引 言

海上某生產(chǎn)平臺增壓泵出口管線短節(jié)，尺寸為10″×6″，材質(zhì)為碳鋼，輸送介質(zhì)為含水約40%～50％的原油。該增壓泵共有4臺，正常情況下3用1備，泵入口操作壓力約0.73MPa，出口壓力約1.2MPa，溫度約90～95℃，單泵正常生產(chǎn)情況下流量約250～280 m3/d。經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)鋼管內(nèi)壁、焊縫等處腐蝕較為嚴重。

對此，基于該平臺工藝流程和以往管線失效的研究經(jīng)驗，本文從腐蝕機理出發(fā)，同時結(jié)合室內(nèi)實驗結(jié)果，分析增壓泵出口管線短節(jié)腐蝕失效的根本原因，并提出相應(yīng)防護措施。

1 宏觀形貌分析

該出口管線短節(jié)的位置如圖1所示。

圖1  失效管線短節(jié)的實際工況位置

從外表面觀察，該管線短節(jié)由一段254（10″）×10mm管經(jīng)縮頸變徑與一段152（6″）×7mm直管焊接相連，直管段另一段焊接法蘭盤。縮頸變徑管段內(nèi)壁靠近焊縫處有多個腐蝕坑相互連接（圖2），深約1～5mm；靠近直管焊縫部位有一條腐蝕溝，約占管內(nèi)壁周長的45％。

圖2  出口管線短節(jié)外觀腐蝕圖

將管段沿縱向剖開，可見在焊縫部位有一溝槽幾乎占整個管內(nèi)壁周長的45％，縮頸變徑管側(cè)在焊縫周圍發(fā)現(xiàn)有多個呈現(xiàn)馬蹄形或橢圓形腐蝕坑，并且腐蝕坑相互連接在一起，溝槽和蝕坑表面腐蝕產(chǎn)物呈紅褐色，比較疏松；管內(nèi)其他部位呈黑褐色、光滑平整、表面腐蝕產(chǎn)物致密牢固、焊縫完整、無明顯蝕坑等缺陷，如圖3所示。

圖3  出口管線短節(jié)切開后內(nèi)壁形貌圖

2 理化檢驗及結(jié)果

2.1化學(xué)成分

在出口管線短節(jié)內(nèi)壁完好一側(cè)管段上分別取焊縫、縮頸變徑管母材、直管段母材進行化學(xué)成分分析。結(jié)果顯示，直管段金屬和焊縫金屬中的Mn含量較高，縮頸變徑管段母材的化學(xué)成分符合Q235B，焊縫和直管段母材的化學(xué)成分與16Mn相似。

2.2 金相分析

取縮頸變徑管、焊縫和直管段試樣進行金相分析，結(jié)果表明：縮頸變徑管和直管段組織均為鐵素體＋珠光體，沒有質(zhì)的區(qū)別，珠光體沿軋制方向呈片狀分布，縮頸變徑管段珠光體略顯分散，層間距稍大一些。焊縫金屬組織未見異常，腐蝕溝均在焊縫金屬上，熱影響區(qū)和母材金屬未見蝕溝。樣品的顯微組織如圖4所示。

圖4  試樣金相組織

2.3管線短節(jié)鋼管內(nèi)蝕坑及腐蝕產(chǎn)物分析

利用掃描電子顯微鏡（SEM）對鋼管內(nèi)焊縫溝槽、蝕坑及平整部位等處表面腐蝕產(chǎn)物進行微觀形貌與成分能譜分析。從試樣微觀形貌圖可見，焊縫溝槽和縮頸變徑管內(nèi)表面蝕坑處布滿腐蝕產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)疏松，縮頸變徑管平整內(nèi)表面處面腐蝕產(chǎn)物較為致密；試樣成分能譜分析結(jié)果表明，蝕坑內(nèi)腐蝕產(chǎn)物中主要含有Fe、Cl、Na、Mg、Ca、S以及C、O等元素。

取管內(nèi)壁無蝕坑表面和蝕坑部位進行XRD分析，結(jié)果表明，無蝕坑平整部位腐蝕產(chǎn)物主要為FeCO3，同時含有少量FeS、FeCl2、FeCl3；焊縫及其附近蝕坑部位腐蝕產(chǎn)物主要為各種鐵的氧化物混合體及FeCO3。

2.4管線短節(jié)焊縫處電化學(xué)分析

選取焊縫金屬、直管段母材、縮頸變徑管母材3種材料，按照實際工況條件，測量在人造海水溶液中的自腐蝕電位，結(jié)果表明，焊縫金屬與縮頸變徑管母材在35℃和85℃條件下的人造海水中自腐蝕電位均無明顯差別（8～18mV的差異屬于正常測量誤差）；而直管段母材在兩種溫度下的自腐蝕電位均較焊縫金屬和縮頸變徑管母材更正，電位差在48～88mV。

2.5焊縫與母材電偶腐蝕測試

根據(jù)3種金屬在人造海水溶液中的自腐蝕電位測量結(jié)果，選擇焊縫金屬--直管段母材電偶對和焊縫金屬--縮頸變徑管母材電偶對，進行電偶腐蝕測試。再根據(jù)電偶電流隨時間變化曲線和電偶中陽極的實際面積分別得到360 h內(nèi)的平均電偶電流和電偶電流密度，如下表所示。

偶對材料的電偶電流及電偶電流密度值

通過計算得到焊縫金屬（偶對中陽極）在焊縫材料--直管段母材偶對中的平均電偶腐蝕速度為0.015 9g/（m2·h）。

3 分析與討論

管線短節(jié)焊接部位金相組織未見異常，管內(nèi)壁大部分光滑平整，整個管段內(nèi)壁表面腐蝕產(chǎn)物很少，溝槽和蝕坑內(nèi)腐蝕產(chǎn)物疏松，成分能譜分析和XRD分析結(jié)果表明腐蝕產(chǎn)物中含大量Fe、Cl、Na、Mg、Ca、S以及C、O等元素，推斷其腐蝕產(chǎn)物主要由結(jié)構(gòu)疏松的各種鐵的氧化物及FeCO3組成，由于管線內(nèi)輸送的含海水原油，這些元素與管線中原輸送介質(zhì)是一致的。而送樣檢測前試樣更換后已經(jīng)放置幾十天且表面潮濕，溝槽和蝕坑表面必然布滿浮銹。

此外，管線短節(jié)中輸送的介質(zhì)為原油＋生產(chǎn)水＋氣體，泵入口操作壓力約0.73MPa，出口壓力約1.2MPa，溫度約90～95℃。該段管道內(nèi)壁腐蝕部位處于與介質(zhì)流動方向，在加壓泵作用下流向發(fā)生局部表面受力不均勻，表面腐蝕形貌呈現(xiàn)溝槽、馬蹄形等，這一系列特征說明該處腐蝕是一種較典型的沖刷腐蝕。

結(jié)合電偶腐蝕的評價結(jié)果，縮頸變徑管與焊接金屬在試驗介質(zhì)條件下，偶接產(chǎn)生電偶腐蝕的可能性較小，直管段與焊接金屬有一定電位差，偶接后有產(chǎn)生電偶腐蝕的條件，但腐蝕率很低。因此，導(dǎo)致增壓泵出口管線短節(jié)內(nèi)壁腐蝕主要原因是以沖刷腐蝕為主和電偶腐蝕共同作用的結(jié)果。

4 結(jié)論與建議

（1）在確保焊接質(zhì)量前提下，焊縫應(yīng)充分進行鈍化，確保形成保護性氧化膜；

（2）盡量避免小陽極、大陰極的結(jié)構(gòu)。建議焊接材料選擇與管線電極電位盡量接近的金屬；

（3）建議提高出口管線短節(jié)中Cr元素含量，使用更加耐沖刷腐蝕的低合金鋼或不銹鋼。