双金属复合管腐蚀分析及解决方法

赵 俊,陈振栋

(中海油(天津)管道工程技术有限公司，天津 300452)

双金属复合管是由两种金属管道组合而成的一种新型管道，其外管是普通的碳钢管，承受管道系统的工作压力[1]；内管是耐蚀合金管，具有优异的耐蚀性能[2]。双金属复合管改变了传统金属材料的单一性和局限性，通过碳钢基体保证管道的整体强度和机械指标，使管道的使用寿命大大提高，使用成本降低，因而双金属复合管具有广泛的应用前景。

1 双金属复合管的工艺流程

双金属复合管分为机械复合和冶金复合，其中以机械复合居多，即将碳钢基管和不锈钢管穿在一起采用水压、爆炸及旋压等方法生产，工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

2 双金属复合管常见问题及原因分析

目前酸性气田存在大量的H2S或CO2，由于服役环境恶劣，输送管材必须具有较好的抗H2S，CO2，Cl-腐蚀性[3]，管道输送介质为气液混合介质,H2S或CO2溶于水形成弱酸，会造成碳钢管道的严重腐蚀。其中H2S腐蚀为电化学腐蚀、氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂，典型特征是局部腐蚀；CO2腐蚀主要是电偶腐蚀和电化学腐蚀，典型特征是局部腐蚀和均匀腐蚀。 此外，Cl-促进局部腐蚀，使腐蚀向管材基体纵深发展而形成氯化物点蚀，最终导致管道穿孔。

检查双金属复合管时发现其部分内壁存在较大范围的锈迹，也有一部分双金属复合管内壁存在水锈，现场管线腐蚀情况如图2所示。

图2 现场管线腐蚀情况

2.1 双金属复合管发生电偶腐蚀的基理

(1)管帽密封不严，存在破损，双金属复合管进厂管端没有用胶带密封，运输过程中进入铁屑等污染物，并且堆场多雨空气湿度大。

(2)喷砂除锈管端密封不严，吹扫设备未能将进入双金属复合管内壁钢砂吹扫干净；手工除锈时，铁屑通过破损管帽进入管中。

双金属复合管316L衬管表面发生铁污染，铁损伤导致钝化膜破损，引起破损点和钝化膜保护区的大阴极小阳极的电偶腐蚀。

316L不锈钢耐蚀的原因是表面形成致密、稳定牢固的氧化膜，如图3所示。

双金属复合管发生电偶腐蚀原理：腐蚀电位较低的金属和电位较高的金属接触而形成腐蚀原电池，其结果是电位较高的金属发生阴极反应，导致其腐蚀过程受到抑制；电位较低的金属发生阳极反应，导致其腐蚀过程加速，如图4所示。

图3 不锈钢表面形成钝化膜Cr2O3示意

图4 电偶腐蚀示意

2.2 双金属复合管形成电偶腐蚀的原因

(1)材料表面条件不同(划伤、摩擦、焊接)，如图5所示。

图5 双金属复合管形成电偶腐蚀

(2)一般情况下，随着阴阳极面积比值的增加，作为阳极的金属腐蚀速率也增加。

(3)海水等电导率高的介质，电偶电流可分散到离接触点较远的阳极表面，阳极所受腐蚀较为均匀。但如果在软水或普通大气等电导率较低的介质中，腐蚀会集中在离接触点较近的阳极表面，相当于阳极的有效面积减少，增加了阳极局部表面的溶解速率。

2.3 措施及建议

(1)避免异种金属合金的相互接触。

(2)切忌形成大阴极-小阳极的不利于防腐蚀的面积比。

(3)不同腐蚀电位的金属接触面采取绝缘措施。

(4)如发现铁污染等使316L表面钝化膜损坏的情况，可对锈蚀位置抛光，去除浮锈，抛光后需符合最小壁厚要求，用不锈钢酸洗钝化膏均匀覆盖在抛光位置，与未抛光位置至少搭接50 mm，用自来水(水中Cl-质量浓度不能超过30 mg/L)对钝化位置冲洗或用清洁湿抹布擦除钝化膏，使其形成钝化膜。对316L不锈钢酸洗钝化后，用内窥镜质量检验合格(见图6)。

图6 内窥镜复验双金属复合管内壁情况

4 结 语

高酸性油气田腐蚀环境恶劣，碳钢难以满足要求，加入缓蚀剂能起到一定的效果，但稳定性不够，耐蚀合金价格昂贵。双金属复合管具有良好的综合性能，对强腐蚀环境的油气田，其性价比优势明显。为保证双金属复合管的服役周期，防止铁污染和抑制电偶腐蚀尤为重要，可以在双金属复合管的管口处放置吸潮包，同时采用密封性好的管帽密封后，用无痕胶带缠好。保证双金属复合管的质量，以便应对强腐蚀环境的油气田，延长双金属复合管道的使用寿命。