秦俊嶺 高大義 陳 超 陳 武 王 臣

（中海油常州涂料化工研究院有限公司，江蘇 常州 213016）

0 引言

海洋石油平臺(tái)常年處于高鹽、高濕、高紫外線環(huán)境，金屬管道外表面涂層常常會(huì)因此失效，產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕；海上油田的部分閉排管道由于內(nèi)部流體組分復(fù)雜，流量波動(dòng)大，內(nèi)部腐蝕也非常嚴(yán)重[1,2]。

在某海洋石油平臺(tái)大修之際，截取了閉排管道中的一段彎頭進(jìn)行腐蝕分析， 研究和探討腐蝕發(fā)生的原因，為擬定防腐措施做依據(jù)。

1 腐蝕分析方法

所截取的閉排管道使用年限不詳，外腐蝕和內(nèi)腐蝕比較嚴(yán)重。

本文在做腐蝕分析時(shí)，自管道外表面涂層至管道內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物，從宏觀到微觀，對(duì)腐蝕形貌、腐蝕產(chǎn)物、金相組織、管道材質(zhì)等都進(jìn)行了表征。

用到的檢測(cè)設(shè)備有：3D光學(xué)數(shù)碼顯微鏡VHX-6000、掃描電子顯微鏡MIRA3、X射線能譜分析儀X-Max 50、數(shù)顯洛氏硬度計(jì)410HRS-150、直讀光譜儀3460 OES、X射線衍射儀PANaly- tical X′Pert PRO。

2 宏觀形貌分析

圖1是所截取的閉排管道樣品。宏觀上看樣品外表面，一側(cè)腐蝕面積較大；另一側(cè)及內(nèi)弧面腐蝕面積相對(duì)較小。腐蝕主要以單個(gè)腐蝕斑，多個(gè)腐蝕斑連片，已破裂腐蝕鼓包，未破裂腐蝕鼓包組成，腐蝕斑呈紅色及暗紅色。腐蝕鼓包是有機(jī)保護(hù)涂層下管道金屬表面腐蝕產(chǎn)物體積膨脹所致，初期為未破裂小鼓包，隨著腐蝕物量的增多，小鼓包長(zhǎng)大、破裂，發(fā)展為小腐蝕斑，大腐蝕斑，多個(gè)腐蝕斑連片[3,4]。

剖開管道彎頭處，觀察內(nèi)表面，如圖2所示，腐蝕物呈暗褐色或黑色（呈紅色的區(qū)域?yàn)楦g物取走后顏色）。直管區(qū)域的腐蝕層厚度，比彎管區(qū)域的要厚些，這可能與流體的流速有關(guān)，彎曲處的流速要大于直管位置，會(huì)減少腐蝕產(chǎn)物的沉積[5]。經(jīng)測(cè)試，直管處的壁厚約5～6mm，彎管處約8～9mm。因此推斷，適當(dāng)?shù)牧魉俨⒉粫?huì)引起沖刷腐蝕，反而能減輕腐蝕。

圖2 閉排管道彎頭處剖面

剖開管道直管段時(shí)，剛好經(jīng)過(guò)直管處外表面一個(gè)較嚴(yán)重的腐蝕斑，如圖3所示，其凹坑處壁厚只有約3mm，而非腐蝕斑處壁厚達(dá)到約7mm。由此可見，外表面腐蝕斑的危害，比管內(nèi)壁相對(duì)較均勻腐蝕層的危害更大，外表面腐蝕斑的不斷深入腐蝕，可能是產(chǎn)生管道發(fā)生腐蝕穿孔泄漏的主要因素。

圖3 閉排管道直管處剖面

3 微觀形貌分析

隨機(jī)挑選一處管道外表面腐蝕鼓包未破裂處和腐蝕鼓包破裂處，做切片，測(cè)量壁厚和腐蝕坑深度。

對(duì)未破裂鼓包及破裂鼓包做切片分析，如圖4和圖5所示，從截面可以看出，鼓包未破裂處管壁厚度是6.30mm，腐蝕坑深度是0.62mm，鼓包破裂處管壁厚度4.98mm，腐蝕坑深度是0.41mm。鼓包的內(nèi)部腐蝕是往基材深度方向及四周擴(kuò)展，這也佐證了宏觀觀察到結(jié)果，腐蝕斑局部腐蝕的危害性更大。

圖4 管道外表面腐蝕鼓包未破裂處切片

圖5 管道外表面腐蝕鼓包破裂處切片

圖6 管道內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物SEM及EDS圖

4 腐蝕產(chǎn)物分析

4.1 掃描電鏡分析

管道內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物EDS能譜分析數(shù)據(jù)如表1所示，管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物中均含有C、O、S、Cl、Si、Na、Mg、Ca、Fe等元素，其中O、S、Cl等屬于腐蝕性元素，Ca、Mg等屬于成垢元素，這些都可能以某種化合物形式沉積在管道內(nèi)壁，對(duì)管道造成腐蝕。

4.2 X射線衍射分析

進(jìn)一步用X射線衍射對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析。 X射線采用Cu Ka，靶電壓：40 kV；靶電流：20mA；掃描速度：2°/3s；在衍射角2 Theta 10～80°之間進(jìn)行掃描。X射線驗(yàn)收結(jié)果如圖7所示。

圖7 管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的XRD圖譜

通過(guò)XRD圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜的匹配，分析腐蝕產(chǎn)物的物相組成如表2所示。

表2 管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的物相組成

管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的XRD物相分析表明，管道內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物主要是Fe3O4、FeCl3、FeS?Fe2S3，說(shuō)明管道內(nèi)腐蝕主要是由H3S、Cl-和O3引起[6]，從管道內(nèi)檢測(cè)到NaCl，也可說(shuō)明高礦化度海水對(duì)腐蝕的影響。另外，管道內(nèi)也有CaSO4、MgCl2等水垢成分。

5 金相分析

5.1 顯微組織分析

挑選管道外表面腐蝕嚴(yán)重和未腐蝕部位的基材進(jìn)行切片，再經(jīng)研磨、拋光、腐蝕后，在顯微鏡下進(jìn)行分析觀察。如圖8所示。

圖8 管道外表面基材金屬晶粒組織切片（1000X）

對(duì)腐蝕較嚴(yán)重部位和正常部位基材做金相、晶粒度測(cè)試。正常未腐蝕部位基體組織為鐵素體和片層狀珠光體，呈帶狀分布，帶狀組織評(píng)為3級(jí)，平均晶粒截距為12.32μm，晶粒度評(píng)為9.4級(jí)。腐蝕嚴(yán)重部位基體組織為鐵素體和片層狀珠光體，呈帶狀分布，帶狀組織評(píng)為3級(jí)，平均晶粒截距為12.43μm，晶粒度評(píng)為9.4級(jí)。未腐蝕部位和嚴(yán)重腐蝕部位，沒有大的差異，結(jié)果基本一致。

5.2 非金屬夾雜物分析

對(duì)管道外表面未腐蝕部位和嚴(yán)重腐蝕部位基材做非金屬夾雜物測(cè)試。如圖9所示。

圖9 管道外表面基材非金屬夾雜物圖片（300X）

表3是對(duì)管道外表面基材非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)，未腐蝕部位和嚴(yán)重腐蝕部位沒有大的差異，結(jié)果基本一致。

表3 管道外表面基材非金屬夾雜物評(píng)級(jí)

6 討論

通過(guò)對(duì)閉排管道的測(cè)試，我們對(duì)管道內(nèi)外表面的腐蝕原因進(jìn)行分析。

閉排管道外表面以局部腐蝕為主，腐蝕較嚴(yán)重部位和未腐蝕部位基材金相組織和非金屬夾雜物等級(jí)基本一致。說(shuō)明管道不同部位表現(xiàn)出來(lái)的耐腐蝕差異，與基材性能及微觀結(jié)構(gòu)沒有關(guān)聯(lián)。南海東部海域，高溫、高濕的環(huán)境條件下，管道外部的鹽分通過(guò)防護(hù)涂層缺陷滲入內(nèi)部，與金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕而形成鼓包。一定數(shù)量的鼓包隨著腐蝕內(nèi)容物增加而長(zhǎng)大、破裂形成腐蝕斑，腐蝕斑的徹底外露又加快了腐蝕速度，腐蝕向深度方向及四周的擴(kuò)展，多個(gè)大腐蝕斑連成一片，形成較大面積的腐蝕。腐蝕斑向深度方向的發(fā)展，相比管內(nèi)較均勻腐蝕，其對(duì)管道的威脅性最大、腐蝕問(wèn)題更嚴(yán)重，可能會(huì)造成管道壁由外向內(nèi)局部穿孔。因此，加強(qiáng)對(duì)管道外部腐蝕鼓包的檢查及處理，是避免發(fā)生管道穿孔的必要手段。另外，對(duì)不同外部防護(hù)涂層的技術(shù)優(yōu)化和不同品牌涂層的優(yōu)化選擇，也是提高管道外部防護(hù)的有效途徑。

閉排管道內(nèi)部沒有局部腐蝕現(xiàn)象，腐蝕層較均勻，腐蝕由H2S、Cl-和O2等腐蝕性環(huán)境因素所致。通過(guò)比較管內(nèi)腐蝕層厚度、管壁厚度變化，得出直管區(qū)域的腐蝕速率大于彎管區(qū)域。相同的輸送內(nèi)容物卻產(chǎn)生了不同的腐蝕效果，這與流體在直管與彎管處的流速不同有關(guān)，彎管處的流速大于直管位置。大的流速可以減緩腐蝕的發(fā)生，但卻能增加砂礫的沖刷磨損作用。而本次檢驗(yàn)得出的彎管區(qū)腐蝕速率低于直管區(qū)，也說(shuō)明油田在采取降低輸送速率減低沖刷失重的措施過(guò)程中，可以再適當(dāng)提高輸送速率，以減緩直管腐蝕速率，達(dá)到均勻直管、彎管腐蝕速率的效果。同時(shí)在石油輸送過(guò)程中，也可以適當(dāng)添加緩蝕劑、優(yōu)化內(nèi)壁防護(hù)層，以達(dá)到減緩管道腐蝕的目的。