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304不銹鋼堿液管線(xiàn)腐蝕分析及對(duì)策

文檔作者：王成家，霍朝陽(yáng)，趙鐵瑞文檔來(lái)源：中石化天津分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月21日
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第39卷增刊1
2010年8月
石油化工設(shè)備
PETR0一CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．3 9 Supplement 1
Aug．2010
文章編號(hào)：1000—7466(2010)增刊1-0107—03
304不銹鋼堿液管線(xiàn)腐蝕分析及對(duì)策
王成家，霍朝陽(yáng)，趙鐵瑞
(中石化天津分公司，天津300270)
摘要：由于304 不銹鋼管線(xiàn)材質(zhì)沒(méi)有進(jìn)行酸洗鈍化，且在焊接過(guò)程中發(fā)生敏化現(xiàn)象，因此在cr和
堿液的聯(lián)合作用下引發(fā)了晶間腐蝕。針對(duì)管線(xiàn)腐蝕提出了相應(yīng)措施。
關(guān)鍵詞：管線(xiàn)；304不銹鋼；堿液；晶間腐蝕；對(duì)策
中圖分類(lèi)號(hào)：TG 441．8；TG 142．71 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
某石油煉化工程新建項(xiàng)目在冬季投料試車(chē)，其
中1條304不銹鋼堿液管線(xiàn)投用2周即發(fā)生腐蝕，
幾乎所有焊縫和與管線(xiàn)焊接的管托處全部泄漏。該
管線(xiàn)壁厚3 mm，輸送的介質(zhì)是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 的
氫氧化鈉水溶液—— 堿液。堿液管線(xiàn)與多個(gè)儲(chǔ)罐相
連通，當(dāng)儲(chǔ)罐需要堿液時(shí)管線(xiàn)供液，為間斷式輸送，
管線(xiàn)上未設(shè)置堿液放空閥。該堿液管線(xiàn)貫通多個(gè)工
程單元，單元材質(zhì)由2個(gè)設(shè)計(jì)院分別設(shè)計(jì)選用了碳
鋼和304不銹鋼。為防止304不銹鋼堿液管線(xiàn)與管
托因相互運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生劃傷，采用同材質(zhì)304不銹鋼
管托支墊隔離管托，管托與管線(xiàn)采用間斷焊連接。
在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，碳鋼段沒(méi)有發(fā)生腐蝕性滲漏，切
割后檢查未見(jiàn)嚴(yán)重腐蝕。而304不銹鋼段卻發(fā)生了
嚴(yán)重的腐蝕性滲漏，切割后檢查發(fā)現(xiàn)局部腐蝕嚴(yán)重。
文中對(duì)304不銹鋼堿液管線(xiàn)腐蝕原因進(jìn)行了分析，
并提出了相應(yīng)解決措施_1 。
1 工況分析
由于堿液為間斷輸送，且沒(méi)有設(shè)置余液放空設(shè)
施，因此輸送完成后管中長(zhǎng)期滯留大量堿液。對(duì)不
銹鋼管來(lái)說(shuō)，最低的液體流速應(yīng)控制在1．219～
1．829 m／s，這樣能減少不銹鋼點(diǎn)蝕，并對(duì)保護(hù)鈍化
膜用好處_7]。
點(diǎn)蝕最易發(fā)生于靜止的溶液中，在沉積物下面
或縫隙里以及在能形成濃差電池的條件下會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)
蝕[7]。在本例中，由于投料試車(chē)時(shí)處于冬季，環(huán)境溫
度最低達(dá)一2O℃ ，此時(shí)堿液中的部分水結(jié)冰析出，
部分水與NaOH結(jié)合形成含結(jié)晶水的NaOH，造成
堿液濃度差，進(jìn)而形成濃差電池。
輸送堿液采用工業(yè)制堿法制取，檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)
堿液中cl一質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)120×10～，嚴(yán)重超標(biāo)。
2 現(xiàn)場(chǎng)檢查
從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際看，在焊接過(guò)程中采取了充氬保護(hù)，
沒(méi)有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的咬邊現(xiàn)象，焊道成型質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)
要求。該304不銹鋼管線(xiàn)設(shè)計(jì)文件中未要求進(jìn)行焊
后酸洗鈍化。
檢查中發(fā)現(xiàn)，由于大量滲漏堿液蒸發(fā)濃縮，在管
道外壁結(jié)成厚厚一層含結(jié)晶水的堿垢。觀察管道內(nèi)
壁發(fā)現(xiàn)，堿液接觸過(guò)的壁面全面腐蝕生銹，管道內(nèi)壁
焊接區(qū)域，包括全部對(duì)接接頭和管托間斷焊管內(nèi)壁
處304不銹鋼鈍化膜全部被破壞。
3 不銹鋼性能簡(jiǎn)介
一般情況下，固溶態(tài)奧氏體不銹鋼管對(duì)弱堿具
有優(yōu)良的耐蝕性能。通過(guò)氫氧化鈉溶液腐蝕試驗(yàn)發(fā)
現(xiàn)，304不銹鋼在NaOH 質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于50 的水溶
液中，在104℃下一般只發(fā)生輕度腐蝕。在更高的
溫度和NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高的水溶液中，其腐蝕趨
向嚴(yán)重。
304奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性能、抗高
溫氧化性能和低溫性能。其表面鈍化膜在耐腐蝕性
中起重要的屏障作用，如果該膜不完整或有缺陷，不
銹鋼的耐腐蝕性會(huì)大為降低。
工程上通常對(duì)不銹鋼進(jìn)行酸洗鈍化處理。不銹
鋼的抗腐蝕性主要是由于表面覆蓋著一層極薄的
收稿日期：2010—04—18
作者簡(jiǎn)介：王成家(1960一)，男，遼寧大連人，工程師，從事設(shè)備、管道制造與現(xiàn)場(chǎng)安裝的技術(shù)指導(dǎo)及質(zhì)量檢查工作。
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石油化工設(shè)備 2010年第39卷
(約1 m)致密氧化膜一一鈍化膜，這層膜隔離了腐
蝕介質(zhì)，是不銹鋼防護(hù)的基本屏障。不銹鋼鈍化具
有動(dòng)態(tài)特征，不應(yīng)看作腐蝕完全停止，而是形成擴(kuò)散
的阻擋層，使陽(yáng)極反應(yīng)速度大為降低。通常在有還
原劑(如C1一)情況下傾向于破壞膜，而在氧化劑(如
氧氣)存在時(shí)能保持或修復(fù)膜。不銹鋼工件放置于
空氣中會(huì)形成氧化膜，但這種膜的保護(hù)性不夠完善。
通常先要進(jìn)行徹底清洗(包括堿洗與酸洗)，再用氧
化劑鈍化，才能保證鈍化膜的完整性與穩(wěn)定性。酸
洗的目的之一是為鈍化處理創(chuàng)造有利條件，保證形
成優(yōu)質(zhì)的鈍化膜。因?yàn)橥ㄟ^(guò)酸洗使不銹鋼表面平均
10 m厚的表面被腐蝕掉，酸液的化學(xué)活性使得缺
陷部位的溶解率比表面上其它部位高，因此酸洗可
使整個(gè)表面趨于均勻平衡，一些原來(lái)容易造成腐蝕
的隱患被清除掉了。更重要的是，通過(guò)酸洗鈍化，使
鐵與鐵的氧化物比鉻與鉻的氧化物優(yōu)先溶解，去掉
了貧鉻層，造成鉻在不銹鋼表面富集，這種富鉻鈍化
膜的電位可達(dá)1．0 V，接近貴金屬的電位，提高了抗
腐蝕的穩(wěn)定性。
為了抵抗電化學(xué)腐蝕，防止金屬與介質(zhì)中的陽(yáng)
離子(如H 等)發(fā)生置換反應(yīng)，要求鋼材應(yīng)具有較
高的電極電位。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋼中加入1／8、2／8、3／8
? ? ／8，即12．5 、25 、37．5 ?12．5× 原子
分?jǐn)?shù)的某些合金元素，會(huì)使鋼的電極電位發(fā)生跳躍
式的提高。鐵鉻合金在鉻原子分?jǐn)?shù)為12．5 時(shí)電
極電位發(fā)生跳躍式提高的曲線(xiàn)見(jiàn)圖1，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電
極電位由一0．56 V躍升到約+0．2 Vl3 。
>
毯
圖1 鐵鉻合金的電極電位與鏘原子分?jǐn)?shù)的關(guān)系
由此可知，304不銹鋼優(yōu)良的耐腐性能依賴(lài)于2
個(gè)因素：① 致密的保護(hù)膜使金屬層與腐蝕介質(zhì)隔離。
②較高的電極電位。
4 管線(xiàn)腐蝕失效分析
由于管線(xiàn)材料沒(méi)有進(jìn)行酸洗鈍化，管線(xiàn)對(duì)接
焊口在自然暴露狀態(tài)形成的鈍化膜并不致密。在
管托及管道對(duì)口焊接區(qū)域內(nèi)壁，焊接線(xiàn)能量較大，
焊接高溫對(duì)鈍化層造成破壞，為腐蝕的發(fā)生提供
r條件。
含碳量對(duì)不銹鋼的晶間腐蝕傾向有決定性影
響，圖2所示每條溫度一加熱時(shí)間一晶問(wèn)腐蝕敏感曲
線(xiàn)右方是晶間腐蝕敏感區(qū)域Ⅲ 。可以看出，當(dāng)碳
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．08％時(shí)，在700℃停留約2 rain就
會(huì)發(fā)生敏化現(xiàn)象。304不銹鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大
于0．08 ，且未含Nb或Ti等穩(wěn)定化元素，在管線(xiàn)
對(duì)接焊縫和管托焊接過(guò)程中，304不銹鋼在600～
800℃熱影響區(qū)的部分區(qū)域發(fā)生碳化物析出，形成
敏化區(qū)。
贈(zèng)
直
圖2 不同含碳量的Cr18Ni9鋼的TTS曲線(xiàn)
晶間腐蝕是從表面沿晶界深入內(nèi)部，而外表面
看不出腐蝕跡象的一種腐蝕。其原因是由于晶界沉
積了雜質(zhì)，或者某一元素增多或減少而引起的 ]。
在焊接304不銹鋼時(shí)焊縫兩側(cè)2～3 mm處可以被
加熱至600～800℃ ，這時(shí)晶界的鉻和碳的化合物
(Cr，F(xiàn)e)。。C 從固溶體中析出，由于鉻的流動(dòng)速度
很慢，不易從晶體內(nèi)擴(kuò)散到晶界，因此形成貧鉻區(qū)。
貧鉻區(qū)中的鉻原子分?jǐn)?shù)一旦低于12．5 ，其電極電
位立即由十0．2 V降為～0．56 V，喪失貴金屬特性。
在適宜的腐蝕液中即形成貧鉻區(qū)(陽(yáng)極)一非貧鉻區(qū)
(陰極)電池，及碳化鉻(陰極)一貧鉻區(qū)(陽(yáng)極)電池，
使晶界貧鉻區(qū)被腐蝕。
當(dāng)貧鉻區(qū)的電極電位是～0．56 V時(shí)，從圖3所
示析氫及吸氧反應(yīng)平衡電位與溶液pH 值關(guān)系圖可
以看出，當(dāng)pH>7時(shí)，在堿性溶液中能發(fā)生析氫及
吸氧腐蝕。因此，該304鋼敏化區(qū)域中的貧鉻區(qū)在
NaOH水溶液中作為陽(yáng)極被選擇性地腐蝕掉，由于
貧鉻區(qū)是沿著晶間形成的，所以腐蝕也將沿著晶問(wèn)
進(jìn)行，發(fā)生晶問(wèn)腐蝕。
由此可知，嚴(yán)重超標(biāo)的Cl一、不致密的保護(hù)膜
以及敏化區(qū)的存在是造成嚴(yán)重腐蝕的根本原因，
在堿液電解液的聯(lián)合腐蝕下，最終發(fā)生嚴(yán)重的晶
間腐蝕。
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第39卷增刊1
2010年8月
石油化工設(shè)備
PETR()ICHEM ICAL EQUIPMENT
Vo1．39 Supplement 1
Aug．2010
文章編號(hào)：1000—7466(2010)增刊1-0109—03
石油儲(chǔ)罐單盤(pán)板焊接變形控制
朱海英
(Ja海高橋捷派克石化工程建設(shè)有限公司，上海 200137)
摘要：分析了石油浮頂儲(chǔ)罐建造中單盤(pán)板焊接變形的原因，并提出了相應(yīng)的控制措施，將其應(yīng)用于
2×10 m。石油浮頂儲(chǔ)罐建造，有效降低了焊接過(guò)程中的變形，確保了單盤(pán)板的施工質(zhì)量。實(shí)踐證
明，所采用的控制措施合理有效。
關(guān)鍵詞： 石油浮頂儲(chǔ)罐；條形單盤(pán)板；焊接變形；控制措施
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 053．2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
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鉚
pH值
圖3 析氫及吸氧反應(yīng)平衡電位與溶液pH值關(guān)系
5 解決措施
5．1 設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入了解生產(chǎn)實(shí)際，詳細(xì)分析管道
設(shè)備的使用條件，做好選材和工藝設(shè)計(jì)。應(yīng)在相關(guān)
技術(shù)文件中明確要求304不銹鋼焊后及時(shí)進(jìn)行酸洗
鈍化。在管線(xiàn)工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)加設(shè)放空閥，以便輸送
完畢后及時(shí)放空堿液，從而避免和減少腐蝕的發(fā)生。
5．2 施工
施工單位制定的焊接工藝評(píng)定應(yīng)防止敏化現(xiàn)象
的發(fā)生。焊接過(guò)程中，施工人員應(yīng)嚴(yán)格按照合格的
焊接評(píng)定工藝要求進(jìn)行焊接，采用小線(xiàn)能量、焊條
(焊絲)不做橫向擺動(dòng)、多道焊并嚴(yán)格控制層間溫度
的方法，同時(shí)采用超低碳、高鎳或鈦的奧氏體焊接材
料，以杜絕晶界貧鉻，從而防止晶間腐蝕發(fā)生。
6 結(jié)語(yǔ)
對(duì)304不銹鋼管線(xiàn)發(fā)生晶間腐蝕的原因進(jìn)行了
分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)同類(lèi)的腐蝕防護(hù)
具有借鑒意義。
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(張編)
收稿日期：2010—04—23
作者簡(jiǎn)介：朱海英(1973一)，女，上海人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)從事特種設(shè)備制造工藝及技術(shù)管理工作。

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