分析石油化工管道沖刷腐蝕的影響因素

管道腐蝕的形式比較多，而沖刷腐蝕導(dǎo)孜的失效最為常見，外刷腐蝕是管道機(jī)械與電化學(xué)在流體的作用下發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)表層破報(bào)，而沖刷足引起管道損傷的物理原因，沖刷與電化學(xué)腐蝕尖同作用，對管道安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響，如果出現(xiàn)腐蝕穿孔等會直接影響國家能源戰(zhàn)略安全，這就雷要加強(qiáng)對管道腐蝕速率進(jìn)行判斷，確保石油化工管道安全、可能運(yùn)行，避免油氣泄漏引發(fā)交全事故。

1、石油化工管道沖刷腐蝕影響因素

對石油化工管道產(chǎn)生沖刷腐蝕的影響因素比較多，主要是由于流體流速，沖刷角度，流體溫度、流體顆粒含量、pH等因素影響。

1.1、材料性能

管道沖刷腐蝕受管道金屬材料影響較大，優(yōu)質(zhì)的管道材質(zhì)具備的抗沖刷腐蝕性能，可以有效抵抗腐蝕，元素差異會導(dǎo)致抗沖刷腐蝕性能有所差異，C、Mo及N元素可以有效抵制金屬表面鈍化膜的溶解，Cr可以在金屬表面生成Cr2O,使合金材料具有更好的抗沖刷腐蝕性能。相關(guān)研究表明，在不銹鋼鈍化體系中，金屬表面產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)可以形成致密狀態(tài)的鈍化膜，有利于提升材料耐腐蝕性，而結(jié)構(gòu)更為致密的鉻氧化物可以起到隔離作用。但沉積的Fe氧化中，耐沖刷腐蝕的性能起不到防腐作用。金屬材料具備的硬度、切性等性能帆會對耐沖刷腐蝕性能產(chǎn)牛影響，如見流體不具備教師的商蝕性，川以選用硯度大的金屬材料，川當(dāng)流體存在較強(qiáng)的腐蝕性，需要考慮到管道材料的耐蝕性。師度低但物性好的金屬材料會加速札械磨損，切性差的材版易發(fā)生變形影響，面金屬材料表面粗糙度變大也會使接觸表面變大，這就會加快腐蝕速度。

1.2、流體沖刷

流體沖刷腐蝕主要是由于流速、流態(tài)、沖刷角度、.傳質(zhì)系數(shù)等因素影響，流態(tài)會對能量場、流動場產(chǎn)生

影響，流態(tài)與管道金屬表面會產(chǎn)生接觸，流速會加速管道金屬的腐蝕速度，會對腐蝕介質(zhì)向金屬表面?zhèn)魉彤a(chǎn)生影響，流速大則會導(dǎo)致沖刷速率變大。非鈍化體系中，流速變大則會導(dǎo)致腐蝕速率變大，如果流體達(dá)到某區(qū)域后濃度擴(kuò)散不受控，腐蝕速率就會變得更為平穩(wěn)。

在鈍化體系中會存在臨界流速，如果流速不超過臨界值，鈍化膜受損后可以及時修復(fù)，材料具備更好的耐沖刷腐蝕性。如果沖刷腐蝕加劇，流速變快則會對鈍化膜產(chǎn)生更大的沖擊力，鈍化膜生成速度小于受損速率，金屬材料會持續(xù)暴露于流體中，就會使材料抗沖刷腐蝕變差。

在鈍化體系下，剛開始時流速變化并不明顯，如果流速達(dá)到上限，加大了破損鈍化膜修復(fù)難度，金屬管腐蝕情況會保持增速。流態(tài)有層流、湍流兩類，層流時腐蝕介質(zhì)傳質(zhì)速度較慢，不會產(chǎn)生較大的管道壁剪切應(yīng)力，湍流的渦旋，對管道壁產(chǎn)生較大的剪切力。

1.3、環(huán)境因素

流體溫度改變也會對沖刷腐蝕速率帶來影響，流體溫變升商會降低黏性，流體與管道金屬表面間的沖擊力會變大，溫度升高也會使氧擴(kuò)散速率變大，金屬反應(yīng)活性增強(qiáng)，電荷轉(zhuǎn)移速率變大會加劇電極表面損傷。金屬材料的延展性也會跟普溫度升高而變大。pII也會對沖刷速腐蝕速率產(chǎn)生定程 度的影響，沖刷腐蝕速￥會跟肴pII升高產(chǎn)4先降低后升高的變化，酸性環(huán)境下的腐蝕速率最人，這是出于鈍化材料無法在酸性環(huán)黨牛成保護(hù)膜，而中性流休中沖刷腐蝕速率會下降列最低，是由于pII的增加使介質(zhì)氫出子濃度變小，腐蝕電化學(xué)反應(yīng)從析氫反應(yīng)變成吸氧反應(yīng)。

2、污水汽提裝置彎管沖刷腐蝕失效分析

2.1、案例背景

某石油化工企業(yè)采用單塔加工工藝。用于處理減壓裝置、催化裂化裝置中含硫化盆、鹽酸和氮的污水，塔頂端酸性氣體通過換熱器進(jìn)行冷凝，氣體溫度減小至80'C通過儲運(yùn)塔回收，含有硫化氫、氨的污水通過換熱器冷卻以后輸送至分凝器，為了對溫度改變情況進(jìn)行監(jiān)測,在換熱器到分敲器管道部位安裝熱電偶。汽提管道材質(zhì)為S31600不銹鋼，管壁厚度為4mm.操作溫度為120C，污水壓力為0.15MPa，外送溫度區(qū)間為35-40"C，流量為20/h。變管外徑108mm，壁厚4mm，熱電偶安裝于距離彎頭150mm.換熱器到分凝器管線彎頭部位側(cè)壁存在滲漏，需要對失效彎管進(jìn)行腐蝕檢測和數(shù)值模擬分析。

2.2、失效行為分析

采用XRF和EDS無損檢測技術(shù)對管道金屬元素組成進(jìn)行定性、定量分析，發(fā)現(xiàn)Cr、Ni和Mn都滿足316不銹鋼材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，采用數(shù)顯顯微硬度計(jì)對材料硬度進(jìn)行檢測，硬度值都在171-187HV，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。采用草酸對彎頭材料進(jìn)行電解刻蝕，并對電解前后進(jìn)行金相分析，檢查是否存在晶間腐蝕的可能，從金相圖中發(fā)現(xiàn)彎頭為奧氏體不銹鋼孿晶結(jié)構(gòu)，腐蝕不會出現(xiàn)腐痕，表明材質(zhì)抗腐蝕能力較強(qiáng)。

2.3、流體動力學(xué)分析

在截而前直管段中,兩個普道壓力交化并不明顯，流體通過熱電偶部位時，由于正對游體來流方向，在該部位產(chǎn)生流動滯止，熱山叫長例承受壓力值最大。流體進(jìn)入到彎頭部位時出于流向的改變會使其產(chǎn)生壓力梯度。在商心力的影響下，彎管外壁壓力會不斷變大，下游兩側(cè)興壁壓力會變小。熱電偶陽礙后的淤體力向和流速產(chǎn)生改變，流體通過彎頭部位時比壓能會變成動能，受到熱電偶期的擾動， 流休淤速得到進(jìn)一步提升。 在邊界流動層流動過程中，淤休會在低速條件下出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)而形成反向旋渦，內(nèi)脊部位流休生成與主流垂直的二次流，也會使侵蝕變得更為劇烈，表明插入熱電偶的流速會高于無熱電偶。

3、結(jié)語

石油化工管道沖刷腐蝕失效應(yīng)該從宏觀檢測、沉積物分析等入手，結(jié)合實(shí)例對不銹鋼彎管局部減薄泄漏進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)是由于熱電偶引流分隔引導(dǎo)起的流態(tài)不均，使流體流態(tài)發(fā)生改變，剪切力與速度集中于彎管內(nèi)脊與兩側(cè)，局部流迪過大導(dǎo)致的沖刷腐蝕。還受到連度最大部位氯離子傳質(zhì)能力影響，使鈍化膜受損加劇，電化學(xué)腐蝕與流體共同影響下，使彎管部位失效，可以通過增大曲率半徑來降低離心力，避免彎頭部位受到?jīng)_擊，熱電偶安裝部位應(yīng)該遠(yuǎn)高彎頭，避免對流體流場產(chǎn)生影響，話當(dāng)加大管徑來減小介質(zhì)流速，減小流體對彎管內(nèi)壁的沖飽，可在管道內(nèi)壁襯上防腐蝕材料，提高管道的使用壽命。