油氣管道內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)介紹之焊縫腐蝕

一、現(xiàn)狀及危害

在油氣運(yùn)輸中，焊接是管道連接中最基本、最普遍的連接工藝之一，但往往也是管道中比較薄弱的地方，它不僅表現(xiàn)在強(qiáng)度、剛度方面，而且由于設(shè)計(jì)或焊接上的缺陷，焊縫又成為腐蝕加速進(jìn)行的溫床。這就是油氣運(yùn)輸中跑、冒、滴、漏甚至斷裂等現(xiàn)象多發(fā)生在焊接部位的直接原因，輕者引起輸送系統(tǒng)癱瘓，影響生產(chǎn)；重者發(fā)生泄漏或爆炸事故，給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，甚至人員傷亡。

二、腐蝕機(jī)理

海水輸送管道中的工作介質(zhì)是海水，在海水中管道焊縫及熱影響區(qū)極易發(fā)生點(diǎn)蝕、晶間腐蝕等局部腐蝕，如果焊縫處有拉應(yīng)力存在，還會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

01 晶間腐蝕

首先，焊接過(guò)程由于是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻的過(guò)程，這種過(guò)程必然會(huì)造成熱影響區(qū)組織和性能的不均勻性，特別是在過(guò)熱區(qū)晶粒變大，腐蝕便沿著晶粒邊界腐蝕出一條窄縫，使晶粒間的結(jié)合力大大削弱，腐蝕量雖然很小，但強(qiáng)度下降很大，這便是焊縫腐蝕中常見(jiàn)的晶間腐蝕。

02 點(diǎn)腐蝕

點(diǎn)腐蝕是由于氯離子（Cl-）引起的蟲(chóng)眼狀局部腐蝕，主要是因?yàn)榻饘俦砻婊騼?nèi)部存在缺陷， 如焊渣、腐蝕產(chǎn)物、夾雜物、貧鉻區(qū)、晶界、位錯(cuò)在表面暴露出來(lái)，使鈍化膜在這些地方首先破壞，進(jìn)而該局部遭到嚴(yán)重的陽(yáng)極腐蝕。

03 應(yīng)力腐蝕

海管管材導(dǎo)熱性差，線膨脹系數(shù)大，就會(huì)產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。管道與含大量氯離子的海水，在焊接殘余拉應(yīng)力下容易產(chǎn)生裂紋，而使焊接構(gòu)件滲漏，直至斷裂。

三、防腐管控

01 調(diào)整不銹鋼管道的化學(xué)元素成分

a）在不銹鋼管道中加人鉬、硅、錳、釩或者稀土元素合金化，能有效地增大抗點(diǎn)蝕能力。鉬能降低致頓電流，使致頓電位負(fù)移，維頓電流降低，可使點(diǎn)腐蝕電位向正的方向移動(dòng)，從而抵抗氯離子產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕。但鉬含量過(guò)多則會(huì)降低不銹鋼的韌性。表面鈍化膜中的硅和鉬因改善了鋼的鈍化性能而使鋼耐蝕。同時(shí)，硅能顯著提高不銹鋼在海水中的耐應(yīng)力腐蝕性能。但是鋼中含硅量不宜過(guò)高，否則會(huì)顯著降低鋼的加工性能。

b）降低不銹鋼中碳和氮的含量，能提高其抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕以及晶間腐蝕等局部腐蝕的能力。氮是形成不銹鋼管道的元素之一，但氮在鋼中能形成氮化物，易產(chǎn)生點(diǎn)蝕，因此在不銹鋼中降低氮含量，可顯著提高不銹鋼的耐蝕性能。碳是造成晶間腐蝕的主要元素，使鋼中碳含量降低到固溶度以下，使碳化物無(wú)法沉淀或者比溶解度稍高，只有微量碳化物在晶界沉淀，不足引起晶間腐蝕破壞的危害。

c）加入穩(wěn)定碳的元素。要從熱力學(xué)上避免晶界Cr23C6的沉淀，除升降碳外，便是在鋼中加入能夠形成很穩(wěn)定碳化物的元素， 最常見(jiàn)的有鈦和鈮。TiC在γ中的固溶度很低，在760℃已使γ中C含量降到0.005%以下。

02 進(jìn)行熱處理、機(jī)械處理及改善焊接工藝

a）減小焊接線能量

在焊接工藝方面，采用小電流，大焊速，短弧，直道焊接。這樣，在敏化溫度區(qū)停留時(shí)間短，焊絲或焊條芯中所含對(duì)氧親和力大的合金元素 Ti、Nb、Cr、Al等燒損少，有利于防止晶間腐蝕。多層多道焊時(shí)，層間溫度不宜過(guò)高，應(yīng)待先焊的一層完全冷卻后（＜60℃），再進(jìn)行下一層焊接，且層間接頭錯(cuò)開(kāi)。

b）加快接頭的冷卻

焊件焊前不預(yù)熱，焊后應(yīng)盡可能加快接頭的冷卻，如在施焊過(guò)程中，在焊縫背面加紫銅墊板等，甚至條件允許還可用水冷等強(qiáng)制措施，使焊接熔池?zé)崃繙p少， 從而減少接頭在危險(xiǎn)溫度 （450℃ ~ 850℃） 的停留時(shí)間，防止晶間腐蝕產(chǎn)生。 

c）合理安排焊接順序

多層焊和雙面焊時(shí)，后一條焊縫的熱作用可能對(duì)先焊焊縫的過(guò)熱區(qū)起到敏化溫度加熱的作用。為此，雙面焊縫中與腐蝕介質(zhì)接觸的一面應(yīng)盡可能最后焊接。焊縫布局上應(yīng)盡量避免交叉焊縫，減少焊縫接頭。與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫若無(wú)法安排最后焊接，則應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，使后焊焊縫的敏化區(qū)不與第一面焊縫表面的過(guò)熱區(qū)重合。

▲第二面焊縫的敏化區(qū)對(duì)晶間腐蝕的影響

d）焊接時(shí)采用磁控技術(shù)

利用外加磁場(chǎng)對(duì)焊接中熔滴的過(guò)渡、熔池金屬的流動(dòng)、熔池的結(jié)晶形核及結(jié)晶生長(zhǎng)等過(guò)程進(jìn)行有效地干預(yù)，使焊縫金屬的一次結(jié)晶組織細(xì)化，減小化學(xué)不均勻性，提高焊縫金屬的塑性、韌性和均勻耐腐蝕性，降低結(jié)晶裂紋和氣孔的敏感性，從而提高焊縫金屬的性能，全面改善焊接接頭的質(zhì)量。另外，脈沖磁處理法可以降低焊接試樣的殘余應(yīng)力，從而減少了發(fā)生應(yīng)力腐蝕的可能性。

e）消除焊縫處的拉應(yīng)力

可以通過(guò)機(jī)械加工、噴丸、噴砂及適當(dāng)?shù)睦渥冃翁幚淼裙に嚕购缚p及附近區(qū)域表面處于殘余壓縮應(yīng)力狀態(tài)，抵消或部分抵消了拉應(yīng)力的作用，對(duì)抑制應(yīng)力腐蝕是有益的。

03 管道表面防護(hù)涂層

管道表面涂層的實(shí)施從兩個(gè)方面考慮，一是指焊接前在坡口兩側(cè)一定范圍 內(nèi)噴涂焊接防飛濺劑，二是在管道內(nèi)壁焊縫及附近區(qū)域噴涂防腐涂層。

焊接飛濺的焊渣落在鋼體表面上容易形成點(diǎn)腐蝕，因此焊后一般要徹底清理焊渣及其它雜質(zhì)。但是傳統(tǒng)的手工鏟除勞動(dòng)強(qiáng)度大，工效低，而且易損傷工件表面。如果焊接之前在坡口兩側(cè)一定范圍內(nèi)一般為坡口兩側(cè)左右噴涂焊接防飛濺劑，焊接時(shí)濺落在涂有防飛濺涂料的金屬表面上的飛濺物可自動(dòng)脫落，或者輕輕一碰 即可除掉，這樣可大大提高工效，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工件表面質(zhì)量，從而避免由飛濺物引起的點(diǎn)腐蝕及其它腐蝕?，F(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有此類產(chǎn)品。

焊后，對(duì)管道 內(nèi)焊縫及附近清理后補(bǔ)涂防腐涂料。目前防腐涂料多種多樣，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的防腐涂料。對(duì)大口徑的管道，施工人員可以進(jìn)到管道內(nèi)補(bǔ)涂，而對(duì)小口徑的管道，只有通過(guò)機(jī)械或者別的方法來(lái)完成內(nèi)防腐層補(bǔ)口。目前管道內(nèi)防腐層補(bǔ)口技術(shù)有車載式、短管、記憶合金熱脹套、真空負(fù)壓式、犧牲陽(yáng)極法等。

04 緩蝕劑

在海管介質(zhì)中添加合適的緩蝕劑可以一定程度上改變管道內(nèi)部介質(zhì)中氯離子及氧的含量，從而可以減輕焊縫及熱影響區(qū)的腐蝕。