一起压力管道局部腐蚀失效案例分析
2013-09-24 16:22:45
作者：贾益军 周国华来源：
贾益军，周国华
（江苏省特种设备安全监督检验研究院扬州分院，江苏扬州225200）
[摘要]对某烯烃厂成套装置中的管道存在的缺陷，从腐蚀机理、使用环境、安全管理等方面详细分析了原因，进行了安全状况等级评定，提出了处理方案和今后应采取的预防措施。
[关键词]压力管道：局部腐蚀：腐蚀机理；使用环境；安全管理
2010年8月，某烯烃厂一套约68公里长的压力管道在全面检验中，发现存在不同程度的缺陷60多处，现就其中一处较严重的典型缺陷分析如下：
1、管道简介
烯烃厂该套装置是上世纪80年代安装投用，后又经过多次改装、修理，因此该装置压力管道的设计及安装资料基本丢失，只存有管道单线图和部分参数，设计标准不明。该处管道名称：C2/S管道，管道级别：GC2，公称直径：Φ114.3mm，壁厚：6.0mm，长度48.50m，设计压力：5.09Mpa，设计温度：510℃，工作压力：2.26Mpa，工作温度：-17.7℃，输送介质：C2/S（液），管道材质：STPL39（相当于国内16Mn），有保温层。本次为首次检验，未进行过在线检验，没有运行、维修记录。
2、管道检验情况
该条有典型腐蚀缺陷的管道总长48.50m，在对现有资料进行认真审查后，编制了检验方案。根据检验方案，检验时对部分重点部位撤除了保温层，经外部宏观检查及壁厚测定发现，该压力管道母材有不同程度的腐蚀，在进一步扩大了保温层撤除区域后检查发现，多处母材严重腐蚀。现选取一处最严重的腐蚀缺陷进行分析。
3、缺陷描述
经实际检测和计算，根据《在用工业管道定期检验规程》（2003）第四十七条的规定，该缺陷处剩余壁厚2.7mm，B/(πD)=1，P＜0.3PL0，局部减薄深度的最大值（mm）＞0.25t-C，该管道安全状况等级定为4级，并按规定出具了《特种设备检验意见通知书》，填写了检验案例。
4、缺陷原因分析
4.1腐蚀分类
金属在外界环境影响下，遭受到化学和电化学的作用而引起腐蚀失效，腐蚀失效现象是普遍存在的。由于材料表面与环境介质发生化学或电化学反应而引起的材料的破坏或变质称为材料的腐蚀。腐蚀的分类有以下几种：
按腐蚀反应的机理分为：化学腐蚀和电化学腐蚀；按腐蚀的环境分为：大气腐蚀、水和蒸汽腐蚀、土壤腐蚀、化学介质腐蚀；按腐蚀的形态可分为两大类：全面腐蚀和局部腐蚀。局部腐蚀又分应力腐蚀破裂、点蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀及冲刷腐蚀（磨损腐蚀）、选择性腐蚀、氢损伤和腐蚀疲惫等。其中，局部腐蚀主要局限于微小区域中。局部腐蚀的腐蚀速度通常要比均匀腐蚀大得多，而且难以发现，常常是突发性和灾难性的，可能引起各类事故。因此它的危害要比均匀腐蚀大得多。局部腐蚀破坏约占腐蚀破坏的70%。经分析该缺陷属于电化学腐蚀引起的局部腐蚀。
4.2电化学腐蚀机理
电化学腐蚀：金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。
4.3腐蚀缺陷原因分析
该管道在使用过程中，由于防腐层失效，保温层内结水，管道的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在管道表面形成了一层电解质溶液，它与管道中的铁和少量的碳形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化。电化学腐蚀是造成管道腐蚀的主要原因。
整个腐蚀过程可用下面的电化学反应式表述：
阳极反应：Fe→Fe2+2e
阴极反应：1/2O2+H2O+2e→2OH-
总反应：Fe+H2O+1/2O2→Fe(OH)2↓
氢氧化亚铁将转化变为灰黑色的磁性氧化物：
3Fe(OH)2→Fe2O2+2H2O+H2↑
在氧较充分的条件下，氢氧化亚铁将进一步氧化成氢氧化铁：
2Fe(OH)2+H2O+1/2O2→2Fe(OH)2↓
氢氧化铁脱水后生成铁锈：
2Fe(OH)2→Fe2O2↓+3H2O或Fe(OH)2→FeO(OH)↓+H2O
对于最先出现腐蚀产物堆积的部位，溶解的金属离子不断向外扩散，从而引起金属的局部腐蚀的扩大，且这种腐蚀的作用是有限的。但在潮湿的环境下，由于金属表面与腐蚀产物（铁垢）之间的电位差异，从而形成的腐蚀原电池，产生电化学腐蚀。腐蚀产物堆积处为阳极，其他部位为阴极，这样形成的小阳极、大阴极的腐蚀浓差电池，将加快小阳极部位金属的腐蚀。又由于管道在20多年的使用过程中，保温层局部破损和防腐层失效的部位，会出现长期而频繁的干、湿、冷、热的变换，从而造成该部位溶液的浓缩，加之氧的不断补充，该腐蚀进一步加重。因此，在该处必将形成较为严重的局部腐蚀蚀坑，甚至导致腐蚀穿孔的发生。
5、缺陷处理及相关对策
对管道损坏的缺陷部位按国家有关法规、标准的规定，及时进行更换管道或补焊；
对压力管道的管理，应从设计、安装、使用、维修、定期检验等各个方面，严格按照国家有关法规、标准的规定要求进行；
采用有效的防腐措施和压力管道防腐技术，做好压力管道的防腐蚀工作；
加强压力管道的维护保养，防止因保温层损坏、防腐层失效等原因，造成压力管道局部腐蚀损坏；
加强压力管道使用中的巡查，特别是重点腐蚀监控部位，发现异常情况及时处理，防止缺陷进一步加深。
对压力管道腐蚀事故应严格进行分析和处理，找出腐蚀原因，总结经验，制定出有效预防措施。
◆参考文献
[1]在用工业管道定期检验规程（2003）[S]．
[2]张和官．压力容器安全运行与管理[M]．合肥：安徽科学技术出版社，2001，214~221.
[3]沈松泉．压力管道安全技术[M]．南京：东南大学出版社，2000，109~119.
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