煉油廠管道保溫層下腐蝕及研究進展

王健生，羅建成，莫燁強

(1.中國石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司，廣西 欽州 535008;2.沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司，遼寧 沈陽 110180)

在煉化企業(yè)中，保溫層被施加于高溫服役條件下管道、容器、設備的表面，不僅可以降低工藝過程中介質的散熱損失，同時保持設備及管道的生產能力和安全，有效地節(jié)約能源、提高經濟效益。

但是保溫層下腐蝕(Corrosion under Insulation，CUI)一直是煉油廠難以避免和發(fā)生頻率較高的腐蝕事件。CUI 是由于水或其它腐蝕介質滲入保溫層后，在保溫層與金屬表面形成電解液環(huán)境的腐蝕現(xiàn)象［1］。特別是在海洋大氣和工業(yè)環(huán)境下，氯離子和硫化物在金屬表面的聚集，無論是碳鋼、低合金鋼，還是不銹鋼，都會產生嚴重的腐蝕［2］。

碳鋼是煉油廠管道中最常用的材質，從碳鋼管道所面臨的CUI 案例著手，說明保溫層下碳鋼發(fā)生CUI 的頻繁及隱蔽性，并對其研究現(xiàn)狀、煉油廠涂料選擇及檢測方法三部分進行了簡要介紹，目的是增強煉化企業(yè)對CUI 的認識及在應對CUI 時應重點考慮的措施。

1 煉油廠碳鋼CUI 現(xiàn)狀及研究進展

圖1 是某煉油廠20 號碳鋼材質的注緩蝕劑線發(fā)生的保溫層下腐蝕。管道泄漏后，對保溫進行拆除，發(fā)現(xiàn)彎頭焊縫處出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。而管道泄漏后，流出的介質浸潤了整個下部分保溫棉。管道表面的富鋅圖層與泄漏介質發(fā)生了反應，使碳鋼管道裸露在保溫棉下，在氧氣和水溶液的影響下，管道發(fā)生腐蝕。經了解，此管線的操作溫度為常溫，因此做了保溫層之后，不僅起不到相應的節(jié)能效果，同時在一定程度上增大了腐蝕的風險。

圖1 保溫層下腐蝕情況

帶保溫層的管道、容器、設備在實際操作過程中，往往會由于外防護層的受損或其他原因，使得保溫材料受潮或受濕，在保溫層與金屬外表面間形成薄層電解液腐蝕環(huán)境，導致保溫層包覆下的管道、容器、設備外表面金屬發(fā)生腐蝕，即所謂的保溫層下腐蝕(CUI)。CUI 是煉油廠經常面臨的腐蝕情況，國內在20 世紀80 年代才有關于保溫層下腐蝕事故的報告［3］，比國外晚了將近30 a。近年來，國內加大了對CUI 的實驗室模擬研究，其通過搭建試驗裝置，人為提供CUI 發(fā)生所需要的腐蝕環(huán)境，研究CUI 的腐蝕機理及防護措施［4］。

實驗室研究發(fā)現(xiàn)，碳鋼在保溫層下的腐蝕最容易發(fā)生的溫度是-4～175 ℃，尤其是當運行溫度低于150 ℃時，保溫層下往往會存在一定量的冷凝水。碳鋼在保溫層下的腐蝕常表現(xiàn)為均勻減薄以及點蝕，在達到水的沸點之前，溫度每提高15～20 ℃，腐蝕速率就會加倍。周期性的溫度變化，對CUI 的影響更加顯著［5-6］。

姜瑩潔［7］等在實驗室模擬了20 號鋼的保溫層下腐蝕，于60～120 ℃在質量分數(shù)為0.01%～3%的NaCl 溶液中分別進行120 h 的浸潤和浸泡腐蝕試驗。其得到的主要結論如下:①隨著溫度的升高，20 號鋼的腐蝕速率先增大后減小，在80 ℃達到最大，隨后隨溫度超過100 ℃在碳鋼表面形成致密的氧化膜而抑制了腐蝕，溫度對CUI 起到主要的影響作用。②20號鋼在干濕交替環(huán)境下的腐蝕較冷熱交替和恒溫環(huán)境下的更為嚴重。

實驗室模擬研究雖然便于CUI 機理的研究，但是現(xiàn)場的很多因素(雨水、工業(yè)大氣、海洋氣候等)很難在實驗室完全模擬，因此在實驗室模擬取得一定成果的同時，開展CUI 的現(xiàn)場研究更有必要。現(xiàn)場以不同服役溫度下的管道為對象，通過預設腐蝕掛片、電化學手段及其他檢測技術，可研究不同涂層、不同時間周期、不同溫度及保溫材料等各類因素對CUI 的影響。摸清這些機理及規(guī)律，對煉油廠預防CUI 是根本有效的措施。

2 煉油廠碳鋼管道保溫層下涂料選擇現(xiàn)狀

國內大部分煉油廠管道的保溫系統(tǒng)都選用巖棉和復合型硅酸鹽類的保溫材料，這些保溫材料在使用過程中都會存在一定的吸水性。在管道選擇涂料防腐蝕時，每個廠都有各廠的體系。表1 是國內某廠碳鋼管道在不同溫度下保溫層下的涂料選擇類型，同時這也代表了國內大部分煉油廠的情況。

表1 碳鋼管道外表面防腐涂料類型

從表1 中可看到在溫度較低情況下，富鋅涂料由于易施工、成本低等優(yōu)點，在煉油廠應用范圍還是較大。但是在50～175 ℃的溫度范圍內長時間服役，富鋅涂料不推薦使用。因為鋅粉在一個封閉或潮濕的環(huán)境中不能提供有效的保護，特別當溫度高于60 ℃時，鋅可能發(fā)生電化學逆轉，加快鋼鐵的腐蝕。而丙烯酸硅酮和有機硅耐熱漆具有較優(yōu)的耐高溫性能，但其防腐能力有限，不適合較長年限保溫層下的管道防腐。

由于國內煉油廠對CUI 的重視程度不足，加上傳統(tǒng)涂料使用時間較久，新型涂料成本較高等眾多因素，同時在保溫層下的使用也未有統(tǒng)一的標準來評價。因此，目前煉油廠在涂料的選擇上還是比較傳統(tǒng)。隨著對CUI 認識的不斷加深及高性能涂料的使用，防腐層下涂料選擇的標準會逐漸建立，在安全、經濟等角度都有深遠的意義。

3 帶防腐層脈沖檢測技術

由于CUI 發(fā)生的隱蔽性，如何在不拆除保溫、不影響生產的情況下，及時并準確的檢測出保溫層下的腐蝕，具有十分重要的意義。渦流技術在帶防腐層檢測技術中報道較多，下面對其原理及不足之處進行了介紹。

3.1 脈沖渦流技術

脈沖渦流技術不僅具有常規(guī)渦流檢測的優(yōu)點，同時可以實現(xiàn)大提離條件下的導體材料表面或近表面缺陷的檢測。其不需要與鋼材表面直接接觸，可以在設備運行過程中進行檢測。其原理是施加一定的方波信號作為激勵，根據(jù)法拉第電磁感應定律，變化的脈沖磁場會在線圈周圍激發(fā)一脈沖磁場，該脈沖磁場又會在處于其中的導電試件中感生出瞬變渦流，所激發(fā)的渦流磁場在檢測元件上就會感應出隨時間變化的電壓信號。試件中的缺陷會導致電壓信號的變化，能夠反映出被測試件中存在的缺陷(裂紋深度和大小等)［8-9］。但是其應用范圍有限，主要用于非鐵磁性材料的檢測。

3.2 脈沖漏磁技術

脈沖漏磁檢測技術是一種新型無損檢測技術，其綜合了脈沖渦流技術和漏磁檢測技術的優(yōu)點，實現(xiàn)了對鐵磁性管道的磁化，同時激勵磁場的穿透深度也有很大提高，因而適用于帶保溫層的管道腐蝕缺陷檢測。

其原理是在具有高導磁性能的U 形鐵芯上繞制矩形激勵線圈，脈沖激勵信號在矩形激勵線圈上感生的磁場通過線圈傳志保溫層，再進入被測管壁，其大大減少了激勵磁場進入保溫層前的泄漏，增加了進入管壁的磁通量。當有缺陷存在時，則會在缺陷處產生漏磁場，最終通過提取感應信號的特征來對缺陷進行定性和定量分析［10-11］。

兩種檢測手段雖然都能取得一定的效果，但是其主要是針對材質內部發(fā)生缺陷或產生裂紋時才能發(fā)現(xiàn)，雖然較多文獻都對其應用于帶保溫層下管道的檢測進行了報道。但是當管道外表面腐蝕減薄或者有腐蝕坑存在時，而無法進行判斷。因此，新型檢測技術的應用和開發(fā)是非常必要的，對了解和指導CUI 具有深遠的意義。

4 結論

綜述了碳鋼管道防腐層下腐蝕的實驗室研究現(xiàn)狀，目前國內對CUI 的基礎研究還未得到重視，在加大實驗室模擬的同時，應加大對CUI 現(xiàn)場的實際研究，提供更加貼近煉油廠實際情況的理論基礎。目前，煉油廠對CUI 下涂料的選擇未有一定的選擇依據(jù)、渦流檢測技術無法對保溫層下腐蝕做出有效判定，因此建立涂料選擇的標準和新型檢測技術的開發(fā)，對預防和判定CUI 具有深遠的意義。

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