勞海樁

摘 要：本文采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、微觀形貌觀察和EDS能譜分析等手段對(duì)立管進(jìn)行了失效分析。結(jié)果表明，保溫層下的外腐蝕是此次立管滲漏發(fā)生的直接原因，根據(jù)該腐蝕原因提出了相應(yīng)的防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：保溫層 穿孔 外部腐蝕 失效分析 立管

1、前言

對(duì)服役于低溫條件下的管道施加保溫層結(jié)構(gòu)，是油田降低能耗和節(jié)約燃料的一項(xiàng)有效措施，同時(shí)也能改善生產(chǎn)中的某些工藝條件，提高管道的運(yùn)行能力，達(dá)到延長(zhǎng)其服役壽命的目的。但是在實(shí)際工況下，如果蒸汽屏障、防雨材料和保溫材料安裝不合格，或保溫外防護(hù)層在使用過程中受到外界損傷、性能劣化都有可能造成外部水分的滲入，從而導(dǎo)致保溫層包裹下的設(shè)備和管道外表面發(fā)生腐蝕。

海上平臺(tái)立管在水平段彎頭下端出現(xiàn)原油滲漏，為了查明導(dǎo)致泄漏的關(guān)鍵因素，本文使用化學(xué)成分分析、金相組織分析和腐蝕產(chǎn)物分析等手段對(duì)發(fā)生泄漏的立管進(jìn)行了失效分析，并提出了相應(yīng)的防護(hù)措施。

2、立管腐蝕失效分析

2.1現(xiàn)場(chǎng)情況

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該立管屬于單層管結(jié)構(gòu)，管道內(nèi)部為流體輸送管，采用黃夾克保溫，外部使用套鋼管防護(hù)，泄漏位置位于錨固件上方約2.6m處，如圖1所示。。管線于1995年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)壽命為20年，至今已運(yùn)行18年。管線材質(zhì)為16Mn，規(guī)格為Ф219×12（mm）。

2.2、理化檢驗(yàn)

2.2.1宏觀檢測(cè)

輸油立管管段為外腐蝕，外壁部分明顯減薄，并腐蝕穿孔，孔直徑為3.1mm，穿孔位置距環(huán)焊縫距離為105mm，判斷腐蝕穿孔發(fā)生在管線的母材處，與焊縫無關(guān)。

2.2.2金相觀察

為了明確失效管段管材是否符合標(biāo)準(zhǔn)，分別在管道的四處位置（a）漏點(diǎn)位置（3點(diǎn)）；（b）靠近漏點(diǎn)位置（2點(diǎn)）；（c）12點(diǎn)；（d）未腐蝕位置，沿著管道的橫向取樣。根據(jù)GB/T13298-1991《金相顯微組織檢驗(yàn)方法》，分別對(duì)四個(gè)位置處的金相組織進(jìn)行分析。經(jīng)檢驗(yàn)，管材晶粒大小均勻，未發(fā)現(xiàn)異常組織，符合API 5L標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.3化學(xué)成分分析

在失效立管泄漏位置截取樣品，進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定，化學(xué)成分。各主要元素的含量均滿足GB/T1591-2008《低合金高強(qiáng)度鋼》標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定。

2.2.4腐蝕產(chǎn)物分析

為了明確失效件漏點(diǎn)處的腐蝕源，對(duì)該位置的腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了取樣分析。為了對(duì)比未滲漏位置的腐蝕產(chǎn)物，對(duì)非滲漏位置也開展了取樣分析工作。

對(duì)外壁進(jìn)行EDS能譜分析，滲漏處腐蝕更為嚴(yán)重，腐蝕坑呈層狀并伴有腐蝕產(chǎn)物，其中腐蝕產(chǎn)物主要以Fe和O元素為主，含有少量的Mg、Ca和Cl元素，綜合分析表明管段外壁腐蝕產(chǎn)物主要為Fe、Ca和Mg的氧化物；而未發(fā)生滲漏處的腐蝕產(chǎn)物薄而少，產(chǎn)物中氧含量較少。

3、討論與分析

通過以上分析可以得出管材出現(xiàn)滲漏與管材本身材質(zhì)無關(guān)。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察，保溫層與管道基體位置存在保溫層破損的現(xiàn)象，因此實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的外腐蝕泄露與保溫層的破損而引起的腐蝕穿孔有關(guān)。

保溫層是對(duì)管道外進(jìn)行隔熱保溫的重要組成部分，是包裹在管道外面的第二道主要屏障。保溫層所用材料多為硅酸鈣、巖棉及礦渣棉制品、玻璃棉、硅酸鋁棉、珍珠巖或泡沫塑料，盡管對(duì)熱量具有很好的隔絕效果，但由于它們屬于毛細(xì)結(jié)構(gòu)，特別容易吸附水分，因此不僅難以阻止水汽的入侵，而且難以阻止水汽向外滲透]。立管滲漏點(diǎn)長(zhǎng)期處在惡劣的海洋大氣區(qū)環(huán)境中。由于保溫層的上部、下部并未進(jìn)行防水處理等處理，或后期焊接施工破壞了原有的防水處理等原因，造成雨水、海洋潮氣凝結(jié)水通過滲透進(jìn)入保溫層，出現(xiàn)腐蝕情況。大致過程如下：

3.1氧濃差腐蝕

水分進(jìn)入保溫層和管壁間隙處形成水聚集，發(fā)生腐蝕電化學(xué)反應(yīng)。其陰極反應(yīng)為氧的去極化過程，而且是腐蝕反應(yīng)的控制步驟。隨著腐蝕的進(jìn)行，保溫層和管壁間隙處內(nèi)外形成氧濃差，富氧區(qū)域的腐蝕電流密度大于貧氧區(qū)域的腐蝕電流密度，因此容易在局部位置加速腐蝕的進(jìn)行。

3.2縫隙加速腐蝕

隨著時(shí)間延長(zhǎng)，水分在泡沫與外管內(nèi)壁的狹小空間內(nèi)形成縫隙腐蝕。這種縫隙腐蝕過程為自催化過程，為了維持電中性，H+遷移至狹小縫隙，環(huán)境的酸化加速腐蝕的進(jìn)行。

3.3干濕交替作用加速

保溫層和管壁間隙處的水分是含有一定量的含鹽粒子，在間隙處發(fā)生腐蝕的同時(shí)，由于管道溫度的蒸發(fā)作用，在管道外表面出現(xiàn)干濕交替頻率高，造成腐蝕的加速。

4、結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

通過對(duì)失效管材進(jìn)行宏觀觀察發(fā)現(xiàn)滲漏與焊縫處無關(guān)，是發(fā)生在基材管材處的外腐蝕穿孔。通過金相組織分析和化學(xué)成分分析可知，泄露處管材符合標(biāo)準(zhǔn)要求。通過EDS能譜分析，可以看出管材滲漏處腐蝕較為嚴(yán)重，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe、Mg和Ca的氧化物。腐蝕穿孔的關(guān)鍵原因?yàn)楸貙悠茡p導(dǎo)致的保溫層下腐蝕，泄漏可以歸結(jié)為以下過程：氧濃差腐蝕，由防腐蝕層的電化學(xué)屏敝作用產(chǎn)生的封閉體系自催化腐蝕區(qū)，管道外表面干濕交替作用加速腐蝕。

4.2預(yù)防措施

4.2.1加強(qiáng)保溫層的保護(hù)

杜絕濕氣進(jìn)入而造成的高溫高濕環(huán)境，包括盡量不要選用易吸收水分并易造成腐蝕性物質(zhì)滯留的保溫材料，特別是那些具有空心結(jié)構(gòu)特征和吸水性強(qiáng)的保溫材料，而要選用含水量小、干燥快的保溫材料，評(píng)價(jià)保溫材料的主要指標(biāo)就是吸水性，保溫材料吸水后其導(dǎo)熱系數(shù)增大， 同時(shí)會(huì)浸濕設(shè)備表面，引起設(shè)備表面腐蝕。

4.2.2涂覆防腐涂料

即在設(shè)備外壁（保溫層以下）涂覆一層具有良好附著力、機(jī)械性能和防腐蝕性能優(yōu)異的涂料，保溫層下設(shè)備所處的環(huán)境決定了其對(duì)防腐涂層的特殊要求，既要保證涂層在高溫環(huán)境下能保持穩(wěn)定，同時(shí)又能在低溫高濕的環(huán)境下對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提供防腐保護(hù)。

4.2.3是加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理

保溫材料是對(duì)容器和管道進(jìn)行隔熱保溫的重要組成部分，是包裹在管道或設(shè)備外面的第二道屏障。合理地設(shè)計(jì)和安裝高質(zhì)量的保溫材料以及正確的維護(hù)可以有效地提高對(duì)保溫層下腐蝕的防護(hù)效率。

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