海上油田平台立管腐蚀失效分析

劳海桩

摘 要：本文采用宏观观察、化学成分分析、微观形貌观察和EDS能谱分析等手段对立管进行了失效分析。结果表明，保温层下的外腐蚀是此次立管渗漏发生的直接原因，根据该腐蚀原因提出了相应的防护措施。

关键词：保温层 穿孔 外部腐蚀 失效分析 立管

1、前言

对服役于低温条件下的管道施加保温层结构，是油田降低能耗和节约燃料的一项有效措施，同时也能改善生产中的某些工艺条件，提高管道的运行能力，达到延长其服役寿命的目的。但是在实际工况下，如果蒸汽屏障、防雨材料和保温材料安装不合格，或保温外防护层在使用过程中受到外界损伤、性能劣化都有可能造成外部水分的渗入，从而导致保温层包裹下的设备和管道外表面发生腐蚀。

海上平台立管在水平段弯头下端出现原油渗漏，为了查明导致泄漏的关键因素，本文使用化学成分分析、金相组织分析和腐蚀产物分析等手段对发生泄漏的立管进行了失效分析，并提出了相应的防护措施。

2、立管腐蚀失效分析

2.1现场情况

经现场勘查，该立管属于单层管结构，管道内部为流体输送管，采用黄夹克保温，外部使用套钢管防护，泄漏位置位于锚固件上方约2.6m处，如图1所示。。管线于1995年投产，设计寿命为20年，至今已运行18年。管线材质为16Mn，规格为Ф219×12（mm）。

2.2、理化检验

2.2.1宏观检测

输油立管管段为外腐蚀，外壁部分明显减薄，并腐蚀穿孔，孔直径为3.1mm，穿孔位置距环焊缝距离为105mm，判断腐蚀穿孔发生在管线的母材处，与焊缝无关。

2.2.2金相观察

为了明确失效管段管材是否符合標准，分别在管道的四处位置（a）漏点位置（3点）；（b）靠近漏点位置（2点）；（c）12点；（d）未腐蚀位置，沿着管道的横向取样。根据GB/T13298-1991《金相显微组织检验方法》，分别对四个位置处的金相组织进行分析。经检验，管材晶粒大小均匀，未发现异常组织，符合API 5L标准要求。

2.2.3化学成分分析

在失效立管泄漏位置截取样品，进行化学成分测定，化学成分。各主要元素的含量均满足GB/T1591-2008《低合金高强度钢》标准中的相关规定。

2.2.4腐蚀产物分析

为了明确失效件漏点处的腐蚀源，对该位置的腐蚀形貌和腐蚀产物进行了取样分析。为了对比未渗漏位置的腐蚀产物，对非渗漏位置也开展了取样分析工作。

对外壁进行EDS能谱分析，渗漏处腐蚀更为严重，腐蚀坑呈层状并伴有腐蚀产物，其中腐蚀产物主要以Fe和O元素为主，含有少量的Mg、Ca和Cl元素，综合分析表明管段外壁腐蚀产物主要为Fe、Ca和Mg的氧化物；而未发生渗漏处的腐蚀产物薄而少，产物中氧含量较少。

3、讨论与分析

通过以上分析可以得出管材出现渗漏与管材本身材质无关。通过现场观察，保温层与管道基体位置存在保温层破损的现象，因此实际运行中出现的外腐蚀泄露与保温层的破损而引起的腐蚀穿孔有关。

保温层是对管道外进行隔热保温的重要组成部分，是包裹在管道外面的第二道主要屏障。保温层所用材料多为硅酸钙、岩棉及矿渣棉制品、玻璃棉、硅酸铝棉、珍珠岩或泡沫塑料，尽管对热量具有很好的隔绝效果，但由于它们属于毛细结构，特别容易吸附水分，因此不仅难以阻止水汽的入侵，而且难以阻止水汽向外渗透]。立管渗漏点长期处在恶劣的海洋大气区环境中。由于保温层的上部、下部并未进行防水处理等处理，或后期焊接施工破坏了原有的防水处理等原因，造成雨水、海洋潮气凝结水通过渗透进入保温层，出现腐蚀情况。大致过程如下：

3.1氧浓差腐蚀

水分进入保温层和管壁间隙处形成水聚集，发生腐蚀电化学反应。其阴极反应为氧的去极化过程，而且是腐蚀反应的控制步骤。随着腐蚀的进行，保温层和管壁间隙处内外形成氧浓差，富氧区域的腐蚀电流密度大于贫氧区域的腐蚀电流密度，因此容易在局部位置加速腐蚀的进行。

3.2缝隙加速腐蚀

随着时间延长，水分在泡沫与外管内壁的狭小空间内形成缝隙腐蚀。这种缝隙腐蚀过程为自催化过程，为了维持电中性，H+迁移至狭小缝隙，环境的酸化加速腐蚀的进行。

3.3干湿交替作用加速

保温层和管壁间隙处的水分是含有一定量的含盐粒子，在间隙处发生腐蚀的同时，由于管道温度的蒸发作用，在管道外表面出现干湿交替频率高，造成腐蚀的加速。

4、结论与建议

4.1结论

通过对失效管材进行宏观观察发现渗漏与焊缝处无关，是发生在基材管材处的外腐蚀穿孔。通过金相组织分析和化学成分分析可知，泄露处管材符合标准要求。通过EDS能谱分析，可以看出管材渗漏处腐蚀较为严重，腐蚀产物主要为Fe、Mg和Ca的氧化物。腐蚀穿孔的关键原因为保温层破损导致的保温层下腐蚀，泄漏可以归结为以下过程：氧浓差腐蚀，由防腐蚀层的电化学屏敝作用产生的封闭体系自催化腐蚀区，管道外表面干湿交替作用加速腐蚀。

4.2预防措施

4.2.1加强保温层的保护

杜绝湿气进入而造成的高温高湿环境，包括尽量不要选用易吸收水分并易造成腐蚀性物质滞留的保温材料，特别是那些具有空心结构特征和吸水性强的保温材料，而要选用含水量小、干燥快的保温材料，评价保温材料的主要指标就是吸水性，保温材料吸水后其导热系数增大， 同时会浸湿设备表面，引起设备表面腐蚀。

4.2.2涂覆防腐涂料

即在设备外壁（保温层以下）涂覆一层具有良好附着力、机械性能和防腐蚀性能优异的涂料，保温层下设备所处的环境决定了其对防腐涂层的特殊要求，既要保证涂层在高温环境下能保持稳定，同时又能在低温高湿的环境下对钢结构提供防腐保护。

4.2.3是加强现场施工管理

保温材料是对容器和管道进行隔热保温的重要组成部分，是包裹在管道或设备外面的第二道屏障。合理地设计和安装高质量的保温材料以及正确的维护可以有效地提高对保温层下腐蚀的防护效率。

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