某装置不锈钢管道渗漏原因分析与对策

傅 蔷

（中国石油独山子石化公司研究院，新疆 独山子 833699）

0 引言

某石化企业净化水装置高效池进水提升泵主要是将集水池的水增压后送到高密池进行处理。集水池B-6100出口至P-6001进出口管道均采用316L不锈钢材质，集水池前部分管道采用PE材质，该管道仅运行11个月，就发现12处渗漏部位，主要分布在整个管件的各个部位，多处集中在管道中、底部区域。

通过对渗漏管线进行原因分析，发现致使其渗漏的主要原因是氯离子对不锈钢材质的腐蚀以及环境的协同作用。分析了腐蚀机理，并制定了有针对性的措施抑制腐蚀的发生。

1 管道腐蚀概况

发现渗漏的管道工艺流程简图如图1所示。

图1 现场管道工艺流程简图

其中，P-6001进口管径DN500变DN450管径，出口DN350变DN500，材质均为316L不锈钢，操作压力P≤0.3MPa，服役温度为25℃，自2021年4月投用，其中2021年10月份已发现局部渗水情况，截至2022年3月份共出现12处渗水点，渗水点周围产生墨绿色泛白垢样。

2 管道腐蚀原因分析

2.1 介质工况分析

调取该系统的水质检测情况，分析COD、pH、硫化物、氯离子及悬浮物五项数据，从分析结果可以看出在敞口环境中介质中的氯离子含量普遍偏高，最高可达630mg/L，平均值为417mg/L。管道内详细分析情况如表1所示。

表1 水质检测数据统计表

从日常监测结果可以看出，系统长期处在偏弱碱性环境中运行，系统内氯离子含量较高。对于不锈钢来说，氯化物溶液（主要是氯离子）是其克星，不锈钢不仅容易发生应力腐蚀，而且容易发生孔蚀、缝隙腐蚀，也可能发生晶间腐蚀[1]。氯离子对300系列的奥氏体不锈钢会表现出极大的敏感性，高浓度的氯离子极易对其造成损伤，损伤形态主要为点蚀。在不锈钢表面形成直径从微米到毫米级别的局部氯浓缩蚀坑，最终发展为穿透性孔蚀。

2.2 管道腐蚀情况分析

对渗漏部位区域采用无损超声与着色检测，未发现存在减薄及裂纹。对P-6100B进口三通渗漏区域展开超声测厚检测，厚度集中在6.86～7.12之间，对机泵进出口多处位置开展着色检测裂纹情况，未发现存在裂纹损伤，管道外部形貌如图2所示。

图2 渗漏部位外部形貌

对P-6100C备用机泵进口短接下线后目视检查内部损伤形貌，如图3所示。从图3可以看出，管道内部没有明显裂纹及裂纹源扩展情况，但存在较多红褐色垢泥，渗漏区域未见明显腐蚀损伤形貌，未见明显开裂损伤状况。此次渗漏点集中在焊缝区域，对管道内部管壁及机泵叶轮进行检查，发现存在较严重的红褐色垢泥，叶片边缘存在局部轻微气蚀。

图3 管道内部形貌图

2.3 腐蚀原因分析

综合介质工况及管道腐蚀情况，造成此次渗漏的主要原因为氯离子腐蚀及环境影响的协同作用。在流通介质中有较高氯离子含量的整个管路，焊缝是最易被腐蚀渗漏的薄弱环节，其原因是焊缝表面的波纹增加不平整度；焊缝熔合线温度在焊接过程中处于液固相线之间，使铬等合金元素烧损，又得不到焊丝中合金元素的补充，会造成晶间贫铬等倾向；热影响区表面生成铁和铬的氧化膜，膜下方的金属基本是贫铬状态；现场焊缝又不能进行固溶处理；管道内壁焊缝及近缝区又未进行酸洗钝化等。这些方面，都是造成焊缝在含有氯离子介质中极易被腐蚀渗漏的条件[2]。依据氯离子对不锈钢材质腐蚀的吸附机理，氯离子的点蚀一般包括三个阶段：点蚀源的形成、活态—钝态腐蚀电池的形成及闭塞电池的形成。蚀孔内的金属表面处于活化状态，电位较负；蚀孔外的金属表面处于钝化状态，电位较正。于是孔内和孔外构成一个活态—钝态微电偶腐蚀电池，具体反应式如下：

蚀孔内主要发生阳极溶解：M→Mn++ne

介质呈弱碱性时，蚀孔外主要反应为：

从而导致蚀孔不断加深，最终发生渗漏。

再者，氯离子的腐蚀速率与氯离子的浓度、服役温度、pH值、氧含量、微生物含量都有一定的关联度。对照API-RP-571及API-581中氯离子腐蚀开裂影响因素，P-6001系统处于低温、弱碱、溶氧的环境，因此氯离子的腐蚀只会形成毫米级或微米级的贯穿性蚀坑出现，所以前期不容易观察到蚀坑形貌。在敞开式的水系统中，微生物因获得适宜的生长环境而大量繁殖，在低流速管道及滞留区的低洼处就容易积存垢泥，在垢泥积存的底部，氯离子的掘坑效应会更加迅速。通过打开P-6001C入口短接及泵腔内的垢泥情况可以判断此管道中、下部结垢严重，必然会加速蚀坑形貌的形成。

3 结论及建议

该装置初次渗漏在投用不到半年时间就发生，并随着使用周期的延长漏点部位呈增多趋势，证明此环境下使用316L奥氏体不锈钢材质无法实现腐蚀免疫，建议将此系统奥氏体不锈钢材质均更换为PE管材或者碳钢衬塑管道，防止再次发生渗漏。此外，在工艺条件允许的范围内可以添加合适的缓蚀剂或采取其他措施对该系统的水质进行改善，以达到降低系统内氯离子浓度的效果，从而降低氯离子的点蚀效应。在操作过程中遵守工艺操作卡要求，严格控制流速、介质温度、压力、pH值等工艺指标[3]。

鉴于此次渗漏部位均存在于管件的焊缝、热影响区，直管段未发现渗漏点，建议有条件时对此批次管件进行理化分析（金相组织、化学成分、硬度等），确认是否存在铸造缺陷。