原油脱钙剂注入管线法兰腐蚀失效分析

陈 阵，郭金彪，邵鹏程，汉继程

(中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司，甘肃 兰州 730060)



原油脱钙剂注入管线法兰腐蚀失效分析

陈 阵，郭金彪，邵鹏程，汉继程

(中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司，甘肃 兰州 730060)

某石化公司脱钙剂注入点下游原油管线与旁路连接的法兰腐蚀严重。通过对腐蚀失效法兰的宏观腐蚀形貌、管线结构及理化检验结果进行综合分析发现，造成法兰环向内表面及密封面底部出现严重腐蚀的主要原因为：脱钙反应产物醋酸钙在法兰环向内表面沉积,与金属本体之间形成缝隙引发的缝隙腐蚀。提出了改进管线结构、改变脱钙剂注入点位置及在法兰表面采用耐腐蚀涂层或镀层等处理措施，提高了法兰的耐腐蚀能力。

脱钙剂 法兰 缝隙腐蚀

某石化公司因加工原油钙含量升高，于2012年开始采用原油脱钙工艺，即在一级电脱盐入口原油管线上注入脱钙剂。2015年装置停工检修期间打开该原油管线后，发现脱钙剂注入点下游原油管线与旁路连接的法兰腐蚀严重。为确定法兰出现腐蚀失效的原因，消除安全隐患，从腐蚀形貌、材质成分、腐蚀产物及管线结构等几个方面进行了腐蚀失效原因分析，并在此基础上提出了相应的腐蚀控制建议。

1 服役工况

发生腐蚀的法兰处管线内部介质为注入脱钙剂(主要成分为醋酸)的脱前原油(酸值为0.77 mgKOH/g，硫质量分数为0.072%)，操作温度为37.6～45.8 ℃，操作压力为常压，法兰及管线均采用20号钢，失效法兰位置及管线结构示意见图1。

图1 失效法兰位置示意

2 宏观腐蚀形貌

通过对发生腐蚀的法兰进行宏观腐蚀形貌观察发现，两片法兰的环向内表面及密封面的底部约三分之一范围内出现大面积腐蚀减薄，并存在大而深的腐蚀坑，腐蚀坑中附着沉积物(见图2)。与法兰相连管线内壁未发现明显腐蚀现象。

图2 法兰宏观腐蚀形貌

3 理化检验与分析

为进一步分析法兰腐蚀原因，在法兰腐蚀最为严重的部位进行了取样并开展相关理化分析，取样情况见图3。

图3 法兰取样情况

3.1 材质分析

采用光谱分析仪对法兰材质进行分析测定，结果表明(见表1)，法兰材质化学成分符合GB/T 699—2015《优秀碳素结构钢》中对20号钢的要求。

表1 法兰材质化学成分光谱分析结果 w,%

3.2 金相分析

对法兰出现腐蚀的区域进行金相组织观察，图4为法兰腐蚀部位轴向金相组织照片。从图4可以看出，法兰轴向金相组织为铁素体+珠光体，组织较为均匀，晶粒度为7.5级。

图4 法兰轴向金相组织

3.3 沉积物成分分析

采用EDS能谱仪，对法兰环向内表面腐蚀坑内的沉积物成分进行分析，分析结果见表2。

表2 腐蚀沉积物成分EDS分析结果

通过对比表2中清洗前后蚀坑内部化学成分分析结果发现，蚀坑内部沉积物组成主要为原油中夹带的固体杂质(含C，Si和O等)及少量腐蚀产物(含Fe和O等)，同时含有少量的脱钙反应产物(含Ca)。

4 失效分析

通过对腐蚀失效法兰的宏观腐蚀形貌、管线结构及理化检验结果进行综合分析发现，造成法兰环向内表面及密封面底部出现严重腐蚀的主要原因为：脱钙反应产物醋酸钙及其他固体杂质在法兰环向内表面沉积，与金属本体之间的形成缝隙,从而引发的缝隙腐蚀。

通过分析管线结构可以发现，出现失效的法兰位置处于管线内介质流动的死角，由于该区域介质流动速度低，极易造成原油中的油泥等各类杂质在此处附着沉积，并在金属本体表面形成缝隙(见图5)。此时，金属表面的结构符合金属缝隙腐蚀主要特征之一[1]，即“不论是同种或异种金属的接触还是金属同非金属(如塑料、橡胶、玻璃和陶瓷等)之间的接触，甚至是金属表面的一些沉积物、附着物(如灰尘、砂粒和腐蚀产物的沉积等)，只要存在满足缝隙腐蚀的狭缝和腐蚀介质，几乎所有的金属和合金都会发生缝隙腐蚀”。

图5 沉积物附着示意

脱钙剂的主要成分为醋酸，其脱钙原理为：醋酸与原油中所含的石油酸钙发生如式(1)所示的复分解反应并生成醋酸钙，醋酸溶于水中并在电脱盐过程中被排出。但由于法兰位置处于管线内介质流动的死角，生成的醋酸钙同原油中的各类杂质一同在处于滞流区的法兰环向内表面及密封面沉积。由于原油中存在液态水，醋酸钙在沉积物下溶于水后发生如式(2)所示水解反应生产醋酸，醋酸与法兰表面金属发生如式(3)所示反应，造成金属腐蚀[2]。鉴于此时法兰环向内表面及密封面与沉积物之间在结构上形成了微小的缝隙，导致狭缝内金属出现腐蚀不断加速的现象，即

缝隙腐蚀。

2R1OOH+(CH3COO)2Ca

(1)

2CH3COOH+Ca2++2OH-

(2)

(CH3COO)2Fe+H2

(3)

5 结论及建议

(1)造成法兰环向内表面及密封面底部出现严重腐蚀的主要原因为：脱钙反应产物醋酸钙在法兰环向内表面沉积物与金属本体之间的缝隙处引发的缝隙腐蚀。

(2)改进原油管线结构或改变脱钙剂注入点位置，减少管线内介质死角或滞流区的存在，避免杂质及脱钙反应产物在金属表面沉积，可有效避免或减轻设备腐蚀。

(3)在无法改变现有工艺结构的情况下，可考虑在法兰表面采用耐蚀涂层或镀层等表面处理措施，提高法兰耐腐蚀能力。

[1] 李晓刚.材料腐蚀与防护[M].长沙:中南大学出版社,2009：85-92.

[2] 苏芳强,吕宁.原油脱钙剂的腐蚀性及对策[J].广石化科技,2007(2):12-14.

(编辑 寇岱清)

Analysis of Corrosion Failure in Injection Pipeline Flange of Decalcifying Agent

ChenZhen,GuoJinbiao,ShaoPengcheng,HanJicheng

(CNPCLanzhouPetrochemicalCompany,Lanzhou730060,China)

The flange was corroded seriously at the connection between the downstream crude oil pipeline and bypass pipeline for injecting decalcifying agent in a petrochemical company. Through comprehensive analysis of macroscopic corrosion morphology, pipeline structure and results of physical and chemical analysis, main cause for the severe corrosion at the inner wall of flange and the seal bottom was confirmed, that is, crevice corrosion was induced by the narrow gaps between the calcium acetate, decalcified reaction product deposited on the inner wall of flange, and metal body. According to the cause analysis of corrosion, several measures were proposed to improve the corrosion resistance of flange, that is, transforming pipeline structure, changing injection position of decalcifying agent or covering the flange surface with corrosion resistant coating.

decalcifying agent, flange, crevice corrosion

2016-10-17；修改稿收到日期：2017-02-10。

陈阵(1980-)，硕士研究生，工程师，现在该公司研究院主要从事炼化装置腐蚀与防护的研究工作。 E-mail:1976859950@qq.com