炼油厂管道保温层下腐蚀及研究进展

综述石油化工腐蚀与防护 CO OSION P OTECTION IN PET OCHEMICAL INDUST Y2015 年第 32 卷 第 3 期 炼油厂管道保温层下腐蚀及研究进展 王健生 1 罗建成2 莫烨强2 1 中国石油天然气股份有限公司广西石化分公司 广西 钦州 535008 2 沈阳中科韦尔腐蚀控制技术有限公司 辽宁 沈阳 110180 摘要 碳钢是炼油厂管道中应用最为广泛的材质 其发生保温层下腐蚀 CUI 具有一定的普遍 性和隐蔽性 从碳钢 CUI 事例入手 综述了实验室对 CUI 的研究现状 炼油厂针对 CUI 的涂料选 择及 CUI 的脉冲检测手段 针对这些问题 认为对 CUI 开展现场研究 建立涂料使用依据以及检测 技术的进步 是应对 CUI 发生的必要手段 关键词 碳钢保温层腐蚀局部腐蚀 收稿日期 2014 12 15 修改稿收到日期 2015 01 20 作者简介 王健生 1970 博士 高级工程师 E mail wangjiansheng petrochina com cn 在炼化企业中 保温层被施加于高温服役条 件下管道 容器 设备的表面 不仅可以降低工艺 过程中介质的散热损失 同时保持设备及管道的 生产能力和安全 有效地节约能源 提高经济 效益 但 是 保 温 层 下 腐 蚀 Corrosionunder Insulation CUI 一直是炼油厂难以避免和发生频 率较高的腐蚀事件 CUI 是由于水或其它腐蚀介 质渗入保温层后 在保温层与金属表面形成电解 液环境的腐蚀现象 1 特别是在海洋大气和工 业环境下 氯离子和硫化物在金属表面的聚集 无 论是碳钢 低合金钢 还是不锈钢 都会产生严重 的腐蚀 2 碳钢是炼油厂管道中最常用的材质 从碳钢 管道所面临的 CUI 案例着手 说明保温层下碳钢 发生 CUI 的频繁及隐蔽性 并对其研究现状 炼 油厂涂料选择及检测方法三部分进行了简要介 绍 目的是增强炼化企业对 CUI 的认识及在应对 CUI 时应重点考虑的措施 1炼油厂碳钢 CUI 现状及研究进展 图 1 是某炼油厂 20 号碳钢材质的注缓蚀剂 线发生的保温层下腐蚀 管道泄漏后 对保温 进行拆除 发现弯头焊缝处出现开裂现象 而 管道泄漏后 流出的介质浸润了整个下部分保 温棉 管道表面的富锌图层与泄漏介质发生了 反应 使碳钢管道裸露在保温棉下 在氧气和水 溶液的影响下 管道发生腐蚀 经了解 此管线 的操作温度为常温 因此做了保温层之后 不仅 起不到相应的节能效果 同时在一定程度上增 大了腐蚀的风险 图 1保温层下腐蚀情况 带保温层的管道 容器 设备在实际操作过 程中 往往会由于外防护层的受损或其他原因 使得保温材料受潮或受湿 在保温层与金属外 表面间形成薄层电解液腐蚀环境 导致保温层 包覆下的管道 容器 设备外表面金属发生腐 蚀 即所谓的保温层下腐蚀 CUI CUI 是炼油 厂经常面临的腐蚀情况 国内在 20 世纪 80 年代 才有关于保温层下腐蚀事故的报告 3 比国外 晚了将近 30 a 近年来 国内加大了对 CUI 的 实验室模拟研究 其通过搭建试验装置 人为提 供 CUI 发生所需要的腐蚀环境 研究 CUI 的腐 蚀机理及防护措施 4 实验室研究发现 碳钢在保温层下的腐蚀最 6 第 3 期王健生等 炼油厂管道保温层下腐蚀及研究进展综述 容易发生的温度是 4 175 尤其是当运行温 度低于 150 时 保温层下往往会存在一定量的 冷凝水 碳钢在保温层下的腐蚀常表现为均匀减 薄以及点蚀 在达到水的沸点之前 温度每提高 15 20 腐蚀速率就会加倍 周期性的温度变 化 对 CUI 的影响更加显著 5 6 姜莹洁 7 等在实验室模拟了 20 号钢的保 温层 下 腐 蚀 于 60 120 在 质 量 分 数 为 0 01 3 的 NaCl 溶液中分别进行 120 h 的 浸润和浸泡腐蚀试验 其得到的主要结论如 下 随着温度的升高 20 号钢的腐蚀速率先增 大后减小 在 80 达到最大 随后随温度超过 100 在碳钢表面形成致密的氧化膜而抑制了 腐蚀 温度对 CUI 起到主要的影响作用 20 号钢在干湿交替环境下的腐蚀较冷热交替和恒 温环境下的更为严重 实验室模拟研究虽然便于 CUI 机理的研 究 但是现场的很多因素 雨水 工业大气 海洋 气候等 很难在实验室完全模拟 因此在实验室 模拟取得一定成果的同时 开展 CUI 的现场研 究更有必要 现场以不同服役温度下的管道为 对象 通过预设腐蚀挂片 电化学手段及其他检 测技术 可研究不同涂层 不同时间周期 不同 温度及保温材料等各类因素对 CUI 的影响 摸 清这些机理及规律 对炼油厂预防 CUI 是根本 有效的措施 2炼油厂碳钢管道保温层下涂料选择现状 国内大部分炼油厂管道的保温系统都选用 岩棉和复合型硅酸盐类的保温材料 这些保温 材料在使用过程中都会存在一定的吸水性 在 管道选择涂料防腐蚀时 每个厂都有各厂的体 系 表 1 是国内某厂碳钢管道在不同温度下保 温层下的涂料选择类型 同时这也代表了国内 大部分炼油厂的情况 表 1碳钢管道外表面防腐涂料类型 温 度 涂料种类和结构 100底漆 无机 环氧富锌底漆 100 200底漆 丙烯酸硅酮高温 有机硅耐热漆 从表 1 中可看到在温度较低情况下 富锌涂 料由于易施工 成本低等优点 在炼油厂应用范围 还是较大 但是在50 175 的温度范围内长时 间服役 富锌涂料不推荐使用 因为锌粉在一个 封闭或潮湿的环境中不能提供有效的保护 特别 当温度高于 60 时 锌可能发生电化学逆转 加 快钢铁的腐蚀 而丙烯酸硅酮和有机硅耐热漆具 有较优的耐高温性能 但其防腐能力有限 不适合 较长年限保温层下的管道防腐 由于国内炼油厂对 CUI 的重视程度不足 加 上传统涂料使用时间较久 新型涂料成本较高等 众多因素 同时在保温层下的使用也未有统一的 标准来评价 因此 目前炼油厂在涂料的选择上 还是比较传统 随着对 CUI 认识的不断加深及 高性能涂料的使用 防腐层下涂料选择的标准会 逐渐建立 在安全 经济等角度都有深远的意义 3带防腐层脉冲检测技术 由于 CUI 发生的隐蔽性 如何在不拆除保 温 不影响生产的情况下 及时并准确的检测出保 温层下的腐蚀 具有十分重要的意义 涡流技术 在带防腐层检测技术中报道较多 下面对其原理 及不足之处进行了介绍 3 1脉冲涡流技术 脉冲涡流技术不仅具有常规涡流检测的优 点 同时可以实现大提离条件下的导体材料表面 或近表面缺陷的检测 其不需要与钢材表面直接 接触 可以在设备运行过程中进行检测 其原理 是施加一定的方波信号作为激励 根据法拉第电 磁感应定律 变化的脉冲磁场会在线圈周围激发 一脉冲磁场 该脉冲磁场又会在处于其中的导电 试件中感生出瞬变涡流 所激发的涡流磁场在检 测元件上就会感应出随时间变化的电压信号 试 件中的缺陷会导致电压信号的变化 能够反映出 被测 试 件 中 存 在 的 缺 陷 裂 纹 深 度 和 大 小 等 8 9 但是其应用范围有限 主要用于非铁磁 性材料的检测 3 2脉冲漏磁技术 脉冲漏磁检测技术是一种新型无损检测技 术 其综合了脉冲涡流技术和漏磁检测技术的优 点 实现了对铁磁性管道的磁化 同时激励磁场的 穿透深度也有很大提高 因而适用于带保温层的 管道腐蚀缺陷检测 其原理是在具有高导磁性能的 U 形铁芯上 绕制矩形激励线圈 脉冲激励信号在矩形激励 线圈上感生的磁场通过线圈传志保温层 再进 7 综述石油化工腐蚀与防护2015 年第 32 卷 入被测管壁 其大大减少了激励磁场进入保温 层前的泄漏 增加了进入管壁的磁通量 当有 缺陷存在时 则会在缺陷处产生漏磁场 最终通 过提取感应信号的特征来对缺陷进行定性和定 量分析 10 11 两种检测手段虽然都能取得一定的效果 但 是其主要是针对材质内部发生缺陷或产生裂纹时 才能发现 虽然较多文献都对其应用于带保温层 下管道的检测进行了报道 但是当管道外表面腐 蚀减薄或者有腐蚀坑存在时 而无法进行判断 因此 新型检测技术的应用和开发是非常必要的 对了解和指导 CUI 具有深远的意义 4结论 综述了碳钢管道防腐层下腐蚀的实验室研究 现状 目前国内对 CUI 的基础研究还未得到重 视 在加大实验室模拟的同时 应加大对 CUI 现 场的实际研究 提供更加贴近炼油厂实际情况的 理论基础 目前 炼油厂对 CUI 下涂料的选择未 有一定的选择依据 涡流检测技术无法对保温层 下腐蚀做出有效判定 因此建立涂料选择的标准 和新型检测技术的开发 对预防和判定 CUI 具有 深远的意义 参考文献 1 张显亮 高洪波 石永军 等 保温储罐腐蚀分析及处理方 法 J 油汽储运 2003 22 1 53 55 2 张艺膑 工业保温层内腐蚀因素分析与检测新技术应用 J 化工管理 2014 2 124 125 3 羿仰桃 李志俭 保温材料对低温管线的腐蚀 J 石油化 工腐蚀与防护 1990 7 2 30 31 4 Abayarathna 任中华译 保温层下的腐蚀及涂层保护度的测 量 J 国外油田工程 2000 10 4 6 5 吕晓亮 唐建群 巩建鸣 等 保温层下腐蚀防护的研究现 状 J 腐蚀科学与防护技术 2014 26 2 167 172 6 李君 保温层下防腐保护及冷喷铝技术 J 上海涂料 2008 46 6 19 22 7 姜莹洁 巩建鸣 唐建群 20 号钢在不同模拟条件下的保温 层下腐蚀行为 J 机械工程材料 2011 35 12 66 70 8 辛伟 丁克勤 黄冬林 等 带保温层管道腐蚀缺陷的脉冲 涡流检测技术仿真 J 无损检测 2009 31 7 509 512 516 9 林俊明 林发炳 林春景 基于脉冲涡流的带保温层管壁腐 蚀电磁检测系统 J 无损检测 2010 34 1 44 45 10 张韬 左宪章 张云 等 基于脉冲漏磁的带保温层管道腐 蚀缺陷检测 J 研究与开发 2011 30 5 32 35 11 王韫江 王晓峰 丁克勤 基于脉冲漏磁理论的带保温层管 道腐蚀缺陷定量分析技术 J 无损检测 2010 32 11 884 888 编辑王菁辉 esearch Development of Corrosion Under Insulation of efinery Pipelines Wang Jiansheng1 Luo Jiancheng2 Mo Yeqiang2 1 PetroChina Guangxi Petrochemical Company Qinzhou Guangxi 535008 2 Shenyang ZKwell Corrosion Control Technology Co Ltd Shenyang Liaoning 110180 Abstract As carbon steel is widely selected for the refinery pipelines it is subject to extensive hidden corrosion under insulation CUI In a case study of carbon steel CUI the research development of CUI in laboratory are described and coating selection and pulse testing of CUI are discussed Field testing of CUI is necessary to provide a basis for the application of coatings and development of testing technologies of CUI Keywords carbon steel insulation corrosion local corrosion 中海油突破两项世界先进钻井技术 中国海洋石