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摘要:在石油炼化行业中,输送工艺介质的工业管道发挥着至关重要的作用,工艺管线的失效直接影响着炼化生产链的顺利流通。柴油线是输送成品柴油的一种工艺管线,本文通过对柴油线的全面检测,分析失效原因,有针对性的提出预防措施。
关键词:柴油线;失效分析;孔蚀
1前言
克拉玛依石化一联合车间老柴油线2003年9月投用至今,实际运行96个月,2011年8月委托进行在线检测,仅对RBI评价的高风险弯头部分进行了壁厚测定,未发现异常。9月份由于直管段发现漏点,管线停工维修,为找出失效原因,对露点附近直管段截取1000mm做失效分析。该条管线为裸管,局部埋地,基本参数详见表1。
表1 柴油线基本参数
2管线整体检测
2.1宏观检查
整条管线宏观检查,发现2段腐蚀严重区域(A段和B段),其中A段存在漏点,点腐蚀坑聚集于底部埋地管壁外表面,沿管线走向分布,有的腐蚀坑呈单个分布且较深,有的则比较集中且较浅,腐蚀产物内部结构疏松,呈黑褐色,局部呈黄褐色。管壁顶部未见腐蚀坑。
2.2壁厚测定
通过超声波测厚,A段腐蚀坑深度多为1.0mm~4.8mm范围内,腐蚀最严重处已腐蚀穿孔;B段腐蚀坑深度大多在2.5mm左右。若以腐蚀坑深度粗略计算该管线年平均腐蚀速率为0.6mm/a。整段管线管壁顶部壁厚5.8mm左右,为均匀腐蚀,且腐蚀轻微。
2.3腐蚀产物分析
取腐蚀坑产物,经分析腐蚀产物的主要成份是三氧化二铁(Fe2O3),占92%以上,由此可知管线底部表面的腐蚀主要是氧腐蚀。
2.4管线内壁检查
对截取直管段解体,内表面未发现严重腐蚀,由此判断该条柴油管线属于外部环境腐蚀失效。
2.5土壤分析
取管线埋地部位土壤化验分析,土壤偏碱性。
3腐蚀分析
从腐蚀形态看,该柴油线管段埋地面腐蚀严重,而管线裸露的表面以及整个内表面腐蚀轻微。由腐蚀产物分析得知腐蚀后主要成份为Fe2O3,可以判断柴油线表面的腐蚀是氧化腐蚀。而且从腐蚀形态、宏观检查及测厚结果和腐蚀产物分析结果看该管线孔蚀相当严重。
3.1氧化腐蚀
氧化腐蚀是一种电化学腐蚀,其机理为:正常情况下,金属表面存在一层钝化保护膜,存在应力集中的部位在拉应力的作用下产生金属滑移,破坏表面的钝化保护膜,露出新的金属表面。由于滑移台阶附近的滑移带中堆集了大量位错,碳或合金元素在滑移带上析出,使滑移台阶处金属活化,形成电化学腐蚀的阳极,钝化保护膜未破坏区则成为阴极,即典型的大阴极小阳极。由于该环境中土壤溶液富有极性,在极性分子的吸引下,阳极Fe成为带正电的铁离子,放出的电子被水溶液中的溶解氧吸收还原成为OH -。阳极的Fe不断溶解,导致钢管上逐渐出现坑洞,产生了腐蚀。腐蚀坑一旦形成,将以很快的速度扩展。土壤溶液的溶解氧具有去极化作用,会使这一过程加剧,而去极化作用的强弱与含氧量多少有关,也就是说溶解氧的含量多少决定着腐蚀的强弱,且两者成线性正比关系。
电极反应如下:
阳极反应:Fe - 2e = Fe2+
阴极反应:2H2O + O2 + 4e = 4OH -
阳极反应生成的电子在电位差的作用下转移到阴极,立即被溶解氧还原消耗掉,使阳极铁的溶解加快。
土壤中若附着氧较多,则Fe2+可以继续氧化成Fe3+:
4Fe2+ +O2 + 2H2O = 4Fe3+ + 4OH -
OH -的生成促使环境土壤偏碱性。
3.2 孔蚀
在长期的运行中,土壤中的无机盐、碱杂质等在管壁上聚集成垢,聚集物下面金屬溶解氧得不到补充而逐渐耗尽,还原反应难以进行,但金属表面的阳极溶解反应还在继续进行,在溶液中产生了过量的Fe2+,在电场的作用下,加速了金属溶解,逐渐形成孔蚀,这种现象未被抑制时,往往会出现腐蚀穿孔。
柴油线由于局部埋于土壤中,且该管线未有防腐层及其它防护措施,裸露部分温度为常温,埋地部分温度较高。由于暴露在温热的土壤环境中,常年雨水侵蚀,使管线底部出现大量点腐蚀坑。
4整改措施
根据柴油线检测结果,提出以下整改防范措施:
1.新管线设计中增加防腐蚀要求,建议表面涂防腐层,并加设阴极保护装置以防止孔蚀。
2.使用过程中,应注意确保管沟排水通畅,避免长期积水使管线处于土壤溶液介质中。
参考文献
[1]《在用工业管道定期检验规程(试行)》,2003
[2]曹楚南《腐蚀电化学原理》.北京:化学工业出版社,2008
[3]魏宝明主编.金属腐蚀理论及应用.北京:化学工业出版社,1995
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:柴油线;失效分析;孔蚀
1前言
克拉玛依石化一联合车间老柴油线2003年9月投用至今,实际运行96个月,2011年8月委托进行在线检测,仅对RBI评价的高风险弯头部分进行了壁厚测定,未发现异常。9月份由于直管段发现漏点,管线停工维修,为找出失效原因,对露点附近直管段截取1000mm做失效分析。该条管线为裸管,局部埋地,基本参数详见表1。
表1 柴油线基本参数
2管线整体检测
2.1宏观检查
整条管线宏观检查,发现2段腐蚀严重区域(A段和B段),其中A段存在漏点,点腐蚀坑聚集于底部埋地管壁外表面,沿管线走向分布,有的腐蚀坑呈单个分布且较深,有的则比较集中且较浅,腐蚀产物内部结构疏松,呈黑褐色,局部呈黄褐色。管壁顶部未见腐蚀坑。
2.2壁厚测定
通过超声波测厚,A段腐蚀坑深度多为1.0mm~4.8mm范围内,腐蚀最严重处已腐蚀穿孔;B段腐蚀坑深度大多在2.5mm左右。若以腐蚀坑深度粗略计算该管线年平均腐蚀速率为0.6mm/a。整段管线管壁顶部壁厚5.8mm左右,为均匀腐蚀,且腐蚀轻微。
2.3腐蚀产物分析
取腐蚀坑产物,经分析腐蚀产物的主要成份是三氧化二铁(Fe2O3),占92%以上,由此可知管线底部表面的腐蚀主要是氧腐蚀。
2.4管线内壁检查
对截取直管段解体,内表面未发现严重腐蚀,由此判断该条柴油管线属于外部环境腐蚀失效。
2.5土壤分析
取管线埋地部位土壤化验分析,土壤偏碱性。
3腐蚀分析
从腐蚀形态看,该柴油线管段埋地面腐蚀严重,而管线裸露的表面以及整个内表面腐蚀轻微。由腐蚀产物分析得知腐蚀后主要成份为Fe2O3,可以判断柴油线表面的腐蚀是氧化腐蚀。而且从腐蚀形态、宏观检查及测厚结果和腐蚀产物分析结果看该管线孔蚀相当严重。
3.1氧化腐蚀
氧化腐蚀是一种电化学腐蚀,其机理为:正常情况下,金属表面存在一层钝化保护膜,存在应力集中的部位在拉应力的作用下产生金属滑移,破坏表面的钝化保护膜,露出新的金属表面。由于滑移台阶附近的滑移带中堆集了大量位错,碳或合金元素在滑移带上析出,使滑移台阶处金属活化,形成电化学腐蚀的阳极,钝化保护膜未破坏区则成为阴极,即典型的大阴极小阳极。由于该环境中土壤溶液富有极性,在极性分子的吸引下,阳极Fe成为带正电的铁离子,放出的电子被水溶液中的溶解氧吸收还原成为OH -。阳极的Fe不断溶解,导致钢管上逐渐出现坑洞,产生了腐蚀。腐蚀坑一旦形成,将以很快的速度扩展。土壤溶液的溶解氧具有去极化作用,会使这一过程加剧,而去极化作用的强弱与含氧量多少有关,也就是说溶解氧的含量多少决定着腐蚀的强弱,且两者成线性正比关系。
电极反应如下:
阳极反应:Fe - 2e = Fe2+
阴极反应:2H2O + O2 + 4e = 4OH -
阳极反应生成的电子在电位差的作用下转移到阴极,立即被溶解氧还原消耗掉,使阳极铁的溶解加快。
土壤中若附着氧较多,则Fe2+可以继续氧化成Fe3+:
4Fe2+ +O2 + 2H2O = 4Fe3+ + 4OH -
OH -的生成促使环境土壤偏碱性。
3.2 孔蚀
在长期的运行中,土壤中的无机盐、碱杂质等在管壁上聚集成垢,聚集物下面金屬溶解氧得不到补充而逐渐耗尽,还原反应难以进行,但金属表面的阳极溶解反应还在继续进行,在溶液中产生了过量的Fe2+,在电场的作用下,加速了金属溶解,逐渐形成孔蚀,这种现象未被抑制时,往往会出现腐蚀穿孔。
柴油线由于局部埋于土壤中,且该管线未有防腐层及其它防护措施,裸露部分温度为常温,埋地部分温度较高。由于暴露在温热的土壤环境中,常年雨水侵蚀,使管线底部出现大量点腐蚀坑。
4整改措施
根据柴油线检测结果,提出以下整改防范措施:
1.新管线设计中增加防腐蚀要求,建议表面涂防腐层,并加设阴极保护装置以防止孔蚀。
2.使用过程中,应注意确保管沟排水通畅,避免长期积水使管线处于土壤溶液介质中。
参考文献
[1]《在用工业管道定期检验规程(试行)》,2003
[2]曹楚南《腐蚀电化学原理》.北京:化学工业出版社,2008
[3]魏宝明主编.金属腐蚀理论及应用.北京:化学工业出版社,1995
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