程魯豐

中國(guó)石油工程建設(shè)公司，北京100120

長(zhǎng)輸水管道泵站冷卻系統(tǒng)不銹鋼管道腐蝕分析與探討

程魯豐

中國(guó)石油工程建設(shè)公司，北京100120

文章針對(duì)長(zhǎng)距離輸水管道工程中泵站離心輸水泵動(dòng)力驅(qū)動(dòng)引擎冷卻水系統(tǒng)的不銹鋼管道焊縫處出現(xiàn)的腐蝕問(wèn)題，對(duì)奧氏體不銹鋼焊接特性、焊接工藝和焊后處理進(jìn)行了分析，并運(yùn)用光學(xué)金相分析、電鏡顯微分析、能譜分析、電化學(xué)分析等方法對(duì)焊縫腐蝕區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明具有抑制Cl-對(duì)不銹鋼的點(diǎn)蝕作用，溫度升高降低了不銹鋼的點(diǎn)蝕電位，并據(jù)此提出了一些抑制和緩解腐蝕的措施與建議。

冷卻水系統(tǒng)；不銹鋼管道；腐蝕；試驗(yàn)研究

0 引言

塔曼拉撒特位于撒哈拉沙漠腹地，為滿足塔曼拉撒特日益增長(zhǎng)的用水需求，當(dāng)?shù)卣疀Q定實(shí)施從擁有豐富地下水資源的因薩拉赫到塔曼拉撒特的長(zhǎng)距離輸水工程。該輸水工程的FEED設(shè)計(jì)由瑞士公司STUCKY在2005年11月完成。

工程計(jì)劃輸水量10萬(wàn)m3/d，從位于海拔305 m水源地的因薩拉赫輸至海拔1 450 m的塔曼拉撒特，全程750 km，沿途設(shè)有6個(gè)泵站分段提升。該工程處于社會(huì)依托條件極差的撒哈拉沙漠，無(wú)電力供應(yīng)，故采用柴油天然氣雙燃料引擎作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)離心輸水泵。本項(xiàng)目的引擎冷卻水系統(tǒng)是根據(jù)業(yè)主合同要求，采用換熱器冷卻循環(huán)水的方式，而不是常規(guī)的風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，冷卻水管道系統(tǒng)采用的是合同規(guī)定的不銹鋼材質(zhì)SS1.4301（相當(dāng)于S304或0Cr18Ni9），冷卻水為泵站所輸送的水源地原水。按照合同規(guī)定在水源地設(shè)有脫鹽處理站，對(duì)原水進(jìn)行處理并達(dá)到WHO飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

但是，為達(dá)到全線通水的目標(biāo)，在未建設(shè)水源地脫鹽站的前提下，業(yè)主要求直接將地下原水接送至長(zhǎng)距離輸水管道和沿線泵站，然后連續(xù)泵送至末站終端水池。這樣沿線泵站的冷卻水系統(tǒng)就只能采用這種未經(jīng)處理的原水，原水中含量高于WHO標(biāo)準(zhǔn)3倍以上，對(duì)冷卻水系統(tǒng)的不銹鋼管道產(chǎn)生了一定的影響。下文主要分析不銹鋼管道焊縫處出現(xiàn)腐蝕的問(wèn)題，開(kāi)展了奧氏體不銹鋼的焊接特性、焊接工藝和金相分析，指出了奧氏體不銹鋼焊縫處出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑的原因和影響因素，提出了解決腐蝕問(wèn)題的對(duì)策。

1 奧氏體不銹鋼的焊接及影響耐腐蝕性的因素

1.1 奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性及其焊接工藝

不銹鋼材質(zhì)SS1.4301為奧氏體不銹鋼，其韌性好，焊接性能優(yōu)良，耐酸、抗氧化腐蝕能力強(qiáng)，價(jià)格較低廉，但在含氯離子的水中卻存在著嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。奧氏體不銹鋼易發(fā)生的局部腐蝕形式大體有：點(diǎn)腐蝕、焊接區(qū)晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕等[1]。圖1所示為現(xiàn)場(chǎng)奧氏體不銹鋼焊縫處出現(xiàn)的腐蝕圖片。

圖1 冷卻水管道對(duì)接焊縫腐蝕圖片

根據(jù)材質(zhì)、水質(zhì)以及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)情況，選用了氬弧焊的焊接方法，焊材為E308-16。該焊接工藝通過(guò)了當(dāng)?shù)貒?guó)具有相關(guān)資質(zhì)的VERITAL機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)評(píng)定。

1.2 奧氏體不銹鋼焊縫腐蝕分析

冷卻水系統(tǒng)局部不銹鋼焊縫出現(xiàn)腐蝕后，選取了有腐蝕的不銹鋼焊縫樣品，制成20 mm×10 mm× 2 mm的試樣，采用金相、能譜等分析方法對(duì)母材及焊接接頭進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2.1 不銹鋼焊縫腐蝕的光學(xué)金相分析（見(jiàn)圖2）

圖2 熔合區(qū)金相組織及腐蝕形貌

從圖2金相組織形貌上看，不銹鋼母材近縫區(qū)組織不均勻，這可能會(huì)造成腐蝕程度的不均勻。焊縫表面腐蝕坑明顯，焊縫的腐蝕程度要大于母材。

1.2.2 不銹鋼焊縫腐蝕形貌的電鏡觀察（見(jiàn)圖3）

圖3 焊縫腐蝕形貌的電鏡觀察

電鏡觀察表明焊縫表面腐蝕較為嚴(yán)重，表面上出現(xiàn)較多大小不一的圓形點(diǎn)蝕坑，呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的特征形貌。腐蝕產(chǎn)物層固結(jié)不牢固，多處發(fā)生剝落。

1.2.3 不銹鋼及焊縫的能譜分析（見(jiàn)圖4）

分析表明，母材的Cr和Ni含量分別為18%和12%，焊縫中Cr和Ni含量較母材低，Cr含量<16%，Ni含量<8%，現(xiàn)場(chǎng)分析未發(fā)現(xiàn)焊接規(guī)范過(guò)大的跡象，過(guò)渡金屬中合金元素的燒損應(yīng)處在可控的范圍內(nèi)。

圖4 焊縫掃描區(qū)域能譜圖

1.3 奧氏體不銹鋼管腐蝕影響因素

1.3.1 Cl-和對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響

對(duì)不銹鋼耐蝕性的影響主要是導(dǎo)致鈍化膜的局部破壞，促進(jìn)點(diǎn)蝕的發(fā)生。Cl-對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕的促進(jìn)作用與溶液中含氧酸根離子，特別是的存在與否有關(guān)，為此進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖5，1～9為試驗(yàn)曲線編號(hào)：腐蝕介質(zhì)的配比及其對(duì)不銹鋼電極點(diǎn)蝕電位Eb的影響見(jiàn)表1。

圖5 奧氏體不銹鋼在不同比值的模擬冷卻水中的極化曲線

表1 Cl-和腐蝕介質(zhì)的配比及其對(duì)不銹鋼電極點(diǎn)蝕電位Eb的影響

表1 Cl-和腐蝕介質(zhì)的配比及其對(duì)不銹鋼電極點(diǎn)蝕電位Eb的影響

Cl-/SO42-質(zhì)量比值00.140.280.420.560.620.760.830.97Eb/mV（SO42-為360 mg/L）982982984977663496369373358Eb/mV（SO42-為540 mg/L）982977974974686557511452435曲線編號(hào)123456789

通過(guò)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)所輸送的地下原水的Cl-和質(zhì)量濃度分別為550 mg/L和640 mg/L，遠(yuǎn)超出WHO的Cl-質(zhì)量濃度為250 mg/L的指標(biāo)，降低氯離子含量對(duì)抑制現(xiàn)場(chǎng)不銹鋼腐蝕至關(guān)重要。

1.3.2 溫度對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響

溫度對(duì)于不銹鋼的點(diǎn)蝕電位具有很大的影響。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)水的溫度一般為30～45℃。在30～50℃范圍內(nèi)選取幾個(gè)溫度點(diǎn)，測(cè)定電極極化曲線，見(jiàn)圖6。從圖中曲線可以看出，溫度升高使不銹鋼點(diǎn)蝕電位降低，同時(shí)鈍態(tài)電流增大。

圖6 奧氏體不銹鋼電極在不同溫度模擬冷卻水中的極化曲線

2 結(jié)束語(yǔ)

冷卻水系統(tǒng)中的奧氏體不銹鋼管道，在工作介質(zhì)采用輸送的地下原水后，部分焊縫出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕。依據(jù)上述的分析研究，提出了以下保護(hù)措施，有望抑制或減緩?qiáng)W氏體不銹鋼管道的焊縫腐蝕。

（1）加快水源地脫鹽站建設(shè)，以便冷卻水系統(tǒng)的工作介質(zhì)可以采用經(jīng)脫鹽處理已滿足WHO水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的地下原水。

（2）焊接奧氏體不銹鋼管道時(shí)，應(yīng)正確選擇焊接工藝及焊材，并保證焊后的快速冷卻、酸洗、鈍化等工序的施工質(zhì)量。

（3）冷卻水不銹鋼管道內(nèi)的工作介質(zhì)溫度宜控制在小于50℃范圍內(nèi)。

（4）對(duì)不銹鋼管道焊縫已出現(xiàn)的點(diǎn)蝕，在可控范圍內(nèi)可采取修補(bǔ)措施。采用傳統(tǒng)的焊接修補(bǔ)方法，費(fèi)用較高，施工耗時(shí)較長(zhǎng)，建議使用高分子固化劑材料進(jìn)行修復(fù)，該方法具有使用范圍廣、抑制腐蝕效率高、使用壽命長(zhǎng)、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

Analysis and Discussion on Stainless Steel Pipeline Corrosion of Cooling System at Pump Station ofL ong-distance Water Transportation Pipeline

Cheng Lufeng
China Petroleum Engineering and Construction Co.，Beijing 100120，China

In a long-distance water transportation pipeline project，corrosion is found at the stainless steel pipeline weld of the centrifugal pump engine cooling water system at a pump station.The welding feature of austenite stainless steel，welding process and welding post-treatment are analyzed，and the experimental study on welding corrosion zone is conducted by means of optical metallographic analysis，electronical microscopic analysis，energy spectrum analysis and electrochemical analysis.The results show t hathas the function of restraining spot corrosion from Cl-， temperature increase enables decrease of spot corrosion potential，and so on.Some measures and suggestions for restraining and retarding corrosions are put forward.

cooling water system；stainless steelpipeline；corrosion；test research

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.019

程魯豐（1963-），男，山東菏澤人，高級(jí)工程師，1984年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，主要從事國(guó)外EPC石油工程項(xiàng)目管理工作。

2014-01-01