海洋大气环境下石化装置的包覆层下腐蚀检测_蔡勤.pdf

监 测 与 检 测石油化工腐蚀与防护 CORROSION PROTECTION IN PETROCHEMICAL INDUSTRY2023 年第 40 卷 第 2 期引用格式:蔡勤，戚政武，陈英红，等 海洋大气环境下石化装置的包覆层下腐蚀检测J 石油化工腐蚀与防护，2023，40(2):40-43CAI Qin，QI Zhengwu，CHEN Yinghong，et al Studies on the corrosion under insulation of petrochemical plant in marine atmospheric envi-ronmentJ Corrosion Protection in Petrochemical Industry，2023，40(2):40-43海洋大气环境下石化装置的包覆层下腐蚀检测*蔡勤，戚政武，陈英红，郭欣欣(广东省特种设备检测研究院珠海检测院，广东 珠海519002)摘要:在海洋大气和工业大气环境中的石化装置，大量的管道或设备外表面都覆盖有包覆层材料。在包覆层和金属之间存在含有各种盐类的潮湿腐蚀环境，极易产生包覆层下腐蚀和泄漏，直接影响石化装置的安全运行。针对海洋大气环境下某石化装置的包覆层下腐蚀案例，分析了其产生的原因、影响因素，介绍了不拆除包覆层最有效的腐蚀检测方法 脉冲涡流检测技术。关键词:海洋大气环境;石化装置;包覆层下腐蚀;检测收稿日期:2022-10-18;修回日期:2023-01-08。作者简介:蔡勤(1981)，高级工程师，硕士研究生，主要从事承压特种设备、金属材料的检验、检测和科研工作。E-mail:407789935 qq com*基金项目:广东省市场监督管理局 2021 年度省局科技项目 基于瞬变电磁法的带包覆层承压设备缺陷检测仪器的研制(2021CT03)所谓海洋大气环境，就是海水蒸发后在海洋上形成了一种含有大量盐分的大气环境，这种大气环境不仅使得潮湿的气体内盐含量较高，而且容易在物体表面形成腐蚀性很强的水膜。由于距海岸线远近不同使得金属材料腐蚀速率产生明显差异，因此通常将距离海岸线 20 km 左右的范围界定为海洋大气环境影响范围1。海洋大气中的水膜通常含有大量的海盐粒子，这些盐粒子使水膜变为腐蚀性很强的电解质，加速了腐蚀的进行，因此普通碳钢在海洋大气中的腐蚀比沙漠大气中的腐蚀严重得多。石化装置中的工业大气通常含有 SO2，SO3，CO2，H2S，NH3和 NO2等，这些介质溶于潮湿空气或雨水中形成腐蚀性介质，使得石化装置在海洋大气和工业大气环境中更容易产生严重的腐蚀。包覆层下腐蚀(也称保温层下腐蚀，简称CUI)是指水分和腐蚀性介质渗入包覆层，导致包覆层覆盖的金属管道或设备外表面发生的腐蚀现象。在海洋大气和工业大气环境中的石化装置，大量的管道或设备外表面都覆盖有包覆层材料，在包覆层和金属之间存在含有各种盐类的潮湿腐蚀环境，而且非常隐蔽难以发现，因此极易产生包覆层下腐蚀，从而产生严重的泄漏事故，直接影响石化装置的安全运行。统计显示，在石油化工行业中，超过 60%的管道故障是由包覆层下腐蚀引起的。1石化装置包覆层下腐蚀案例某化工有限公司的常减压蒸馏装置，管道和设备的设计运行温度为 50 150，物料介质为常顶油气、减三线油、减二中油、减顶油气、燃料气等。管道和设备材质为 20 号钢和 Cr5Mo。该装置距离海边 500 m 左右，属于典型的海洋气候环境。在装置运行 10 a 后的定期检验中发现，包覆层下存在大量严重的腐蚀。具体腐蚀情况见图 1。2腐蚀的原因分析该石化装置位于珠海高栏港化工园区内，属典型的亚热带季风海洋性气候，年平均降雨量超过 2 000 mm，年平均相对湿度 80%，空气相对湿度较大，装置距离海岸线 500 m 左右，因此极易产生包覆层下腐蚀。在石化装置运行中，包覆层的结构被破坏或者密封不严导致水分进入，保温材料的多孔结构对水分有一定的滞留作用，从而在包覆层下形成电化学腐蚀环境。海洋大气和工业大气环境中的包覆层下腐蚀比一般大气环境下的包覆层下腐蚀更严重，这是由于海洋大气环境相对湿度非常高，空气中本身就含有大量的氯化钠、氯化镁等各类无机盐分，并且因为工业大气含有SO2，SO3，CO2，H2S，NH3和 NO2等腐蚀性介质，包04第 2 期蔡勤等 海洋大气环境下石化装置的包覆层下腐蚀检测监 测 与 检 测覆层的缝隙或者破损等会导致水分渗入包覆层使其变潮湿，形成局部液体聚集，在周期性温度变化条件下长期处于干湿及冷热交替的环境中，水分的聚集和蒸发频繁发生，造成保温材料和基体金属间的腐蚀性介质浓度越来越大，引起包覆层下腐蚀频繁发生，最终导致局部腐蚀减薄或者穿孔。图 1包覆层下腐蚀形貌3影响因素多数研究者认为，包覆层下发生的腐蚀主要是水、水中的腐蚀性介质以及温度的共同作用的结果2。包覆层材料的特性和结构对包覆层下的腐蚀起着关键作用。3 1水分包覆层内部存在的水分是导致包覆层下腐蚀发生的直接原因，水分的来源主要包括包覆层结构被破坏后外部水分的渗入和包覆层下金属表面产生的冷凝水。3 2包覆层材料包覆层材料与金属表面之间的空隙，容易聚集和浓缩水汽以及腐蚀介质，导致在金属表面产生严重腐蚀;包覆层材料内部或者外部的腐蚀性介质(氯化物、硫酸盐和硅酸盐等)会由于溶解于水中而进入金属表面，并随着水分从金属表面蒸发而逐渐浓缩，从而造成金属表面的腐蚀加速。3 3腐蚀性介质在包覆层下的潮湿环境中，氯化物和硫酸盐等腐蚀性介质在包覆层内部会加速金属设备和管道表面的腐蚀，造成金属设备和管道因局部严重腐蚀而发生穿孔泄漏。3 4温度温度为 4 145 时，是最容易发生包覆层下腐蚀的。当温度低于 4 时，一般没有腐蚀;随着温度的升高，包覆层下金属表面水分蒸发，腐蚀性溶液的浓度增大，包覆层下的腐蚀加快;当温度达到145 时，包覆层的水分蒸发殆尽，腐蚀速率降为零。包覆层下的冷热交替，会导致腐蚀介质的不断浓缩和聚积，从而造成包覆层下腐蚀加剧。此外，氧含量、pH 值、水分中腐蚀介质的浓度和种类、金属表面温度、包覆层结构设计安装以及包覆层材料的性能等，都会对包覆层下腐蚀速率和严重性产生影响。4脉冲涡流检测技术包覆层下腐蚀一般很难在日常巡检中及时发现，常常是由于设备或者管道已经泄漏出介质了才被发现。石化装置的承压设备普遍承受高温、高压或者是储存易燃、易爆和腐蚀性介质，往往需14监 测 与 检 测石油化工腐蚀与防护2023 年第 40 卷要定期拆除包覆层进行宏观检查，这不仅要花费大量的人力、财力代价，而且装置无法及时恢复生产将造成巨大经济损失。经过多年的研究和实践应用，脉冲涡流检测技术成为目前众多技术中最可靠、最有效的一种检测方法，其无需拆除包覆层便可进行壁厚的测量，直接在设备或者管道运行状态下检测，不需要跟设备或者管道有接触。脉冲涡流检测技术原理:根据麦克斯韦的电磁场理论，一旦在激励线圈两端施加脉冲方波激励信号，一定会在激励线圈周围产生激励磁场。而加载脉冲方波信号的激励线圈仅在脉冲方波的上升沿和下降沿各产生一个激励磁场(即一次场)，由于脉冲的上升和下降过程非常短暂，因此产生的一次场被快速衰减。被测试件在一次场的作用下就会感生出脉冲涡流，随着脉冲涡流在被测物内变化，脉冲涡流又会产生一个涡流磁场(即二次场)。同理，脉冲涡流和二次场都是快速衰减的。用检测线圈靠近二次场，便会感应并输出电压信号，此电压信号就是脉冲涡流的检测信号。若脉冲激励信号有周期，则重现上述过程和现象。脉冲涡流检测运行机理见图 2。如果试件上有缺陷，就会对试件上的脉冲涡流分布产生影响，涡流的变化又会影响感应磁场的变化，磁场的变化最终会导致检测线圈上的感应电压发生变化，从而得到试件上的缺陷信息。此技术主要用于非铁磁性材料的检测 3。图 2脉冲涡流检测运行机理5脉冲涡流检测应用案例检测仪器为脉冲涡流扫查设备。对上述常减压蒸馏装置减三线及减二中泵出口的带包覆层管线进行脉冲涡流检测，管线材质为 Cr5Mo，管径为 DN300，设计壁厚 14 mm。采用脉冲涡流扫查技术对部分管段进行检测，脉冲涡流扫描分析图像见图 3。通过检测发现，管道壁厚最大值为 14 16 mm，被测弯头包覆层下腐蚀减薄严重，最薄点厚度为 10 82 mm，金属损失率达207%，减薄率为227%。对上述常减压蒸馏装置常压塔顶空冷入口线进行脉冲涡流检测，管线材质为 20 号钢，介质为常顶 油 气，操 作 温 度 为 80 112，管 径 为DN200，原始壁厚为 8 mm。采用脉冲涡流技术对管线进行重点扫查检测时，发现1 处弯头腐蚀减薄严重，壁厚最大值为722 mm，最小值为43 mm，金属损失率达 44%，减薄率为 46 3%，脉冲涡流扫描分析图像见图 4。图 3Cr5Mo 脉冲涡流扫描分析图像图 420 号钢脉冲涡流扫描分析图像6结论(1)包覆层下腐蚀是许多工业设备和管道泄漏的主要原因，这些泄漏往往会引起人身和财产安全事故，给国家和社会造成重大损失。(2)有包覆层的管道和设备的使用寿命与包覆层下腐蚀有很大的关系，由于外层不锈钢或铝箔以及保温材料的存在，包覆层下腐蚀具有较强的隐蔽性且难以检测，往往很难在第一时间察觉，容易引起突发的严重泄漏事故，给工业生产带来了严重的经济问题和安全问题。(3)随着工业特别是石化工业的高速发展，有关包覆层下的腐蚀问题越来越突出，造成的损失也越来越大;因此，尽早发现包覆层下的腐蚀，并采取有效的防腐蚀措施，能最大程度地减少损失显得尤为重要。(4)脉冲涡流检测属于非接触式无损检测技术，其实现了在线、在役不停机检测和完全不拆除包覆层检测，又具有检测无需耦合剂、检测速度快24第 2 期蔡勤等 海洋大气环境下石化装置的包覆层下腐蚀检测监 测 与 检 测等优点，已在石油、化工等行业中得到了广泛使用，尤其是能够检测出海洋大气环境下石化装置的包覆层下腐蚀情况。为广大石油化工企业消除潜在的安全隐患，带来巨大的经济效益和社会效益。参考文献 1马元泰 典型大气环境下低碳钢腐蚀行为研究D 沈阳:中国科学院金属研究所，2009MA Y T Corrosion behavior of low carbon steel in typical at-mospheric environmentD Shenyang:The Institute of MetalResearch，Chinese Academy of Sciences，2009 2吕晓亮，唐建群，巩建鸣，等 保温层下腐蚀防护的研究现状 J 腐蚀科学与防护技术，2014，26(2):167LYU X L，TANG J Q，GONG J M，et al Research status of cor-rosion protection under insulationJ Corrosion Science andProtection Technology，2014，26(2):167 3段晓帅 脉冲涡流无损检测技术研究 D 天津:天津大学，2013DUAN X S Research on pulsed eddy current nondestructivetesting technology D Tianjin:Tianjin University，2013(编辑张向阳)Studies on the corrosion under insulation of petrochemical plant inmarine atmospheric environmentCAI Qin，QI Zhengwu，CHEN Yinghong，GUO Xinxin(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Zhuhai Branch，Zhuhai 519002，China)Abstract:For the petrochemical plants in marine atmospheric environment and indus