关于化工厂绝热层下腐蚀现状的调研研究

张瑜，赵志农

（1.北京科技大学，北京 100083；2.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃 兰州 730000）

某化工厂开车5年，发现蒸汽伴热管线大范围泄漏，管线外部包有白色保温棉，打开时保温棉已湿透，无法判断是外部水侵入浸湿还是蒸汽管线泄漏弄湿。为查明泄漏的根本原因，笔者对泄漏部位取样分析，探讨失效原因，并且对其他相似工况的设备和管道进行检查，为避免同类问题发生提出相关建议。

1 工况介绍

蒸汽伴热管线材质是304，工作压力0.35MPa，工作温度148℃，工作介质是蒸汽。

2 试样分析

2.1 宏观检查

蒸汽伴热管线外壁有点蚀坑和裂纹，在泄漏处补焊时，焊缝周围又产生新的裂纹，已发生材质劣化。裂纹和蚀坑集中在伴热管的近地面一侧，远地面一侧腐蚀情况较轻。

图1 泄漏蒸汽伴热管线表面形貌

2.2 金相分析

选取有裂纹的管线断口抛光后使用金相显微镜观察裂纹，发现有2个典型特征：（1）裂纹由管外壁向管内壁扩展，且随裂纹延伸方向有树枝状分叉；（2）裂纹穿过晶粒，判断为穿晶断裂。

以上2个特征是典型的氯离子应力腐蚀断裂的特点，且裂纹是由管外向管内扩展，是由于管子外部的原因导致腐蚀，初步判断管子腐蚀原因是氯离子应力腐蚀断裂。

图2 裂纹扩展方向：管外壁向管内壁裂纹扩展×50

2.3 SEM形貌分析

选取典型断口使用扫描电镜进行观察，通过观察其微观组织可以很明显地看到扇形、鱼骨状和河流状的组织形态，这3种形态是典型的氯离子应力腐蚀组织形态。

图3 开裂部位微观组织

2.4 EDS分析

对扫描电镜界面的腐蚀产物进行能谱分析，结果显示腐蚀产物中氯离子含量为0.5%，接近于5000ppm，可以判断腐蚀产物中含较大量氯元素。

表1 金相样品表面能谱分析结果

2.5 结果讨论

通过以上4种手段可以判断该不锈钢蒸汽伴热管线的主要腐蚀原因是外部绝热层施工不合格导致绝热层进水变湿，在不锈钢管线和绝热层之间的空腔内由于水分蒸发造成氯离子富集浓缩，加上管线加工和焊接的残余应力，腐蚀环境和应力共同作用促进裂纹产生，造成了不锈钢伴热管线发生氯离子应力腐蚀开裂。

3 同类工况检查

针对本次发生的不锈钢伴热管线绝热层下腐蚀的问题，对厂区内设备和管线进行大范围的绝热层下腐蚀调研检查。检查方法是对高风险部位进行保温拆除，目视检查并进行相关检测，碳钢材质进行测厚，不锈钢材质进行渗透检测。重点检查部位包括：

（1）塔：上部保冷工况（<30℃），下部保温工况（>70℃），重点检查塔下部保温支撑圈部位；

（2）卧式罐、换热器：工作温度70-120℃，重点检查卧式设备底部；

（3）高湿度区域，如冷却塔的下风向区、蒸汽排放口附近、喷淋系统、酸蒸汽或喷水加速冷却的附近区域；

（4）绝热层、外防护层破损、开口部位，或有穿透绝热层的突起及绝热层终端（如法兰）；

（5）设备设计中将绝热层支撑圈直接焊接在容器壁上（支撑圈、加强圈）；扶梯和平台支架以及吊耳、接管、加强圈附近；

（6）蒸汽伴热已损坏或泄漏的设备或管道；

（7）油漆和/或涂层系统局部发生损坏；

（8）蒸发之前湿气或水自然汇集的部位，与竖直管段底部相连的水平管段中，靠近连接处的端部几十厘米范围内是CUI腐蚀典型部位。

经过排查，发现了大量发生绝热层下腐蚀的问题，典型问题包括以下几类：

（1）设计问题：绝热层安装阶段，保温铁皮没有保持完整连续，在楼板、扶手等位置断开，使得雨水等外部水分容易进入绝热层造成腐蚀。由于保温未包好或打开后没有及时恢复，导致大量不锈钢、碳钢的设备、管道、阀门发生涂层剥落，金属材料生锈，严重的部位甚至引起设备泄漏。

（2）新建装置有很多部位保温施工尚未完成，随开车时间延长也没有及时完成保温包覆。保温棉直接暴露在大气中，随下雨等情况淋湿，后续会进一步造成氯离子在金属表面浓缩腐蚀，对于设备管道在CUI敏感温度范围的部位后续腐蚀风险较高；

（3）已运行的装置大量存在管线保温铁皮脱开、保温棉裸露的情况；

（4）储罐保温情况：储罐检查发现问题较为集中,下雨后检查，部分储罐的罐底部位有水流出，说明罐顶保温密封不良，保温支撑圈、人孔部位等部位存在CUI风险。

4 结语

化工厂所在地为沿海地区，属温带海洋性气候，装置中所用不锈钢材料大多为通用性的304不锈钢。由于在环境海盐微粒中含有氯离子，对不锈钢的设备管道都将引起SCC，同时当选用的保温材料氯离子含量超标，同样会引起SCC。为此，为了有效地隔离氯离子对不锈钢表面地直接侵蚀，材料定下后配合防腐措施必须跟进，从设计上避免绝热层进水部位存在，同时对防腐保温的施工和金属表面涂层的施工进行技术改进。最终目的是减少绝热层下腐蚀的发生，保证装置不因设备泄漏而停工，维护装置的稳定运行。