L320天然气输送管泄漏原因分析

摘 要对L320天然气输送管腐蚀泄露原因进行了分析。采用扫描电镜和X射线衍射技术泄露的根源是CO2腐蚀。CO2腐蚀引起输送管道的局部区域腐蚀严重，直至穿孔。

关键词CO2腐蚀腐蚀失效天然气输送管

中图分类号：P618文献标识码： A 文章编号：

引言

失效钢管用于天然气输送，规格为Φ508×6.4mm，钢级L320。主要采用螺旋缝埋弧焊钢管，3PE防腐，设计压力3.9MPa，最大工作压力3.5MPa。全线自投入使用五年以来发生五次泄露。本次为第五次出现泄露。

1 检验结果

1.1 宏观分析

观察发现，钢管内壁底部有大量的泥土沉积，泥土沉积在钢管底部呈带状分部。失效腐蚀圆孔位于钢管的底部，直径约5.6mm（见图1），腐蚀孔内壁周围是直径为20mm的腐蚀坑，在其附近有四个较大的腐蚀坑。外壁周围光滑无腐蚀现象。

从一个较大腐蚀坑的剖面图可知，钢管的失效是从内壁开始腐蚀，直到穿孔，产生漏点。

图1 漏点形貌图

1.2理化检验和金相检测结果

在钢管管体和焊缝处取标距内宽度为38.1mm的板状拉伸试样进行拉伸试验，以及10×5×55mm夏比V型冲击试样进行冲击试验，冲击试验温度为0℃。试验结果均符合要求。

从钢管接近腐蚀孔处取样，进行材料的化学成分分析和金相检验，均未见异样。腐蚀孔周边并未发现有组织缺陷及裂纹。

1.3腐蚀孔微观分析

在钢管内壁的腐蚀孔附近取样观察腐蚀产物形貌，并对腐蚀产物进行能谱分析。由图2可知，腐蚀产物为结晶状立方体形貌。能谱分析结果表明该结晶体成分主要为Fe，C，O组成，其原子百分比大致为1：1：3。根据SEM结果及其EDS结果推断这种结晶状产物为FeCO3。

图2FeCO3的SEM形貌

图3 腐蚀产物形貌及其能谱分析

1.4腐蚀产物XRD 分析结果

在钢管内壁刮取腐蚀产物进行XRD分析，结果见图4。可见，腐蚀产物主要为Fe3O4、FeCO3、SiO2、同时包含少量的FeS组成。Fe3O4是金属在空气中的氧化产物或者是FeCO3在空气中的分解或氧化产物，只有FeCO3是真正的CO2腐蚀反应产物。

图4 腐蚀产物XRD分析结果图

1.5防腐层情况

并依据标准GB/T 23257-2009，对防腐层性能进行试验，其中冲击强度和抗弯曲性能符合标准要求，而阴极剥离和剥离强度性能均不符合标准要求，环氧粉末与钢管粘结力不够。且环氧粉末还存在厚度不够情况。

2腐蚀失效原因分析

综合上述，钢管材质理化性能检测符合标准，表明该管泄漏失效与材质理化性能不大。同时，从失效钢管的宏观分析可见，腐蚀坑均发生在钢管底部内壁，钢管内壁底部又大量泥土痕迹，泥土呈规则的带状分部，可推断管内曾存在一定水份；金相分析表明，材料的金相组织为铁素体和珠光体，在腐蚀孔周围也没有原始裂纹产生，该钢管失效与材料本身理化性能关系不大。腐蚀坑周围的腐蚀产物能谱分析结果表明，腐蚀产物中含有C、O、Fe，通过SEM和EDS分析，可推断出腐蚀产物为FeCO3。综上所述，该钢管失效为典型的CO2腐蚀造成的。

1）二氧化碳腐蚀机理如下[1]：

CO2溶解在水里，与水反应生成碳酸，化学反应方程式为：

CO2 + H2O H2CO3…………………………………………………………2-1

然后碳酸水解：

H2CO3 H+ + CO32- …………………………………………… … 2-2

与接触的钢管完全反应为：

Fe +H2CO3 ——FeCO3 +H2…………………………………………………2-3

2）氧腐蚀机理如下[2]：

2Fe+2H2O+O22Fe2++ 4OH-2Fe(OH)2……………………………………2-4

生成的亚铁离子通常情况下很不稳定，遇到氧时极容易氧化，生成Fe(OH)3，其反应如下：

2Fe(OH)2+(1/2)O2+ H2O2Fe(OH)3…………………………………………2-5

生成的Fe(OH)3有一部分脱水成为铁锈：

2Fe(OH)3-2H2OFe2O3·H2O ………………………………………………2-6

或水解成为羟基氧化铁：

Fe(OH)3-H2OFeO(OH) …………………………………………………….2-7

此外，在腐蚀产物内部，羟基氧化铁还可与Fe2+进一步结合，发生下列反应，形成黑色致密的Fe3O4：

8FeO(OH)+Fe2++2e3Fe3O4+4H2O…………………………………………2-8

水解生成的羟基氧化铁FeO(OH)经脱水和进一步氧化之后变成Fe2O3，与此同时也有少量的Fe(OH)2脱水生成FeO。 因此，在通常情况下Fe的氧腐蚀产物为Fe2O3和FeO的混合物，即为Fe3O4。

3结论

1）钢管的底部有多处腐蚀坑，直径范围在12mm～20mm之间，几乎腐蚀穿孔。腐蚀产物中有FeCO3，造成钢管腐蚀的原因为二氧化碳腐蚀。

2）腐蚀部位均位于钢管运行时的底部，底部有泥土沉积，且带状分部形态明显，故初步判断为钢管底部积水，加之钢管未清理干净，在钢管底部形成泥土淤积。但目前无法判断积水和泥土如何在该钢管底部行成，需要进一步取样，试验。

3）钢管的三层结构聚氯乙烯防腐层阴极剥离和剥离强度不符合标准规定，建议定期对该管段防腐层进行检测，排除管线因防腐层破坏而引起的运行安全隐患。

参考文献

1 Waard C De, Lotz U. Prediction of CO2 Corrosion of Carbon Steel. A Working Party Report on Prediction CO2 Corrosion in Oil and Gas Industry. 1994:30–58

2 Zhou S,Stack M M,New man R C. Electroche mical Studies of Anodic Dissolution of Mild Steel in a Carbon ate Bicarbonate Buffer under Erosion-Corrosion Conditions. Corrosion Science, 1996, 38(7): 1071-1084