采油厂弯头失效分析

摘要:某厂使用的弯头出现穿孔失效现象,通过对失效样品现场勘查以及对样品宏观观察、理化性能分析及介质化验，得出样品机械性能、金相组织符合要求，由于介质存在矿化度高，导电性强的特点，在电化学腐蚀趋势下，致使局部蚀坑沿液体流动方向不断向纵、深扩展，最终导致腐蚀穿孔现象发生。

关键词：弯头、失效、矿化度、电化学腐蚀

1.前言

受采油厂委托，对其腐蚀穿孔的弯头进行失效原因分析。

2.失效样品使用及现场勘查情况

失效样品使用及现场勘查情况如下：

该站5月21日投投产，6月26日发现穿孔。截止目前共发生穿孔11处，现场勘验均发生在弯头本体部位。

3.失效样品宏观分析

通过对样品内表面进行观察，可以看出：

(1)穿孔区域明显减薄，样品内表面存在明显的沟槽状腐蚀，腐蚀方向沿液体流动方向，贯穿弯头肘部内凹处。

（2）腐蚀处无明显腐蚀产物聚集，样品内表面覆盖有黄色和黑色垢层。

通过以上几点，可以看出此样品存在典型的沟槽腐蚀的迹象，腐蚀方向沿液体流动方向向纵、深处发展。

4.理化分析

从样品靠近失效区域截取样品进行金相分析及材质化验，从未失效样品上截取试样进行机械性能试验，结果如下

（1）金相组织：铁素体+珠光体

（2）机械性能

抗拉强度（410～530）：500,480,500；

屈服强度（≥245）：355,330,375

断后伸长率（≥20%）：26%，26%，26%

（3）化学成分

C: 0.21%;Si: 0.23%,Mn: 0.52%,

P: 0.023%,S: 0.010%,Cr: 0.02%

通过对样品的理化分析，可以看出：

(1)该样品金相组织符合正火管材要求。

(2)该样品理化性能均符合20#钢要求。

5.输送介质分析

采油厂提供水样测试结果显示：

所检混合液pH值6.9,呈弱酸性，SRB菌6个/mL,含量较低，无硫化物，矿化度达到31006mg/L，氯离子含量为19169mg/L，属于高矿化度强腐蚀性水，

介质的矿化度高，导电性强，易发生电化学腐蚀，属于强腐蚀性介质，尤其是氯离子含量高，对金属的穿透能力强，易造成点蚀，在缺乏防腐措施保护的情况下造成管线穿孔。

6.失效原因分析

（1）不同介质的影响

在集输管线中存在着油相、水相、少量固体粘稠的沉积相，后者主要为地层带出的泥沙、不溶性的腐蚀产物等，其常规分布为上层为油，中间为水，下层靠近管线底部的为沉积物，由于金属在不同的介质中电极电位不同，沉淀区下为阳极区，上部为阴极区，且输送介质具有较强的腐蚀性，尤其是含有较高的氯离子，破坏了垢层的结构，宏观上形成了“大阴极-小阳极”的腐蚀电池，（可以简单的想象为金属电镀工艺过程，阳极区作为电镀工艺中金属的来源区），产生电化学腐蚀，且阴极区比阳极区面积越大，这种作用越显著。宏观腐蚀电池是产生局部腐蚀、沟槽腐蚀的重要原因。

（2）液体流速及固体颗粒的影响

流速对腐蚀速度有极大的影响，主要因为随着液体流速的提高，促进了腐蚀性介质的供应量，加速了腐蚀，并造成液体对金属表面的冲击。此外由于金属与液体间的剪切作用力，使腐蚀产物从金属表面剥离，由液体带走，尤其是液体中含固体粒子时，金属表面的腐蚀会更加严重，其腐蚀特点可由全面腐蚀变成磨损腐蚀，由磨损腐蚀形成的局部腐蚀通常具有表面光亮，无腐蚀产物沉积的特点，且其外貌沿流动方向呈谷状，一般按液体流动方向切入金属。

（3）腐蚀沟槽的形成

沟槽腐蚀的发展与介质的腐蚀性、管线内宏腐蚀电池的作用有关，对沟槽腐蚀影响很大的因素是流动状态。冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动引起的金属损伤。通常在静止或低速流动的腐蚀介质中并不严重，而当腐蚀流体高速运动时，破坏了金属的表面磨或腐蚀产物膜，表面膜的减薄或去除加速了金属的腐蚀过程。因而冲蚀是流体的冲刷与腐蚀协同作用的结果。冲蚀常发生在集输等领域的各种管道上，尤其在外头、肘管和三通等改变流体方向、速度和增大紊流的部位比较严重。

腐蚀沟槽的位置为弯头内凹处，此处液体流向发生改变，存在流速变化和紊流情况。

冲力的大小与液体的流速、管内的压力是成正比的，即液体流速越快，冲力就越大，对管壁的压力也越大，对金属的冲刷作用也就越大，在介质的冲刷作用下，腐蚀产物受冲刷作用不断剥离，冲力越大，剥离越快，同时由于管内宏腐蚀电池的存在，沉积层剥离的越多，“大阴极-小阳极”的趋势越明显，腐蚀作用的效果越加显著，露出新鲜活性金属表面又产生新的腐蚀。通过这样长时间周而复始的不断冲蚀，最终样品壁厚减薄出现穿孔失效。

7.结论

（1）该样品机械性能、金相组织符合要求。

（2）该失效样品沟槽沿液体流动方向分布，其横断面为上宽下窄的梯形深谷，为典型的沟槽腐蚀。

（3）集输管线中油相、水相、沉积相可形成宏腐蚀电池，可诱发沟槽腐蚀和点蚀。随着液体的磨蚀，腐蚀产物及管壁沉积层被剥离，加剧了“大阴极-小阳极”的电化学腐蚀趋势，致使局部蚀坑沿液体流动方向不断向纵、深扩展，最终导致腐蚀穿孔现象发生。

8.建议

（1）提高弯头壁厚，加强弯头耐冲蚀能力

（2）在管道的设计上，尽量减少流体的变向，加大弯头半径，提高弯头的流通直径，以降低流速。

（3）工艺措施调整，净化介质，过滤流体的颗粒杂质，降低介质的腐蚀性。