某化工裝置管道腐蝕及防腐分析

徐艷麗

（中海油石化工程有限公司，山東青島 266101）

腐蝕是跨學科研究感興趣的課題，它結合了材料科學、化學、物理、冶金和化學工程領域多學科。某化工廠由于運行年限較長，加上環(huán)境、介質、工藝流程、不同工況出現(xiàn)變動，工廠里的碳鋼材質出現(xiàn)不同程度的腐蝕。對于腐蝕機理的研究主要通過實施腐蝕監(jiān)測、研究防腐措施進行分析，對不同環(huán)境和介質中金屬材料表面生成的銹層組成和性質進行了細致的分析，并探討了銹層對碳鋼腐蝕的作用機理[1]。該化工裝置的管道材質主要是20#鋼，碳鋼也是化工設備中發(fā)生腐蝕最常見的材質[2-4]。碳鋼經(jīng)常出現(xiàn)銹層主要與碳鋼所處的環(huán)境有關，α-FeOOH 是比較穩(wěn)定，化學活性較低的物質，而β-FeOOH 和y-FeOOH 穩(wěn)定性較差，化學活性較高，這兩種元素是誘發(fā)碳鋼生銹的主要原因[5-6]。本文通過對某化工裝置管道腐蝕進行取樣，采用掃描電鏡對被腐蝕管道進行防腐分析，得出腐蝕原因，并進行防腐策略分析。

1 腐蝕管道取樣分析

通過對化工廠某裝置的腐蝕管道進行取樣，分別拿到三個腐蝕穿孔的腐蝕段樣，將圖中三處腐蝕穿孔的樣品分別進行電鏡分析，并為這三個樣品進行編號：圖1為1#彎頭（彎頭處腐蝕穿孔）；圖2為2#法蘭（法蘭連接處腐蝕穿孔）；圖33#T 型三通（拐角處腐蝕穿孔）。

圖1 1#彎頭（彎頭處腐蝕穿孔）

圖2 2#法蘭（法蘭連接處腐蝕穿孔）

圖3 3#T型三通（拐角處腐蝕穿孔）

從該裝置管道的三處取樣看，這三處腐蝕位置都已經(jīng)穿孔，在生產(chǎn)過程中肯定發(fā)生嚴重泄漏，影響裝置的安全平穩(wěn)運行。判斷分析管道穿孔處多發(fā)生在焊接和拐彎處。物流發(fā)生變化的地方腐蝕越嚴重，通過測量后發(fā)現(xiàn)管線明顯變薄。還有管徑越小的地方由于流速較快，沖蝕過程中帶走部分金屬，時間久了腐蝕也越嚴重。特別是湍流，湍流將加速腐蝕，因為湍流過程，增加更多的腐蝕劑將帶走更多的腐蝕產(chǎn)物，加速沖蝕，導致腐蝕嚴重。腐蝕的另外一個因素就是電化學腐蝕，也就是管道如果長期有腐蝕物堆積，有些離子會在這些地方聚集濃縮，這些管道的離子含量逐漸增加，在特殊環(huán)境下會發(fā)生劇烈的電化學反應，腐蝕嚴重，導致穿孔。

2 腐蝕管道電鏡及光譜分析

2.1 腐蝕表面掃描電鏡圖

利用微觀電鏡對三個樣品腐蝕位置表面進行掃描，如圖4所示。

圖4 1#、2#、3#樣品腐蝕位置表面掃描電鏡圖

從圖4看出，原來光滑管道表面起了很多腐蝕物，很多地方均有皸裂，皸裂的地方腐蝕物垢層松散，如果管道的流體不斷沖刷，腐蝕物就會剝落下來，加上電化學反應，管道表面會產(chǎn)生很多小孔。

2.2 腐蝕位置元素分析

利用光譜分析樣品腐蝕位置表面的C//Fe 元素，圖中a 代表C 元素，反映的是管道介質；b 代表的是O 元素，反映的是被氧化的銹層；c 代表的是O/Fe元素，反映的是管道本身及被氧化的銹層。d 代表三種元素在腐蝕位置的分布。從圖5中，發(fā)現(xiàn)氧化程度不斷加強，使得金屬表面逐漸變薄，直至穿孔。

圖5 樣品腐蝕位置表面C/O/Fe元素圖

3 腐蝕原因及防腐對策分析

對該化工廠管道腐蝕的原因及防腐對策分析，如表1所示。

表1 管道腐蝕原因及防腐對策分析表

4 某化工裝置管道腐蝕防護對策

4.1 絕緣防腐層配套陰極保護

目前公認最經(jīng)濟最有效的防腐措施即為在管道防腐和破損的地方設置陰極電流保護，減少腐蝕過程中管道發(fā)生氧化還原反應搶奪電子的現(xiàn)象，進而可延緩管道腐蝕，該技術方案應用程度較為廣泛。

4.2 對管線的防腐層進行合理修復

化工管道防腐蝕開展最重要的一點即為做好防腐層的維護及評價工作，這對于延長防護管道的壽命具有至關重要的作用。實際工作中，通過測定防腐層電阻率即可明確防腐層的老化水平。決定電阻率變化的相關因素包括防腐層使用年限、質量水平、材料種類等。實際測定時若防腐層Ω數(shù)值越大，則代表急性防護時所需的功率及保護電流越小，如此一來能夠獲得較大的范圍的管道保護面積，從而利于管道的腐蝕性保護。

4.3 腐蝕管道大修時鋼體補強方案研究

針對腐蝕深度＞2mm，且呈現(xiàn)出大面積分布（＞半個）鋼管的腐蝕深度時，在補強時應用力度應較大，加套袖補強；針對腐蝕深度＞2mm，腐蝕面積＞1cm2的情況，在補強時，可采用鋼板焊補的形式加以干預；針對腐蝕深度＞1mm，腐蝕面積＜1cm2的情況，在補強時，可采用鋼板焊補的形式加以干預。針對屬于上述評判標準中的內(nèi)容，一般則判定為管道質量嚴重下降，應該早日更換新管道。

5 結束語

通過對某化工裝置管道腐蝕進行取樣，拿到三個腐蝕穿孔的腐蝕段樣，將其分別進行電鏡及光譜分析。分析管道腐蝕原因，并從結構方面、成分方面、動力學方面、材質方面進行闡述，同時也從這幾個方面進行防腐策略分析。采用預先控制理念，將腐蝕穿孔風險控制在較低水平；針對腐蝕程度較為嚴重需要更換管路的管線，需要進行防腐檢測，隨后對其進行更換、修復與規(guī)劃，確保資金的有效利用。上述措施旨在消除隱患，保證裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)，為化工裝置的管道腐蝕控制提供借鑒。