连续重整装置加热炉辅助火嘴金属软管腐蚀泄漏失效

赵光辉 李文军 张 辉 刘媛媛 中国石油乌鲁木齐石化公司设备检验检测院

连续重整装置加热炉辅助火嘴金属软管腐蚀泄漏失效

赵光辉 李文军 张 辉 刘媛媛 中国石油乌鲁木齐石化公司设备检验检测院

中国石油乌鲁木齐石化分公司炼油厂芳烃车间连续重整装置加热炉辅助火嘴金属软管发生泄漏。该金属软管由钢丝编织网和波纹管组成，其规格型号：JSPG-40-1.0MPa，公称直径：40mm。波纹管的材质为316L，网体的材质为1Cr18Ni9。管内介质为瓦斯气，操作温度40℃。金属软管从开始投用到发生泄漏，共运行了约14个月。泄漏部位分布于波纹管纵焊缝和母材上，表现形式为密集型孔洞。基于该波纹管存在的腐蚀问题，本文从多角度对其发生原因进行分析讨论，最后提出了一些预防措施。

1 检测分析

1.1 宏观检测

首先，对金属软管进行了宏观检查。金属软管由波纹管和包裹在其外表面的钢丝编织网组成(见图1)。剥掉该金属软管外表面的钢丝编织网后，发现波纹管上存在一条纵焊缝(见图2)。宏观检查发现，波纹管的纵焊缝和母材上均发现有密集型的腐蚀孔洞，从宏观形貌上分析，金属软管泄漏的原因是其内部的波纹管发生点腐蚀穿孔造成的。

图1 金属软管外观形貌

图2 波纹管的外观形貌

1.2 化学成分分析

在发生腐蚀泄漏的波纹管上进行取样，并对其材质进行化学成分分析。分析结果见表1。结果表明，波纹管的化学成分不符合316L的标准化学成分的要求，碳的含量明显偏高，而镍和钼的含量偏低。

表1 316L波纹管的化学成分（质量分数/%）

1.3 金相分析

在金属软管的波纹管上横向取一个样，经打磨、抛光及浸蚀后在光学显微镜下观察。检测结果显示焊缝上的金相组织为铸状奥氏体，并且在波纹管的内壁存在腐蚀坑（见图3)；母材上的金相组织为孪晶奥氏体（见图4)，波纹管的金相组织均为正常，但是波纹管内壁存在不同深度的腐蚀坑。这说明腐蚀是从内壁开始的，是由于内部介质引起的腐蚀。

图3 波纹管上焊缝的金相组织图

图4 波纹管上母材的金相组织图

1.4 能谱分析

对波纹管内壁的灰黑色垢物进行能谱分析，结果显示灰黑色垢物中氧、铝、硫和氯元素含量较高，这些元素均是工艺介质中带来的。其中内部含量较高的硫离子和氯离子经常是造成不锈钢材料腐点腐蚀穿孔的主要原因[2]。

2 腐蚀原因分析与讨论

2.1 腐蚀机理

不锈钢之所以具有良好的抗腐蚀性是因为其表面能够形成一层致密的钝化膜。当介质中存在的活性阴离子(如氯离子和硫离子等)破坏了不锈钢钝化膜后[3]，在基层金属上出现小腐蚀孔，它是点腐蚀生成的活性中心。蚀孔内金属表面处于活态，电位较负。蚀孔外金属表面处于钝态，电位较正，于是孔内和孔外构成了一个活态—钝态微电偶腐蚀电池，电池具有大阴极小阳极的面积比结构，阳极电流密度很大，蚀孔加深很快[4]。孔外金属表面同时受到阴极保护，继续保持钝态。

点蚀坑内正离子浓度的增高，将致使氯离子的迁移，以保持点蚀坑内溶液的电中性。所形成的金属氯化物被水解为氢氧化物和游离酸[5]。这种酸的产生使腐蚀坑底部溶液的pH值降低，pH值的降低和氯离子的存在促使金属溶解，整个过程随着时间的推移而加速。

2.2 影响因素讨论

经分析，影响不锈钢点腐蚀的因素可归纳为[6]。

1）材料因素。对于不锈钢材料，Cr、Mo、Ni等元素能使其具有良好抗点腐蚀性能的元素。钢中的含碳量对抗点腐蚀影响通常是随着含碳量的降低抗点蚀性能提高。由上面对泄漏的波纹管的材质进行分析的结果可知，其Ni和Mo的含量较正常值偏低，而含碳量明显高于正常要求值。

2）环境因素。点蚀发生的一个必要条件是介质含有特殊的离子，不锈钢对含有卤素离子介质特别敏感。由能谱分析结果可知，其介质内部氯离子和硫离子的含量非常高，而含氯离子的溶液最容易引起不锈钢点腐蚀。

2.3 腐蚀原因

首先，由宏观检查可知，导致金属软管发生腐蚀泄漏的直接原因是由于波纹管的焊缝和母材上发生点腐蚀穿孔造成的；其次，当介质中卤素离子和氧化剂（例如溶解氧）同时存在时，容易发生点腐蚀。不锈钢能谱分析证明介质中含有氯、硫等元素，而这些活性阴离子破坏了不锈钢的钝化膜，是发生点蚀的主要诱因；再次，316L这种材质具有良好的抗点腐蚀的性能。但是，从对波纹管的化学成分进行分析的结果中可知，其碳的含量与标准规定值明显偏高，而镍和钼的含量偏低。因此，材质的选择与要求不符也是造成该金属软管发生腐蚀穿孔的重要原因；最后，材质表面的均匀性、内部非金属夹杂物的分布和组成以及金属组织不均匀性对点腐蚀的产生及分布位置都有重要影响。

3 结论及建议

经对某炼油厂连续重整装置加热炉辅助火嘴金属软管发生腐蚀穿孔问题的分析，确认金属软管发生腐蚀穿孔泄漏是由于介质中含有较高的氯离子等活性离子的存在造成不锈钢材料产生点蚀穿孔泄漏造成的，材质的选用错误促使这一过程的发生。为了避免该管线再次发生腐蚀泄漏，提出以下两点建议：

1）改善使用环境。降低工艺介质中氯离子和硫离子的浓度，同时要防止局部浓缩的发生。可以考虑用电化学保护方法使不锈钢的电位低于临界腐蚀电位；

2）合理选用材料。波纹管之所以在很短的时间内发生腐蚀穿孔，一个很重要的原因就是选用的材质与设计不符。因此，在设备的制造及修复过程中，严格按照设计的规范要求选用使用的材料。

1 吴兴华,等.伴热管系金属波纹软管开裂失效分析.压力容器, 2007

2吴建.不锈钢的腐蚀破坏与防蚀技术.腐蚀与防护,1997

3黄凤林,等.不锈钢换热器的腐蚀原因分析及解决办法.腐蚀防护,2008.12

4肖纪美.材料的腐蚀及控制方法.北京：化学工业出版社, 1995

5 肖纪美.应力作用下的金属.北京：化学工业出版社,1995

6 林玉珍,等.材料的腐蚀和腐蚀控制原理.北京：中国石化出版社,2007

2013－06－20）