液堿管道腐蝕泄漏原因分析及處理方法分析

楚 震

（大慶油田工程建設(shè)有限公司油田工程事業(yè)部，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

在冬季溫度比較低的情況下，石油煉化裝置中液堿管道經(jīng)常發(fā)生的故障之一就是泄漏，造成企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中存在一定的安全隱患。因此我們想要有效的解決以上問(wèn)題，就要找到液堿管道產(chǎn)生泄漏的主要原因，制定完善了液堿管道泄漏應(yīng)急預(yù)案。通常情況下我們對(duì)出現(xiàn)泄漏的液堿管道采用及時(shí)補(bǔ)焊的方式，但是取得的效果不佳。在長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕情況下，液堿管道的管壁已經(jīng)比較薄，焊接補(bǔ)漏比較困難[1]。最近的幾年中，隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)生進(jìn)步，一些新型復(fù)合材料在液堿管道中的應(yīng)用有效的解決了以上問(wèn)題。

1 堿脆

在工作拉應(yīng)力與殘余拉應(yīng)力的影響下，低碳鋼、低合金鋼與熱濃堿液發(fā)生反應(yīng)后會(huì)發(fā)生腐蝕，嚴(yán)重的情況下出現(xiàn)斷裂等安全事故[2]。

1.1 堿脆產(chǎn)生因素

堿脆與其他應(yīng)力腐蝕原理基本上是一樣的，是引發(fā)開(kāi)裂、斷裂的主要因素，應(yīng)力腐蝕斷裂產(chǎn)生的主要原因有以下幾個(gè)方面：

1.1.1 介質(zhì)因素

堿脆的產(chǎn)生都是因?yàn)楦邷貪鈮A液腐蝕產(chǎn)生的，高溫濃堿液的主要來(lái)源就是一些設(shè)備中的工作介質(zhì)，例如生產(chǎn)或者使用過(guò)程中鍋爐、汽輪機(jī)葉輪中的介質(zhì)，人工晶體生產(chǎn)過(guò)程中工作介質(zhì)等。

1.1.2 力學(xué)因素

隨著應(yīng)力的下降，低碳鋼堿脆斷裂的時(shí)間不斷增加，隨著腐蝕介質(zhì)條件的不斷變化，以上曲線也是不斷變化的。腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力在實(shí)際情況下很難區(qū)分，我們主要側(cè)重應(yīng)力問(wèn)題，以降低殘余應(yīng)力達(dá)到目的[3]。

1.1.3 金屬因素

經(jīng)過(guò)我們對(duì)金屬中的碳含量分析發(fā)現(xiàn)，含量在0.01%～0.25%范圍內(nèi)，比較容易發(fā)生堿脆現(xiàn)象。液堿管道中碳含量在0.17%～0.24%范圍內(nèi)，是發(fā)生堿脆的重要條件。

2 液堿管道腐蝕泄漏的原因

鋼的堿脆是引發(fā)液堿管道泄露的主要原因之一，液堿管道泄露主要發(fā)生的位置在三通、變徑、彎頭處。鋼的堿脆主要同時(shí)滿足以下三個(gè)條件，分別為氫氧化鈉溶液的濃度較高、溫度較高、應(yīng)力拉伸。（1）腐蝕速度隨著堿液濃度的升高而加快，同時(shí)隨著溫度的升高，腐蝕速度也會(huì)增加，金屬表面逐漸的形成裂紋，裂紋中聚集大量的堿液，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。金屬溫度小于46℃時(shí)，碳鋼不會(huì)發(fā)生腐蝕性開(kāi)裂現(xiàn)象，而堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的發(fā)生一般會(huì)在堿濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)5%時(shí)，而如果堿濃度不超過(guò)5%開(kāi)裂敏感性比較低；（2）拉應(yīng)力與焊接應(yīng)力是管道拉伸應(yīng)力的重要組成，拉應(yīng)力主要是管道受到外界外力的影響下，產(chǎn)生的反作用力；焊接應(yīng)力主要是因?yàn)楹附舆^(guò)程中出現(xiàn)了局部熱量不均勻產(chǎn)生的，對(duì)熱輸入產(chǎn)生影響的因素種類(lèi)比較多，主要包括制造因素、材料因素、結(jié)構(gòu)因素等，以上因素都會(huì)造成焊接應(yīng)力出現(xiàn)，產(chǎn)生焊接變形。在焊接溫度場(chǎng)中，決定熱源周?chē)饘龠\(yùn)動(dòng)內(nèi)拘束度的主要影響因素有熱膨脹系數(shù)、彈性模量等。熱源金屬的外拘束度主要受到制造因素、結(jié)構(gòu)因素的影響。在焊接過(guò)程中，受到構(gòu)件變形和內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的變化影響，會(huì)發(fā)生焊接瞬間應(yīng)力與應(yīng)變。焊接完成后，一些內(nèi)應(yīng)力與宏觀變化就會(huì)殘留在構(gòu)件之中，產(chǎn)生焊接殘余變形和殘余應(yīng)力。拉應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力都可能是造成堿液應(yīng)力腐蝕的拉伸應(yīng)力；（3）在液堿介質(zhì)中，碳鋼很容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂，裂紋的形式主要為沿晶裂紋。

3 液堿管道腐蝕泄漏處理方法

3.1 常規(guī)方法缺陷

（1）采用補(bǔ)焊的方式對(duì)管道進(jìn)行修補(bǔ)，需要我們注意的是，在焊接過(guò)程中避免因?yàn)楹附赢a(chǎn)生的較高熱量，對(duì)管道產(chǎn)生二次傷害，出現(xiàn)二次漏泄；

（2）利用卡具對(duì)管道泄露位置進(jìn)行修補(bǔ)，打卡具的同時(shí)可能增加管道的外應(yīng)力，腐蝕速度可能增加；

（3）更換新的管道，管道的更換需要提前將內(nèi)部介質(zhì)倒空，消耗大量的時(shí)間，原油管道內(nèi)部運(yùn)輸?shù)母g性介質(zhì)可能對(duì)新管道的焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。

3.2 碳納米聚合物復(fù)合材料在液堿管道泄漏上 應(yīng)用

（1）隨著我國(guó)科技的不斷進(jìn)步，在最近的幾年中，管道泄露修補(bǔ)過(guò)程碳納米聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用取得了一定的成績(jī)；（2）碳納米聚合物復(fù)合材料的主要成分為碳納米材料、環(huán)氧樹(shù)脂基聚合物、納米無(wú)機(jī)材料等在聚合作用的影響下形成的一種新型多組分復(fù)合材料。在擴(kuò)散作用、相互作用、濕潤(rùn)作用的影響下，材料之間形成較強(qiáng)的粘接力，達(dá)到快速修補(bǔ)管道的目的；（3）碳納米聚合物復(fù)合材料與傳統(tǒng)的材料相比較，主要的優(yōu)勢(shì)有耐腐蝕性強(qiáng)、抗沖擊力強(qiáng)、抗磨損能力強(qiáng)、強(qiáng)度高、粘著力強(qiáng)等，在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)表面處理、固化、配置修補(bǔ)劑、涂敷、加工等各種功能。

3.3 降低液堿管道溫度

（1）在冬季溫度較低的環(huán)境中，液堿管道需要使用蒸汽伴熱，而蒸汽伴熱的溫度能都達(dá)到100℃，容易引發(fā)安全事故，可能改進(jìn)為熱水伴熱；（2）管道使用雙層保溫，在管道與伴熱管道之間增加隔熱層，外部設(shè)置保護(hù)層，滿足液堿管道工藝需求的同時(shí)，達(dá)到了保溫的目的。

3.4 降低管道焊接應(yīng)力

（1）想要降低受熱塑性變形的影響，可以采用較小的焊接線能量；（2）根據(jù)實(shí)際情況，制定科學(xué)合理的焊接工藝順序，實(shí)現(xiàn)焊接應(yīng)力的下降；（3）對(duì)焊接周?chē)鷧^(qū)域及焊縫使用小錘敲擊，實(shí)現(xiàn)金屬晶粒之間應(yīng)力的釋放，達(dá)到降低焊接應(yīng)力的目的；（4）采用熱處理的方式降低殘余應(yīng)力，經(jīng)過(guò)我們的實(shí)際調(diào)查，焊接過(guò)程中，應(yīng)力腐蝕主要是由于焊接殘余應(yīng)力造成的，想要完全的消除焊接殘余應(yīng)力，就要使用熱處理技術(shù)，降低焊縫的殘余應(yīng)力及硬度值，延長(zhǎng)管道的使用壽命，增加管道的耐應(yīng)力腐蝕性能與力學(xué)性能。在熱處理完成后，對(duì)焊縫及熱影像區(qū)域內(nèi)的硬度值進(jìn)行檢測(cè)；（5）氬電聯(lián)焊焊接工藝在液堿管道中的應(yīng)用取得的效果比較理想，全氬弧焊焊接在低壓管道中應(yīng)用的比較普遍。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的研究和分析發(fā)現(xiàn)，液堿管道常見(jiàn)的故障之一就是管道的泄露，管道一旦泄露就會(huì)引發(fā)安全事故，因此需要有關(guān)部門(mén)的高度重視。嚴(yán)格把控管道的安裝質(zhì)量，配套相應(yīng)的工藝，避免出現(xiàn)超溫、超壓等現(xiàn)象。堿液管道在出現(xiàn)泄漏時(shí)，比較常用補(bǔ)救措施就會(huì)使用碳納米聚合物復(fù)合材料進(jìn)行修補(bǔ)，保障管道的正常工作運(yùn)行，避免給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。