一、背景簡介：

    隨著我國油氣開發的不斷壯大，海洋油氣平臺的安全是油氣開發的保障。海洋平臺上有復雜的管線系統，如何保護這些管線不受到惡劣海洋環境的腐蝕是目前亟待考慮和解決的問題。由于平臺維修的局限性，對管線材料的耐蝕性能提出了更高的要求。儀表氣系統作為海洋平臺必備的系統對整個平臺的安全運行起到了舉足輕重的作用，常見的儀表氣管線主要用于儀表氣連接；作為動力源控制現場閥門；用于井口區易熔塞管線回路；探測井口區火災；用于現場儀表測量的取壓管路連接；用于儀表氣連接作為暖通系統風機風閘的動力源[1,2]。通常儀表氣管線的管徑較小，采用316不銹鋼作為儀表氣管線的材質是國內外常見的做法。

    雖然奧氏體不銹鋼316L具有優良的耐蝕性，并且已經廣泛應用在海上平臺之上。然而近幾年我們注意到，國內外已經有不少316不銹鋼在海洋大氣環境工況下發生腐蝕的案例。其失效可能由于不同的工作環境，不同的工程設計，安裝和維護等因素引起。此外，隨著對腐蝕機理研究的深入，也發現雜散電流，特別是屏蔽不良的電器線路附近，也會誘發不銹鋼材質的局部腐蝕。

    本文通過對某平臺儀表氣管線腐蝕情況的詳細實驗探究，對該儀表氣管線腐蝕機理和腐蝕因素進行分析，最后提出合理的改進措施和建議，防止后續再出現類似情況，為以后工程運行，設計等 提供參考。

    二、實驗及儀器：

    下列儀器設備被用于測試實驗：

    1，立體顯微鏡 (Leica M165C, Leica Application Suit V4.3.0)

    2，光學顯微鏡(Zeiss AxioCamERc5s, AxioVs40x64 V4.9.1.0)

    3，掃描電鏡(Zeiss Sigma VP, Smart SEM V5.06) /EDS元素能譜分析儀elemental analysis (Oxford, Aztec 2.2)

    4，化學精度分析儀器：HFIR, XRF, EXTR

    樣品取自從海洋平臺上已經腐蝕的儀表氣管線。該平臺為南海新建某平臺，投產時間不到一年就發生管線腐蝕穿孔。切下出現腐蝕處的管段，式樣經過V2A H3PO4試劑處理，以在微觀觀察時能清晰的顯示出晶界和晶相。SEM分析使用EHT=15KV，光圈倍數為30m，在獲取SEM照片時的掃描速度為9。進行微觀形貌分析時，樣品并未通過溶劑清洗。

    三、實驗結果討論：

    3.1 表面形貌觀察

    圖2是腐蝕儀表氣管線的外觀情況，可以看到管線表面的腐蝕坑非常多，成點狀，比較獨立。

    圖3是切開儀表氣管線后，看到管線內部的腐蝕情況。可以看出管體內部僅有的腐蝕坑是從管體外的點蝕坑穿透形成的，而內管壁并未發現其他任何點蝕坑。說明該儀表氣管線不存在內腐蝕的情況。這與我們知道的實際情況基本相符：儀表氣管線中通入的為潔凈的儀表氣，基本不存在腐蝕源。

    3.2 斷面形貌觀察

圖4，管線點蝕斷面的形貌圖

Figure. 4 cross-sectional view of a large pit propagted from outer tube wall to inner tube wall

    圖4是管線腐蝕坑斷面的形貌，通過觀察可以看到，點蝕坑的發展從外表面非常迅速的向內壁發展，通過這種發展形貌可以判斷是典型的點腐蝕。

    不銹鋼的抗腐蝕機理，主要是不銹鋼表面形成的鈍化層保護鋼材本體。鈍化層的形成主要是由鋼材中所含Mo的含量決定的。Mo與空氣中的氧氣接觸，形成氧化物建立了鈍化層。其他合金元素，比如Cr，Ni等，也會對金屬的鈍化層建立和防腐起到一定的作用。

    當不銹鋼表面存在濃度極高的點蝕源時，鈍化層被逐漸破壞，暴露的表面來不及形成新的鈍化層，因而造成鋼材直接被腐蝕穿透。這就是典型的點蝕形成機理，通常表面鈍化層被破壞的原因有很多，包括外部因素，內部材料缺陷（材料的機械性能，砂眼等）及金屬含量不能達到ASTM A269標準的要求（ASTM A269中明確規定，316L中Mo的成分應該大于2.0w.t.%）。任何一種因素都能導致鈍化層被破壞。而Cl，S等腐蝕性元素與不銹鋼中的鐵快速反應，更加速了點蝕破壞。管壁被許多較大的點蝕坑穿透，是導致管線失效的重要原因[3]。

    3.3 晶相分析

    通過V2A 和 H3PO4處理后，樣品內雜質基本被洗凈，在光學顯微鏡下能明顯的看到清晰的晶界。如果腐蝕由金屬內部引起，通常會觀察到異質晶相的存在[4]，然而管線材質的晶相良好并未發現有害晶相，因此可以排除從材料內部引起管線失效。 

    3.4 SEM/EDS 元素分布分析

Table 1 Outer tube wall corrosion product elemental content w.t. % 

Table 2 Inner tube wall corrosion product elemental content w.t. % 

    通過EDS元素能譜儀對樣品表面特定部位的化學元素分析，可以清楚的了解相關區域元素分布情況。分析報告顯示管線材質屬于3R60級別，通過與基準卡片對比，該樣品的鋼號為542213，是非常優異的材質。

    表1和表2可以看到典型的腐蝕產物含有較高的O，Fe，Cl和S等元素。點蝕是一種局部腐蝕，從最初的腐蝕產物引起的損害持續對不銹鋼表面氧化膜破壞，從而造成腐蝕穿孔。通常能對不銹鋼表面氧化膜造成這種腐蝕的環境因素多為酸性的，富含氧的和高氯離子含量的溶液，尤其是在海水中[5]。在世界范圍中也有大量的報道316L級別的不銹鋼在特定的海洋環境中被腐蝕的案例。.

    圖7 管體表面元素含量分析

Figure. 7 The EDS analysis for each element on outer tube wall

    通過圖7具體的元素含量分析表，可以看到管體表面存在大量的氯元素，外來的氯元素多由海洋環境的水氣帶入。海洋潮濕的大氣環境極易在管線上積累富含氯離子的微小液滴，通過圖1現場實際照片，這類管線表面經常能發現有液滴存留。奧氏體不銹鋼對氯離子非常敏感，尤其是微小液滴中含有氯離子將極其容易破壞不銹鋼表面的氧化膜，而造成穿孔腐蝕。

    四、結論及建議

    通過對儀表氣管線的腐蝕情況分析，我們得出結論：

    1，儀表氣管線的失效是從管線外引起的；

    2，儀表氣管線的內部不存在腐蝕情況；

    3，通過對管線外壁的元素分析，海洋大氣環境中存在的較多氯、硫等元素將增加儀表氣管線失效的風險；

    4，腐蝕引發的主要因素是海洋大氣環境中較高的游離氯離子，附著在不銹鋼表面，形成局部高濃度的微小液滴，導致不銹鋼從外部點蝕，最終造成管線失效。

    為避免腐蝕，對儀表氣管線管線表面應做好保護措施，避免出現機械損傷；保持管線表面潔凈，避免積存水汽，在平臺的日常操維手冊中應增加儀表管清潔要求；必要時候采用更高材質等級的管線替代腐蝕管線。如康菲石油公司部分平臺已用317L管線取代316L管線，近幾年印尼、泰國等國際石油公司也采用6Mo作為儀表管的材料。我國石油公司能否借鑒國外公司的經驗還需設計方和平臺操作方進行后續相關的工程驗證。

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責任編輯：王元

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