因，使得保溫材料受潮或受濕，在保溫層與金屬外表面間形成薄層電解液腐蝕環境，導致保溫層包覆下的管道、容器、設備外表面金屬發生腐蝕，即所謂的保溫層下腐蝕(CUI)。CUI 是煉油廠經常面臨的腐蝕情況，國內在20 世紀80 年代才有關于保溫層下腐蝕事故的報告［3］，比國外晚了將近30 a。近年來，國內加大了對CUI 的實驗室模擬研究，其通過搭建試驗裝置，人為提供CUI 發生所需要的腐蝕環境，研究CUI 的腐蝕機理及防護措施［4］。

實驗室研究發現，碳鋼在保溫層下的腐蝕最容易發生的溫度是-4～175 ℃，尤其是當運行溫度低于150 ℃時，保溫層下往往會存在一定量的冷凝水。碳鋼在保溫層下的腐蝕常表現為均勻減薄以及點蝕，在達到水的沸點之前，溫度每提高15～20 ℃，腐蝕速率就會加倍。周期性的溫度變化，對CUI 的影響更加顯著［5-6］。

姜瑩潔［7］等在實驗室模擬了20 號鋼的保溫層下腐蝕，于60～120 ℃在質量分數為0.01%～3%的NaCl 溶液中分別進行120 h 的浸潤和浸泡腐蝕試驗。其得到的主要結論如下:①隨著溫度的升高，20 號鋼的腐蝕速率先增大后減小，在80 ℃達到最大，隨后隨溫度超過100 ℃在碳鋼表面形成致密的氧化膜而抑制了腐蝕，溫度對CUI 起到主要的影響作用。②20號鋼在干濕交替環境下的腐蝕較冷熱交替和恒溫環境下的更為嚴重。

實驗室模擬研究雖然便于CUI 機理的研究，但是現場的很多因素(雨水、工業大氣、海洋氣候等)很難在實驗室完全模擬，因此在實驗室模擬取得一定成果的同時，開展CUI 的現場研究更有必要。現場以不同服役溫度下的管道為對象，通過預設腐蝕掛片、電化學手段及其他檢測技術，可研究不同涂層、不同時間周期、不同溫度及保溫材料等各類因素對CUI 的影響。摸清這些機理及規律，對煉油廠預防CUI 是根本有效的措施。

2 煉油廠碳鋼管道保溫層下涂料選擇現狀

國內大部分煉油廠管道的保溫系統都選用巖棉和復合型硅酸鹽類的保溫材料，這些保溫材料在使用過程中都會存在一定的吸水性。在管道選擇涂料防腐蝕時，每個廠都有各廠的體系。表1 是國內某廠碳鋼管道在不同溫度下保溫層下的涂料選擇類型，同時這也代表了國內大部分煉油廠的情況。

表1 碳鋼管道外表面防腐涂料類型

從表1 中可看到在溫度較低情況下，富鋅涂料由于易施工、成本低等優點，在煉油廠應用范圍還是較大。但是在50～175 ℃的溫度范圍內長時間服役，富鋅涂料不推薦使用。因為鋅粉在一個封閉或潮濕的環境中不能提供有效的保護，特別當溫度高于60 ℃時，鋅可能發生電化學逆轉，加快鋼鐵的腐蝕。而丙烯酸硅酮和有機硅耐熱漆具有較優的耐高溫性能，但其防腐能力有限，不適合較長年限保溫層下的管道防腐。

由于國內煉油廠對CUI 的重視程度不足，加上傳統涂料使用時間較久，新型涂料成本較高等眾多因素，同時在保溫層下的使用也未有統一的標準來評價。因此，目前煉油廠在涂料的選擇上還是比較傳統。隨著對CUI 認識的不斷加深及高性能涂料的使用，防腐層下涂料選擇的標準會逐漸建立，在安全、經濟等角度都有深遠的意義。

3 帶防腐層脈沖檢測技術

由于CUI 發生的隱蔽性，如何在不拆除保溫、不影響生產的情況下，及時并準確的檢測出保溫層下的腐蝕，具有十分重要的意義。渦流技術在帶防腐層檢測技術中報道較多，下面對其原理及不足之處進行了介紹。

3.1 脈沖渦流技術

脈沖渦流技術不僅具有常規渦流檢測的優點，同時可以實現大提離條件下的導體材料表面或近表面缺陷的檢測。其不需要與鋼材表面直接接觸，可以在設備運行過程中進行檢測。其原理是施加一定的方波信號作為激勵，根據法拉第電磁感應定律，變化的脈沖磁場會在線圈周圍激發一脈沖磁場，該脈沖磁場又會在處于其中的導電試件中感生出瞬變渦流，所激發的渦流磁場在檢測元件上就會感應出隨時間變化的電壓信號。試件中的缺陷會導致電壓信號的變化，能夠反映出被測試件中存在的缺陷(裂紋深度和大小等)［8-9］。但是其應用范圍有限，主要用于非鐵磁性材料的檢測。

3.2 脈沖漏磁技術

脈沖漏磁檢測技術是一種新型無損檢測技術，其綜合了脈沖渦流技術和漏磁檢測技術的優點，實現了對鐵磁性管道的磁化，同時激勵磁場的穿透深度也有很大提高，因而適用于帶保溫層的管道腐蝕缺陷檢測。

其原理是在具有高導磁性能的U 形鐵芯上繞制矩形激勵線圈，脈沖激勵信號在矩形激勵線圈上感生的磁場通過線圈傳志保溫層，再進入被測管壁，其大大減少了激勵磁場進入保溫層前的泄漏，增加了進入管壁的磁通量。當有缺陷存在時，則會在缺陷處產生漏磁場，最終通過提取感應信號的特征來對缺陷進行定性和定量分析［10-11］。

兩種檢測手段雖然都能取得一定的效果，但是其主要是針對材質內部發生缺陷或產生裂紋時才能發現，雖然較多文獻都對其應用于帶保溫層下管道的檢測進行了報道。但是當管道外表面腐蝕減薄或者有腐蝕坑存在時，而無法進行判斷。因此，新型檢測技術的應用和開發是非常必要的，對了解和指導CUI 具有深遠的意義。

4 結論

綜述了碳鋼管道防腐層下腐蝕的實驗室研究現狀，目前國內對CUI 的基礎研究還未得到重視，在加大實驗室模擬的同時，應加大對CUI 現場的實際研究，提供更加貼近煉油廠實際情況的理論基礎。目前，煉油廠對CUI 下涂料的選擇未有一定的選擇依據、渦流檢測技術無法對保溫層下腐蝕做出有效判定，因此建立涂料選擇的標準和新型檢測技術的開發，對預防和判定CUI 具有深遠的意義。

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