長輸水管道泵站冷卻系統(tǒng)不銹鋼管道腐蝕分析與探討

程魯豐

中國石油工程建設(shè)公司，北京100120

長輸水管道泵站冷卻系統(tǒng)不銹鋼管道腐蝕分析與探討

程魯豐

中國石油工程建設(shè)公司，北京100120

文章針對(duì)長距離輸水管道工程中泵站離心輸水泵動(dòng)力驅(qū)動(dòng)引擎冷卻水系統(tǒng)的不銹鋼管道焊縫處出現(xiàn)的腐蝕問題，對(duì)奧氏體不銹鋼焊接特性、焊接工藝和焊后處理進(jìn)行了分析，并運(yùn)用光學(xué)金相分析、電鏡顯微分析、能譜分析、電化學(xué)分析等方法對(duì)焊縫腐蝕區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明具有抑制Cl-對(duì)不銹鋼的點(diǎn)蝕作用，溫度升高降低了不銹鋼的點(diǎn)蝕電位，并據(jù)此提出了一些抑制和緩解腐蝕的措施與建議。

冷卻水系統(tǒng)；不銹鋼管道；腐蝕；試驗(yàn)研究

0 引言

塔曼拉撒特位于撒哈拉沙漠腹地，為滿足塔曼拉撒特日益增長的用水需求，當(dāng)?shù)卣疀Q定實(shí)施從擁有豐富地下水資源的因薩拉赫到塔曼拉撒特的長距離輸水工程。該輸水工程的FEED設(shè)計(jì)由瑞士公司STUCKY在2005年11月完成。

工程計(jì)劃輸水量10萬m3/d，從位于海拔305 m水源地的因薩拉赫輸至海拔1 450 m的塔曼拉撒特，全程750 km，沿途設(shè)有6個(gè)泵站分段提升。該工程處于社會(huì)依托條件極差的撒哈拉沙漠，無電力供應(yīng)，故采用柴油天然氣雙燃料引擎作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)離心輸水泵。本項(xiàng)目的引擎冷卻水系統(tǒng)是根據(jù)業(yè)主合同要求，采用換熱器冷卻循環(huán)水的方式，而不是常規(guī)的風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，冷卻水管道系統(tǒng)采用的是合同規(guī)定的不銹鋼材質(zhì)SS1.4301（相當(dāng)于S304或0Cr18Ni9），冷卻水為泵站所輸送的水源地原水。按照合同規(guī)定在水源地設(shè)有脫鹽處理站，對(duì)原水進(jìn)行處理并達(dá)到WHO飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

但是，為達(dá)到全線通水的目標(biāo)，在未建設(shè)水源地脫鹽站的前提下，業(yè)主要求直接將地下原水接送至長距離輸水管道和沿線泵站，然后連續(xù)泵送至末站終端水池。這樣沿線泵站的冷卻水系統(tǒng)就只能采用這種未經(jīng)處理的原水，原水中含量高于WHO標(biāo)準(zhǔn)3倍以上，對(duì)冷卻水系統(tǒng)的不銹鋼管道產(chǎn)生了一定的影響。下文主要分析不銹鋼管道焊縫處出現(xiàn)腐蝕的問題，開展了奧氏體不銹鋼的焊接特性、焊接工藝和金相分析，指出了奧氏體不銹鋼焊縫處出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑的原因和影響因素，提出了解決腐蝕問題的對(duì)策。

1 奧氏體不銹鋼的焊接及影響耐腐蝕性的因素

1.1 奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性及其焊接工藝

不銹鋼材質(zhì)SS1.4301為奧氏體不銹鋼，其韌性好，焊接性能優(yōu)良，耐酸、抗氧化腐蝕能力強(qiáng)，價(jià)格較低廉，但在含氯離子的水中卻存在著嚴(yán)重的腐蝕問題。奧氏體不銹鋼易發(fā)生的局部腐蝕形式大體有：點(diǎn)腐蝕、焊接區(qū)晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕等[1]。圖1所示為現(xiàn)場(chǎng)奧氏體不銹鋼焊縫處出現(xiàn)的腐蝕圖片。

圖1 冷卻水管道對(duì)接焊縫腐蝕圖片

根據(jù)材質(zhì)、水質(zhì)以及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)情況，選用了氬弧焊的焊接方法，焊材為E308-16。該焊接工藝通過了當(dāng)?shù)貒哂邢嚓P(guān)資質(zhì)的VERITAL機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)評(píng)定。

1.2 奧氏體不銹鋼焊縫腐蝕分析

冷卻水系統(tǒng)局部不銹鋼焊縫出現(xiàn)腐蝕后，選取了有腐蝕的不銹鋼焊縫樣品，制成20 mm×10 mm× 2 mm的試樣，采用金相、能譜等分析方法對(duì)母材及焊接接頭進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2.1 不銹鋼焊縫腐蝕的光學(xué)金相分析（見圖2）

圖2 熔合區(qū)金相組織及腐蝕形貌

從圖2金相組織形貌上看，不銹鋼母材近縫區(qū)組織不均勻，這可能會(huì)造成腐蝕程度的不均勻。焊縫表面腐蝕坑明顯，焊縫的腐蝕程度要大于母材。

1.2.2 不銹鋼焊縫腐蝕形貌的電鏡觀察（見圖3）

圖3 焊縫腐蝕形貌的電鏡觀察

電鏡觀察表明焊縫表面腐蝕較為嚴(yán)重，表面上出現(xiàn)較多大小不一的圓形點(diǎn)蝕坑，呈現(xiàn)無規(guī)則的特征形貌。腐蝕產(chǎn)物層固結(jié)不牢固，多處發(fā)生剝落。

1.2.3 不銹鋼及焊縫的能譜分析（見圖4）

分析表明，母材的Cr和Ni含量分別為18%和12%，焊縫中Cr和Ni含量較母材低，Cr含量<16%，Ni含量<8%，現(xiàn)場(chǎng)分析未發(fā)現(xiàn)焊接規(guī)范過大的跡象，過渡金屬中合金元素的燒損應(yīng)處在可控的范圍內(nèi)。

圖4 焊縫掃描區(qū)域能譜圖

1.3 奧氏體不銹鋼管腐蝕影響因素

1.3.1 Cl-和對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響

對(duì)不銹鋼耐蝕性的影響主要是導(dǎo)致鈍化膜的局部破壞，促進(jìn)點(diǎn)蝕的發(fā)生。Cl-對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕的促進(jìn)作用與溶液中含氧酸根離子，特別是的存在與否有關(guān)，為此進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果見圖5，1～9為試驗(yàn)曲線編號(hào)：腐蝕介質(zhì)的配比及其對(duì)不銹鋼電極點(diǎn)蝕電位Eb的影響見表1。

圖5 奧氏體不銹鋼在不同比值的模擬冷卻水中的極化曲線

表1 Cl-和腐蝕介質(zhì)的配比及其對(duì)不銹鋼電極點(diǎn)蝕電位Eb的影響

表1 Cl-和腐蝕介質(zhì)的配比及其對(duì)不銹鋼電極點(diǎn)蝕電位Eb的影響

Cl-/SO42-質(zhì)量比值00.140.280.420.560.620.760.830.97Eb/mV（SO42-為360 mg/L）982982984977663496369373358Eb/mV（SO42-為540 mg/L）982977974974686557511452435曲線編號(hào)123456789

通過監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)所輸送的地下原水的Cl-和質(zhì)量濃度分別為550 mg/L和640 mg/L，遠(yuǎn)超出WHO的Cl-質(zhì)量濃度為250 mg/L的指標(biāo)，降低氯離子含量對(duì)抑制現(xiàn)場(chǎng)不銹鋼腐蝕至關(guān)重要。

1.3.2 溫度對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響

溫度對(duì)于不銹鋼的點(diǎn)蝕電位具有很大的影響。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)水的溫度一般為30～45℃。在30～50℃范圍內(nèi)選取幾個(gè)溫度點(diǎn)，測(cè)定電極極化曲線，見圖6。從圖中曲線可以看出，溫度升高使不銹鋼點(diǎn)蝕電位降低，同時(shí)鈍態(tài)電流增大。

圖6 奧氏體不銹鋼電極在不同溫度模擬冷卻水中的極化曲線

2 結(jié)束語

冷卻水系統(tǒng)中的奧氏體不銹鋼管道，在工作介質(zhì)采用輸送的地下原水后，部分焊縫出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕。依據(jù)上述的分析研究，提出了以下保護(hù)措施，有望抑制或減緩?qiáng)W氏體不銹鋼管道的焊縫腐蝕。

（1）加快水源地脫鹽站建設(shè)，以便冷卻水系統(tǒng)的工作介質(zhì)可以采用經(jīng)脫鹽處理已滿足WHO水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的地下原水。

（2）焊接奧氏體不銹鋼管道時(shí)，應(yīng)正確選擇焊接工藝及焊材，并保證焊后的快速冷卻、酸洗、鈍化等工序的施工質(zhì)量。

（3）冷卻水不銹鋼管道內(nèi)的工作介質(zhì)溫度宜控制在小于50℃范圍內(nèi)。

（4）對(duì)不銹鋼管道焊縫已出現(xiàn)的點(diǎn)蝕，在可控范圍內(nèi)可采取修補(bǔ)措施。采用傳統(tǒng)的焊接修補(bǔ)方法，費(fèi)用較高，施工耗時(shí)較長，建議使用高分子固化劑材料進(jìn)行修復(fù)，該方法具有使用范圍廣、抑制腐蝕效率高、使用壽命長、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

Analysis and Discussion on Stainless Steel Pipeline Corrosion of Cooling System at Pump Station ofL ong-distance Water Transportation Pipeline

Cheng Lufeng
China Petroleum Engineering and Construction Co.，Beijing 100120，China

In a long-distance water transportation pipeline project，corrosion is found at the stainless steel pipeline weld of the centrifugal pump engine cooling water system at a pump station.The welding feature of austenite stainless steel，welding process and welding post-treatment are analyzed，and the experimental study on welding corrosion zone is conducted by means of optical metallographic analysis，electronical microscopic analysis，energy spectrum analysis and electrochemical analysis.The results show t hathas the function of restraining spot corrosion from Cl-， temperature increase enables decrease of spot corrosion potential，and so on.Some measures and suggestions for restraining and retarding corrosions are put forward.

cooling water system；stainless steelpipeline；corrosion；test research

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.019

程魯豐（1963-），男，山東菏澤人，高級(jí)工程師，1984年畢業(yè)于中國石油大學(xué)，主要從事國外EPC石油工程項(xiàng)目管理工作。

2014-01-01