王健生，羅建成，莫燁強(qiáng)

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司，廣西 欽州 535008;2.沈陽(yáng)中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110180)

在煉化企業(yè)中，保溫層被施加于高溫服役條件下管道、容器、設(shè)備的表面，不僅可以降低工藝過(guò)程中介質(zhì)的散熱損失，同時(shí)保持設(shè)備及管道的生產(chǎn)能力和安全，有效地節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益。

但是保溫層下腐蝕(Corrosion under Insulation，CUI)一直是煉油廠難以避免和發(fā)生頻率較高的腐蝕事件。CUI 是由于水或其它腐蝕介質(zhì)滲入保溫層后，在保溫層與金屬表面形成電解液環(huán)境的腐蝕現(xiàn)象［1］。特別是在海洋大氣和工業(yè)環(huán)境下，氯離子和硫化物在金屬表面的聚集，無(wú)論是碳鋼、低合金鋼，還是不銹鋼，都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕［2］。

碳鋼是煉油廠管道中最常用的材質(zhì)，從碳鋼管道所面臨的CUI 案例著手，說(shuō)明保溫層下碳鋼發(fā)生CUI 的頻繁及隱蔽性，并對(duì)其研究現(xiàn)狀、煉油廠涂料選擇及檢測(cè)方法三部分進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，目的是增強(qiáng)煉化企業(yè)對(duì)CUI 的認(rèn)識(shí)及在應(yīng)對(duì)CUI 時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的措施。

1 煉油廠碳鋼CUI 現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

圖1 是某煉油廠20 號(hào)碳鋼材質(zhì)的注緩蝕劑線發(fā)生的保溫層下腐蝕。管道泄漏后，對(duì)保溫進(jìn)行拆除，發(fā)現(xiàn)彎頭焊縫處出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。而管道泄漏后，流出的介質(zhì)浸潤(rùn)了整個(gè)下部分保溫棉。管道表面的富鋅圖層與泄漏介質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)，使碳鋼管道裸露在保溫棉下，在氧氣和水溶液的影響下，管道發(fā)生腐蝕。經(jīng)了解，此管線的操作溫度為常溫，因此做了保溫層之后，不僅起不到相應(yīng)的節(jié)能效果，同時(shí)在一定程度上增大了腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 保溫層下腐蝕情況

帶保溫層的管道、容器、設(shè)備在實(shí)際操作過(guò)程中，往往會(huì)由于外防護(hù)層的受損或其他原因，使得保溫材料受潮或受濕，在保溫層與金屬外表面間形成薄層電解液腐蝕環(huán)境，導(dǎo)致保溫層包覆下的管道、容器、設(shè)備外表面金屬發(fā)生腐蝕，即所謂的保溫層下腐蝕(CUI)。CUI 是煉油廠經(jīng)常面臨的腐蝕情況，國(guó)內(nèi)在20 世紀(jì)80 年代才有關(guān)于保溫層下腐蝕事故的報(bào)告［3］，比國(guó)外晚了將近30 a。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)加大了對(duì)CUI 的實(shí)驗(yàn)室模擬研究，其通過(guò)搭建試驗(yàn)裝置，人為提供CUI 發(fā)生所需要的腐蝕環(huán)境，研究CUI 的腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施［4］。

實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，碳鋼在保溫層下的腐蝕最容易發(fā)生的溫度是-4～175 ℃，尤其是當(dāng)運(yùn)行溫度低于150 ℃時(shí)，保溫層下往往會(huì)存在一定量的冷凝水。碳鋼在保溫層下的腐蝕常表現(xiàn)為均勻減薄以及點(diǎn)蝕，在達(dá)到水的沸點(diǎn)之前，溫度每提高15～20 ℃，腐蝕速率就會(huì)加倍。周期性的溫度變化，對(duì)CUI 的影響更加顯著［5-6］。

姜瑩潔［7］等在實(shí)驗(yàn)室模擬了20 號(hào)鋼的保溫層下腐蝕，于60～120 ℃在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%～3%的NaCl 溶液中分別進(jìn)行120 h 的浸潤(rùn)和浸泡腐蝕試驗(yàn)。其得到的主要結(jié)論如下:①隨著溫度的升高，20 號(hào)鋼的腐蝕速率先增大后減小，在80 ℃達(dá)到最大，隨后隨溫度超過(guò)100 ℃在碳鋼表面形成致密的氧化膜而抑制了腐蝕，溫度對(duì)CUI 起到主要的影響作用。②20號(hào)鋼在干濕交替環(huán)境下的腐蝕較冷熱交替和恒溫環(huán)境下的更為嚴(yán)重。

實(shí)驗(yàn)室模擬研究雖然便于CUI 機(jī)理的研究，但是現(xiàn)場(chǎng)的很多因素(雨水、工業(yè)大氣、海洋氣候等)很難在實(shí)驗(yàn)室完全模擬，因此在實(shí)驗(yàn)室模擬取得一定成果的同時(shí)，開展CUI 的現(xiàn)場(chǎng)研究更有必要?，F(xiàn)場(chǎng)以不同服役溫度下的管道為對(duì)象，通過(guò)預(yù)設(shè)腐蝕掛片、電化學(xué)手段及其他檢測(cè)技術(shù)，可研究不同涂層、不同時(shí)間周期、不同溫度及保溫材料等各類因素對(duì)CUI 的影響。摸清這些機(jī)理及規(guī)律，對(duì)煉油廠預(yù)防CUI 是根本有效的措施。

2 煉油廠碳鋼管道保溫層下涂料選擇現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)大部分煉油廠管道的保溫系統(tǒng)都選用巖棉和復(fù)合型硅酸鹽類的保溫材料，這些保溫材料在使用過(guò)程中都會(huì)存在一定的吸水性。在管道選擇涂料防腐蝕時(shí)，每個(gè)廠都有各廠的體系。表1 是國(guó)內(nèi)某廠碳鋼管道在不同溫度下保溫層下的涂料選擇類型，同時(shí)這也代表了國(guó)內(nèi)大部分煉油廠的情況。

表1 碳鋼管道外表面防腐涂料類型

從表1 中可看到在溫度較低情況下，富鋅涂料由于易施工、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在煉油廠應(yīng)用范圍還是較大。但是在50～175 ℃的溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間服役，富鋅涂料不推薦使用。因?yàn)殇\粉在一個(gè)封閉或潮濕的環(huán)境中不能提供有效的保護(hù)，特別當(dāng)溫度高于60 ℃時(shí)，鋅可能發(fā)生電化學(xué)逆轉(zhuǎn)，加快鋼鐵的腐蝕。而丙烯酸硅酮和有機(jī)硅耐熱漆具有較優(yōu)的耐高溫性能，但其防腐能力有限，不適合較長(zhǎng)年限保溫層下的管道防腐。

由于國(guó)內(nèi)煉油廠對(duì)CUI 的重視程度不足，加上傳統(tǒng)涂料使用時(shí)間較久，新型涂料成本較高等眾多因素，同時(shí)在保溫層下的使用也未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)。因此，目前煉油廠在涂料的選擇上還是比較傳統(tǒng)。隨著對(duì)CUI 認(rèn)識(shí)的不斷加深及高性能涂料的使用，防腐層下涂料選擇的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)逐漸建立，在安全、經(jīng)濟(jì)等角度都有深遠(yuǎn)的意義。

3 帶防腐層脈沖檢測(cè)技術(shù)

由于CUI 發(fā)生的隱蔽性，如何在不拆除保溫、不影響生產(chǎn)的情況下，及時(shí)并準(zhǔn)確的檢測(cè)出保溫層下的腐蝕，具有十分重要的意義。渦流技術(shù)在帶防腐層檢測(cè)技術(shù)中報(bào)道較多，下面對(duì)其原理及不足之處進(jìn)行了介紹。

3.1 脈沖渦流技術(shù)

脈沖渦流技術(shù)不僅具有常規(guī)渦流檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)大提離條件下的導(dǎo)體材料表面或近表面缺陷的檢測(cè)。其不需要與鋼材表面直接接觸，可以在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)。其原理是施加一定的方波信號(hào)作為激勵(lì)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，變化的脈沖磁場(chǎng)會(huì)在線圈周圍激發(fā)一脈沖磁場(chǎng)，該脈沖磁場(chǎng)又會(huì)在處于其中的導(dǎo)電試件中感生出瞬變渦流，所激發(fā)的渦流磁場(chǎng)在檢測(cè)元件上就會(huì)感應(yīng)出隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)。試件中的缺陷會(huì)導(dǎo)致電壓信號(hào)的變化，能夠反映出被測(cè)試件中存在的缺陷(裂紋深度和大小等)［8-9］。但是其應(yīng)用范圍有限，主要用于非鐵磁性材料的檢測(cè)。

3.2 脈沖漏磁技術(shù)

脈沖漏磁檢測(cè)技術(shù)是一種新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其綜合了脈沖渦流技術(shù)和漏磁檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵磁性管道的磁化，同時(shí)激勵(lì)磁場(chǎng)的穿透深度也有很大提高，因而適用于帶保溫層的管道腐蝕缺陷檢測(cè)。

其原理是在具有高導(dǎo)磁性能的U 形鐵芯上繞制矩形激勵(lì)線圈，脈沖激勵(lì)信號(hào)在矩形激勵(lì)線圈上感生的磁場(chǎng)通過(guò)線圈傳志保溫層，再進(jìn)入被測(cè)管壁，其大大減少了激勵(lì)磁場(chǎng)進(jìn)入保溫層前的泄漏，增加了進(jìn)入管壁的磁通量。當(dāng)有缺陷存在時(shí)，則會(huì)在缺陷處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，最終通過(guò)提取感應(yīng)信號(hào)的特征來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行定性和定量分析［10-11］。

兩種檢測(cè)手段雖然都能取得一定的效果，但是其主要是針對(duì)材質(zhì)內(nèi)部發(fā)生缺陷或產(chǎn)生裂紋時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，雖然較多文獻(xiàn)都對(duì)其應(yīng)用于帶保溫層下管道的檢測(cè)進(jìn)行了報(bào)道。但是當(dāng)管道外表面腐蝕減薄或者有腐蝕坑存在時(shí)，而無(wú)法進(jìn)行判斷。因此，新型檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)是非常必要的，對(duì)了解和指導(dǎo)CUI 具有深遠(yuǎn)的意義。

4 結(jié)論

綜述了碳鋼管道防腐層下腐蝕的實(shí)驗(yàn)室研究現(xiàn)狀，目前國(guó)內(nèi)對(duì)CUI 的基礎(chǔ)研究還未得到重視，在加大實(shí)驗(yàn)室模擬的同時(shí)，應(yīng)加大對(duì)CUI 現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際研究，提供更加貼近煉油廠實(shí)際情況的理論基礎(chǔ)。目前，煉油廠對(duì)CUI 下涂料的選擇未有一定的選擇依據(jù)、渦流檢測(cè)技術(shù)無(wú)法對(duì)保溫層下腐蝕做出有效判定，因此建立涂料選擇的標(biāo)準(zhǔn)和新型檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)，對(duì)預(yù)防和判定CUI 具有深遠(yuǎn)的意義。

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