油田管道腐蚀原因分析

油田管道腐蚀原因分析

胜利32号输送线于2001年9月竣工，管道规格为2139mm6.5mm，由材料制成，黄带密封结构（部分维修部分为沥青路面防护层）和内部聚丙烯。输送介质为油气水混合介质。由于被输送介质的温度高达65℃,造成聚乙烯内衬软化,2003年4月内衬管就发生内吸塌陷而造成堵管,不得不将聚乙烯内衬截断抽出运行。到2004年7月开始出现穿孔,2005年元月开始频繁穿孔,无法保证正常生产。2005年3月,对垦32区块外输管线进行腐蚀检测评价。由于检测中没有发现比较严重的腐蚀迹象,加之该管线施工时是被分段承包给多个施工单位完成的,穿孔又主要集中在起始端的0～1000m和3000～4000m两个区段,因此怀疑腐蚀是由于这两个区段施工时选用的材质有问题造成的。而0～1000m区段的腐蚀有甚于3000～4000m区段,怀疑0～1000m区段可能还有“三防”药剂的反应因素在内,于是建议更换2000m已经出现多处穿孔以及通过检测分析认为有可能存在隐患的管段,其余管段在加强巡视的前提下继续使用。可是,仅仅过了八个月时间,该管线在2500～3200m段又发生了四处穿孔。1实验与分析1.1钻孔部位分布特点为了查明原因,在现场截取了数段有代表性的腐蚀穿孔管段,并加工制作了多种分析试件。通过对试件的解剖发现:第一,穿孔部位从管道的断面上看,无规律(上、下、左、右各部位都有);第二,穿孔面积小且周围母材强度下降不明显,周边管壁腐蚀轻微,没有明显减薄的迹象,穿孔基本上都是10mm的直孔,因此在目前技术水平条件下,对正在发展之中还没有穿透的腐蚀现象很难检测到;第三,穿孔部位分布有相对集中的特点,主要在起始端的0～1000m区段和3000～4000m两个区段;四是虽然该管道地处芦苇丛中,外腐蚀却非常轻微,管壁外表面绝大部分去掉外防护层很光滑。1.2微观分析1.2.1腐蚀管段腐蚀产物的xrd分析管段内壁垢物附有较多油污,不利于测试。先行将其用石油醚洗涤、晾干,后进行XRD分析,结果见图1。从X射线衍射分析来看,蚀坑内腐蚀产物中主要是铁的水合氧化物(Fe(OH)3或FeOOH),腐蚀管段内表面附着的主要是一些垢物(BaSO4或PbSO4)和氧化铁(Fe2O3)。因此管段的腐蚀穿孔可能是垢下(闭塞电池)加速腐蚀作用的结果。1.2.2腐蚀宏观特征(1)沿腐蚀坑部位切取小块试样,将截面进行打磨、抛光,用酒精超声清洗,利用EPMA进行管段截面部位腐蚀产物及钢基元素、夹杂物分析。钢基的主要元素分析见图2。(2)管段腐蚀截面形貌见图3。其中下部为金属基体,上部为腐蚀产物。从界面上来看,腐蚀产物与管段结合较紧密;但腐蚀产物中存在较多裂缝贯穿,容易形成闭塞电池的局部腐蚀,从而造成腐蚀不断向坑底发展,直到穿孔。(3)从元素分布来看,上部腐蚀产物层中主要是Fe和O;Cl主要存在于腐蚀产物外层和与钢基接触的界面上;元素C和Si散布于腐蚀产物层中。元素的分布说明了Cl在腐蚀坑底的富集和腐蚀垢物的覆盖作用。(4)腐蚀产物中元素分析结果见图4。腐蚀沉积物中主要有铁的氧化物、氯化物和二氧化硅。1.2.3钢基表面残余物(1)对管段截面抛光后,利用EPMA查看分析金属钢基中的夹杂物情况。钢基表面基本上很均匀,不存在较多的夹杂物。(2)对所观察到的夹杂物进行元素分析,结果见图5,6。该钢基中主要的夹杂物为(CaS+MnS)复合夹杂以及(MgO+Al2O3)和(CaS+MnS)复合夹杂物。1.2.4管道材料分析管体材质成分分析见表1。从表1材质分析结果来看,管体成分符合A20钢的标准要求。1.2.5块杂的情况横截面总体级别为D1.5,存在0.045mm×0.023mm和0.040mm×0.031mm的大块夹杂;纵截面总体级别为D1.5,存在0.033mm×0.034mm和0.041mm×0.021mm的大块夹杂。1.2.6金士评价横截面和纵截面组织均为珠光体+铁素体。2缺陷的原因分析(1)从实验室解剖分析直观观察,该管道的穿孔基本上是由内腐蚀引起,内腐蚀的主要形式是孔蚀,而且孔蚀后形成的孔径小、孔道直、且周边腐蚀轻微。应该说管道夹杂或内表面划伤是腐蚀的起因,从电镜分析以及成分分析来看,内表面划伤引起腐蚀的证据并不非常充分,而夹杂现象的确存在,且比较普遍。该管线的夹杂物在国家标准允许的范围内,但是为什么能够成为该管线腐蚀的主要原因,尚需做进一步的实验分析与理论探讨;(2)从对腐蚀产物的分析来看,腐蚀产物与管段结合较紧密,但腐蚀产物中存在较多裂缝贯穿,容易形成闭塞电池的局部腐蚀,从而造成腐蚀不断向坑底发展,直到穿孔;(3)该管道设计为内衬防腐蚀层,因此设计的腐蚀余量为零,而后来实际使用是将内衬抽出后裸管服役,而按照管道设计规范,裸管A20号钢在该压力环境下的腐蚀余量为3mm,这是该