劉佳

摘要:某廠使用的彎頭出現(xiàn)穿孔失效現(xiàn)象,通過對失效樣品現(xiàn)場勘查以及對樣品宏觀觀察、理化性能分析及介質(zhì)化驗(yàn)，得出樣品機(jī)械性能、金相組織符合要求，由于介質(zhì)存在礦化度高，導(dǎo)電性強(qiáng)的特點(diǎn)，在電化學(xué)腐蝕趨勢下，致使局部蝕坑沿液體流動方向不斷向縱、深擴(kuò)展，最終導(dǎo)致腐蝕穿孔現(xiàn)象發(fā)生。

關(guān)鍵詞：彎頭、失效、礦化度、電化學(xué)腐蝕

1.前言

受采油廠委托，對其腐蝕穿孔的彎頭進(jìn)行失效原因分析。

2.失效樣品使用及現(xiàn)場勘查情況

失效樣品使用及現(xiàn)場勘查情況如下：

該站5月21日投投產(chǎn)，6月26日發(fā)現(xiàn)穿孔。截止目前共發(fā)生穿孔11處，現(xiàn)場勘驗(yàn)均發(fā)生在彎頭本體部位。

3.失效樣品宏觀分析

通過對樣品內(nèi)表面進(jìn)行觀察，可以看出：

(1)穿孔區(qū)域明顯減薄，樣品內(nèi)表面存在明顯的溝槽狀腐蝕，腐蝕方向沿液體流動方向，貫穿彎頭肘部內(nèi)凹處。

（2）腐蝕處無明顯腐蝕產(chǎn)物聚集，樣品內(nèi)表面覆蓋有黃色和黑色垢層。

通過以上幾點(diǎn)，可以看出此樣品存在典型的溝槽腐蝕的跡象，腐蝕方向沿液體流動方向向縱、深處發(fā)展。

4.理化分析

從樣品靠近失效區(qū)域截取樣品進(jìn)行金相分析及材質(zhì)化驗(yàn)，從未失效樣品上截取試樣進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，結(jié)果如下

（1）金相組織：鐵素體+珠光體

（2）機(jī)械性能

抗拉強(qiáng)度（410～530）：500,480,500；

屈服強(qiáng)度（≥245）：355,330,375

斷后伸長率（≥20%）：26%，26%，26%

（3）化學(xué)成分

C: 0.21%;Si: 0.23%,Mn: 0.52%,

P: 0.023%,S: 0.010%,Cr: 0.02%

通過對樣品的理化分析，可以看出：

(1)該樣品金相組織符合正火管材要求。

(2)該樣品理化性能均符合20#鋼要求。

5.輸送介質(zhì)分析

采油廠提供水樣測試結(jié)果顯示：

所檢混合液pH值6.9,呈弱酸性，SRB菌6個/mL,含量較低，無硫化物，礦化度達(dá)到31006mg/L，氯離子含量為19169mg/L，屬于高礦化度強(qiáng)腐蝕性水，

介質(zhì)的礦化度高，導(dǎo)電性強(qiáng)，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，屬于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，尤其是氯離子含量高，對金屬的穿透能力強(qiáng)，易造成點(diǎn)蝕，在缺乏防腐措施保護(hù)的情況下造成管線穿孔。

6.失效原因分析

（1）不同介質(zhì)的影響

在集輸管線中存在著油相、水相、少量固體粘稠的沉積相，后者主要為地層帶出的泥沙、不溶性的腐蝕產(chǎn)物等，其常規(guī)分布為上層為油，中間為水，下層靠近管線底部的為沉積物，由于金屬在不同的介質(zhì)中電極電位不同，沉淀區(qū)下為陽極區(qū)，上部為陰極區(qū)，且輸送介質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性，尤其是含有較高的氯離子，破壞了垢層的結(jié)構(gòu)，宏觀上形成了“大陰極-小陽極”的腐蝕電池，（可以簡單的想象為金屬電鍍工藝過程，陽極區(qū)作為電鍍工藝中金屬的來源區(qū)），產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，且陰極區(qū)比陽極區(qū)面積越大，這種作用越顯著。宏觀腐蝕電池是產(chǎn)生局部腐蝕、溝槽腐蝕的重要原因。

（2）液體流速及固體顆粒的影響

流速對腐蝕速度有極大的影響，主要因?yàn)殡S著液體流速的提高，促進(jìn)了腐蝕性介質(zhì)的供應(yīng)量，加速了腐蝕，并造成液體對金屬表面的沖擊。此外由于金屬與液體間的剪切作用力，使腐蝕產(chǎn)物從金屬表面剝離，由液體帶走，尤其是液體中含固體粒子時，金屬表面的腐蝕會更加嚴(yán)重，其腐蝕特點(diǎn)可由全面腐蝕變成磨損腐蝕，由磨損腐蝕形成的局部腐蝕通常具有表面光亮，無腐蝕產(chǎn)物沉積的特點(diǎn)，且其外貌沿流動方向呈谷狀，一般按液體流動方向切入金屬。

（3）腐蝕溝槽的形成

溝槽腐蝕的發(fā)展與介質(zhì)的腐蝕性、管線內(nèi)宏腐蝕電池的作用有關(guān)，對溝槽腐蝕影響很大的因素是流動狀態(tài)。沖刷腐蝕是金屬表面與腐蝕流體之間由于高速相對運(yùn)動引起的金屬損傷。通常在靜止或低速流動的腐蝕介質(zhì)中并不嚴(yán)重，而當(dāng)腐蝕流體高速運(yùn)動時，破壞了金屬的表面磨或腐蝕產(chǎn)物膜，表面膜的減薄或去除加速了金屬的腐蝕過程。因而沖蝕是流體的沖刷與腐蝕協(xié)同作用的結(jié)果。沖蝕常發(fā)生在集輸?shù)阮I(lǐng)域的各種管道上，尤其在外頭、肘管和三通等改變流體方向、速度和增大紊流的部位比較嚴(yán)重。

腐蝕溝槽的位置為彎頭內(nèi)凹處，此處液體流向發(fā)生改變，存在流速變化和紊流情況。

沖力的大小與液體的流速、管內(nèi)的壓力是成正比的，即液體流速越快，沖力就越大，對管壁的壓力也越大，對金屬的沖刷作用也就越大，在介質(zhì)的沖刷作用下，腐蝕產(chǎn)物受沖刷作用不斷剝離，沖力越大，剝離越快，同時由于管內(nèi)宏腐蝕電池的存在，沉積層剝離的越多，“大陰極-小陽極”的趨勢越明顯，腐蝕作用的效果越加顯著，露出新鮮活性金屬表面又產(chǎn)生新的腐蝕。通過這樣長時間周而復(fù)始的不斷沖蝕，最終樣品壁厚減薄出現(xiàn)穿孔失效。

7.結(jié)論

（1）該樣品機(jī)械性能、金相組織符合要求。

（2）該失效樣品溝槽沿液體流動方向分布，其橫斷面為上寬下窄的梯形深谷，為典型的溝槽腐蝕。

（3）集輸管線中油相、水相、沉積相可形成宏腐蝕電池，可誘發(fā)溝槽腐蝕和點(diǎn)蝕。隨著液體的磨蝕，腐蝕產(chǎn)物及管壁沉積層被剝離，加劇了“大陰極-小陽極”的電化學(xué)腐蝕趨勢，致使局部蝕坑沿液體流動方向不斷向縱、深擴(kuò)展，最終導(dǎo)致腐蝕穿孔現(xiàn)象發(fā)生。

8.建議

（1）提高彎頭壁厚，加強(qiáng)彎頭耐沖蝕能力

（2）在管道的設(shè)計(jì)上，盡量減少流體的變向，加大彎頭半徑，提高彎頭的流通直徑，以降低流速。

（3）工藝措施調(diào)整，凈化介質(zhì)，過濾流體的顆粒雜質(zhì)，降低介質(zhì)的腐蝕性。