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        315 K VLCC“TENKI”船暴露區(qū)原油蒸汽加熱管線銹蝕分析及處理

        2012-01-22 11:27:12
        船海工程 2012年3期
        關(guān)鍵詞:不銹鋼管碳鋼管子

        (南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司, 江蘇 南通 226005)

        我公司建造的315 K VLCC“TENKI”輪是當(dāng)時(shí)世界上惟一的可承運(yùn)重質(zhì)加溫原油(高流動(dòng)點(diǎn)原油)的超大型油船,船上裝備了先進(jìn)的原油加熱裝置,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離運(yùn)載高黏度石油。交船后3個(gè)月,發(fā)現(xiàn)原油加熱管線的不銹鋼管表面有銹斑全面覆蓋,1號(hào)貨艙附近原油蒸汽加熱管線排污支管中一支管有裂紋。經(jīng)查,主送氣管和回氣管表面都存在銹蝕現(xiàn)象。

        1 原因分析

        1.1 材質(zhì)化學(xué)成分缺陷

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求,該系統(tǒng)使用316L不銹鋼管材,牌號(hào)為0Cr17Ni14Mo2。因?yàn)槠淠臀g性、耐大氣腐蝕性和高溫蠕變強(qiáng)度特別好,可在嚴(yán)酷的條件下使用??咕Ы绺g性優(yōu),其化學(xué)成分見表1、2。分析認(rèn)為,材質(zhì)化學(xué)成分符合要求,材質(zhì)化學(xué)成分缺陷的可能性可以排除。

        表1 316 L不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

        表2 廠家交貨材質(zhì)化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

        1.2 材料用錯(cuò)

        因?yàn)榇瑥S現(xiàn)場材料非常多,可能管理上有疏漏或工人因疏忽拿錯(cuò)材料。譬如使用了其它類別的不銹鋼管。

        材料取錯(cuò)的可能性不能完全排除。

        1.3 與碳鋼件碰撞、摩擦造成表面劃傷

        在現(xiàn)場加工過程中,有與其它碳鋼件碰撞、摩擦的可能性。而且,不銹鋼管表面似乎是有一些被摩擦的痕跡。如果是被其它碳鋼件碰撞、摩擦,會(huì)對鈍化膜造成損害,保護(hù)能力降低,易與化學(xué)介質(zhì)發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生化學(xué)腐蝕而生銹。

        因此被碳鋼件碰撞、摩擦引起銹蝕的可能性不能排除。

        1.4 鐵質(zhì)粉塵附著

        船廠現(xiàn)場打磨有不少鐵質(zhì)粉塵,鐵質(zhì)粉塵飄落并附著在不銹鋼管上,這種易生銹物質(zhì)的附著與腐蝕介質(zhì)形成原電池而產(chǎn)生電化學(xué)腐,產(chǎn)生浮銹[1]。

        1.5 應(yīng)力腐蝕(SCC)

        奧氏體不銹鋼管應(yīng)力腐蝕裂紋主要有兩種類型。一種是銳敏化(Cr的碳化物向晶界析出)引起的晶界型,另一種是氯化物引起的晶內(nèi)型。

        銳敏化,就是在使用中或焊接施工時(shí),當(dāng)以600~850 ℃的溫度加熱超過一定的時(shí)間,Cr的碳化物會(huì)沿著晶粒邊界析出,發(fā)生銳敏化,使得晶界的耐腐蝕性能下降,產(chǎn)生晶界型SCC。通常,可以通過使用限制C濃度的材料(L材)控制銳敏化。本船使用的是SUS316L,所以發(fā)生晶界型SCC的可能性比較低[2]。

        氯化物引起的SCC,只有在腐蝕環(huán)境(應(yīng)力、溫度、含鹽質(zhì)量濃度高的水分)形成時(shí)才會(huì)發(fā)生。使用蒸汽時(shí),焊縫部位雖然有焊接殘余應(yīng)力,但因?yàn)楣茏油獗砻娴臏囟瘸^100 ℃,水分蒸發(fā)了, 腐蝕環(huán)境不能形成,所以不會(huì)發(fā)生SCC。而在不用蒸汽時(shí),管外表面的鹽分和水分共存,容易形成腐蝕環(huán)境,有可能發(fā)生SCC。

        該船正式開始營運(yùn)后,主要裝載高粘度油,在滿載航行過程中,連續(xù)向原油艙輸送蒸汽,管子表面不斷有海浪激起的海水飛濺,水分被迅速蒸發(fā),留下鹽分,使用環(huán)境非常惡劣。

        所以,應(yīng)力腐蝕的可能性不能排除。

        1.6 銹蝕滲透

        不銹鋼由于其特殊的金相組織和表面鈍化膜,使得它在一般情況下較難與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕,但并不是在任何條件下都不能被腐蝕。在腐蝕介質(zhì)和誘因(如劃傷等)存在的條件下,不銹鋼也能與腐蝕介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)被腐蝕,而且在一定條件下的腐蝕速度相當(dāng)快而產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象,尤其是點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。

        2 原因排查與處理

        該原油蒸汽加熱管線的設(shè)計(jì)目的是將粘厚的油加熱,增加其流動(dòng)性,使之能順利流向目的油艙或油罐。一旦發(fā)生SCC裂紋,將會(huì)導(dǎo)致該管線不能正常工作,油艙的油不能被加溫,管內(nèi)的油會(huì)淤積、堵塞,后果非常嚴(yán)重。

        M煤礦的職工安置工作歷時(shí)兩個(gè)月,主要采用分流安置、退休安置、內(nèi)部退養(yǎng)、解除(終止)勞動(dòng)合同四種安置方式。

        接到船東的問題報(bào)告后,公司迅速制作新管送船,并安排寄回舊管以便分析;同時(shí)做出預(yù)案,即一旦發(fā)生腐蝕穿孔或裂紋,首先對穿孔或裂紋部位采用耐蒸汽溫度的修補(bǔ)劑特氟龍或鐵水泥修補(bǔ),然后進(jìn)行針對SCC進(jìn)行涂裝,再用管箍對修補(bǔ)部位進(jìn)行加固。

        考慮到不銹鋼鋼管上附著有積鹽,一旦又有海水進(jìn)入,會(huì)產(chǎn)生含鹽量高的水分,形成易發(fā)生晶粒內(nèi)SCC的環(huán)境。為改變SCC發(fā)生的環(huán)境,先采用臨時(shí)措施,請船員及時(shí)沖洗管表面的鹽分。

        除此之外,公司設(shè)計(jì)和售后服務(wù)人員組成專家組登船進(jìn)行調(diào)查。因船在碼頭卸油時(shí)需使用該管線,不能進(jìn)行PT檢查,只用放大鏡進(jìn)行外觀檢查。當(dāng)時(shí)看不出應(yīng)力腐蝕裂紋,認(rèn)為浮銹的可能性比較大。對發(fā)生裂紋的管子和有銹蝕的總管進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,支管材質(zhì)與圖紙要求不一致。圖紙要求使用SUS316L,而實(shí)際使用的卻是SUS304。

        后經(jīng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)是現(xiàn)場材料使用中出現(xiàn)差錯(cuò),錯(cuò)拿了SUS304。而SUS304管的裂紋為應(yīng)力腐蝕裂紋,此材質(zhì)不適用于該系統(tǒng)??偣懿馁|(zhì)符合SUS316L標(biāo)準(zhǔn),但發(fā)生了很細(xì)微的應(yīng)力腐蝕裂紋。

        公司為該管線準(zhǔn)備了3個(gè)永久對策方案,供塢修時(shí)根據(jù)管線的實(shí)際情況選用。①鋼管+涂裝;②滲鋁管+Pipe Cover;③預(yù)防SCC發(fā)生的涂裝。

        考慮所用的預(yù)防SCC的涂料是近年開發(fā)出的針對核能發(fā)電暴露蒸汽管的涂料,對預(yù)防SCC有效。涂料技術(shù)要求如下。

        品名:SCC阻斷中溫用(厚度30 μm,涂2遍)+ PYROSIN SU#250A(30 μm,涂2遍)

        開發(fā)背景:在四國電力的核能發(fā)電所,發(fā)生了原因在于SUS304的暴露蒸汽管包裹的聚乙烯帶的SCC,為解決該問題而開發(fā)。

        原理:先涂含吸收Cl離子成分的底漆(SCC阻斷),然后涂上可以防止外部水侵入的面漆(PYROSIN),阻斷鹽分和水分到達(dá)管表面,避免腐蝕環(huán)境的形成。

        耐熱性:系有機(jī)硅涂料,在蒸汽管(190 ℃)上的附著性方面沒有問題。

        施工實(shí)績:經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證后,2005年起開始使用電力的核能發(fā)電所SUS304暴露蒸汽管上。使用效果良好。

        施工方法:打底處理為水洗,如果可以做簡單的酸洗則更好。

        SCC SHUT(底漆)凃2遍 +PYROSIN(面漆)涂2遍。

        隨船對管線進(jìn)行PT檢查,未發(fā)現(xiàn)明顯的SCC征兆。鑒于此,與船東協(xié)商后,最終決定采用第三種方案:即實(shí)施預(yù)防SCC發(fā)生的涂裝。

        在塢修時(shí),對該管線進(jìn)行全面檢查,對整個(gè)管線中有銹蝕的部分進(jìn)行打磨、補(bǔ)焊、清理和清洗,PT檢查確認(rèn),然后進(jìn)行預(yù)防SCC的涂裝施工處理。

        3 結(jié)論

        根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和對管材的分析,確認(rèn)發(fā)生裂紋的那根支管是由于材料用錯(cuò)了。而整個(gè)管線銹蝕的原因有現(xiàn)場施工過程中打磨產(chǎn)生的鐵質(zhì)粉塵

        的附著引起的,也有運(yùn)輸、加工過程中吊裝師與其它碳鋼件之間的碰撞、摩擦導(dǎo)致鈍化膜受損引起的。細(xì)微的SCC裂紋是由于惡劣的使用環(huán)境造成的。施工完成沒有出現(xiàn)類似問題,說明施工效果是好的。

        通過對“TENKI”船暴露區(qū)原油蒸汽加熱管線銹蝕問題的原因分析與處理,發(fā)現(xiàn)了船舶建造過程中存在的問題與不足,這是需要反思的。

        對于管子用錯(cuò)的問題,需要加強(qiáng)現(xiàn)場對原材料的管理。經(jīng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)SUS管整根管材廠家在管子表面上都標(biāo)注了材質(zhì),所以取錯(cuò)的可能性非常小。但是對于切斷的管材,廠家標(biāo)注了材質(zhì)的那部分有時(shí)候就沒有了。一般情況下,管工會(huì)在切斷后對需保管的材料在表面用記號(hào)筆寫上材質(zhì)。這次管材取錯(cuò)的原因是管徑太細(xì),只有27.2 mm,寫上的字跡模糊,取材時(shí)看錯(cuò)了。為防止再發(fā)此類問題可以考慮將SUS304和SUS316的保管材堆場分開;對SUS316的保管材在管端部涂色;檢查切斷材的材質(zhì)是否寫得很清晰,如果發(fā)現(xiàn)有不清晰的,要對材質(zhì)進(jìn)行檢查,或者廢棄。

        管子表面浮銹產(chǎn)生的主要原因在于與其它碳鋼件之間的碰撞、摩擦和打磨的鐵質(zhì)粉塵的附著,需要在建造現(xiàn)場、加工過程及運(yùn)輸過程中注意適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)。

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