注水泵密封環腐蝕原因分析

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中起到至關重要的作用，但是由于其在長期高壓高氯離子環境中運行，很容易發生腐蝕[1]。常見的注水泵腐蝕失效原因有磨損腐蝕導致備件損壞、介質高含氯離子對密封環等腐蝕、疲勞斷裂等[2]。本文針對海上油田注水泵葉輪環腐蝕原因進行了全面的分析。

1 葉輪環腐蝕情況

1.1 葉輪環腐蝕情況

本文針對油田注水泵設備型號：KHP230-115×12、流量：230m3/h、揚程：1380m、轉速：2980r/min， 發生腐蝕斷裂位置為葉輪的密封環，位于螺釘固定處發生斷裂。密封環的兩端面腐蝕嚴重，表面有坑蝕。詳細材質信息如表1所示，注水泵材質信息。

1.2 葉輪環材質分析

采用直讀光譜儀對葉輪密封進行成分分析，檢測結果如表2所示，檢測結果與廠家提供材質證書基本一致，其中Si、Mn元素含量略有差異。

2 葉輪環腐蝕原因分析

2.1 葉輪環壁腐蝕產物分析

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

表1 泵材質信息

表2 化學成分分析結果

表3 樣品EDS分析結果

分析結果：此樣品主要成分為Ca2Al2SiO7·8H2O、Fe2O3、Cr2（CrO4）2（Cr4O13）、FeNi。葉輪密封環上的腐蝕產物主要為泥樣，腐蝕產物檢測結果表明，泵體內存在泥樣和垢樣，且泥樣較多。密封環的材質分別為馬氏體不銹鋼。泵體發生的是均勻腐蝕，局部位置有腐蝕坑，而葉輪密封環表面以點蝕為主。

2.2 葉輪環SEM+EDS分析

將葉輪密封環斷口切下，采用多功能掃描電鏡對斷口表面不同位置進行微觀形貌分析。斷口表面有多處腐蝕坑，其中有部分坑內嵌入了其他物質，此物質表面發生開裂，坑內有一層覆蓋層，且覆蓋層發生開裂，坑內可見多處微裂紋，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]，可能是腐蝕產物、結垢物和泥樣混合后形成的，密封環斷裂后斷口處發生對磨，對磨過程中，在表面形成了一層保護層表層覆蓋層中Ca元素含量較高。

2.3 葉輪環電偶腐蝕分析

采用Gamry Reference 600+電化學工作站分別對注水泵外殼材料、軸、軸套密封、葉輪進行Tafel極化曲線測試。應用三電極體系，參比電極為Ag/AgCl，對電極為鉑片，電解質溶液為配置的水樣，在常溫下進行試驗。掃描范圍為-0.15V～+0.25V。三種材料的極化曲線測試及擬合結果如圖4所示，得到自腐蝕電位、自腐蝕電流密度和腐蝕速率，匯總如表4所示。

表4 斷口坑內EDS檢測分析結果

從極化曲線測試圖中可以看出，葉輪密封材料與軸之間存在電位差。根據圖線的交點可以預測葉輪密封材料/軸材料偶對的電偶電位為-695.9mV，電偶電流為5.033μA。一般地，材料的自腐蝕電位越負，則越容易發生腐蝕；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生腐蝕。

表5 腐蝕電位數據表

3 結語

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在同一介質中形成了電偶腐蝕，腐蝕形成的點蝕坑使密封環在凹槽處強度降低，在高速轉動下發生斷裂；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，導致螺釘處發生腐蝕，最終因強度不足導致密封環斷裂；因為螺釘材質不詳，不排除螺釘與密封環形成了電偶腐蝕的可能。建議海上油田注水泵結構件采用統一材質，避免電偶腐蝕發生；同時不斷監控注水水質，盡量避免在泵體內形成泥樣和垢樣，從而降低垢下腐蝕的風險。