某海洋平台淡水输送不锈钢管焊接热影响区泄漏分析及控制

王瑞英，单世超，刘吉飞，程久欢，郝孟江

（海洋石油工程股份有限公司天津300451）

1 前言

不锈钢具有良好的耐腐蚀特性，在海洋油气平台被广泛应用，用于要求较高的公用系统包括淡水系统、滑油系统、药剂注入系统、干式消防系统，以及特定的工艺系统包括放空系统、燃料气系统等，效果良好。

近几年个别项目反馈投产后不久出现不锈钢管线局部泄漏事件，包括焊缝处的泄漏、管鞋连接处泄漏、以及本体裂纹泄漏等。某项目在底层甲板巡检中，发现一处4寸不锈钢材质的饮用水管线上有水珠滴落。通过对组块和生活楼不锈钢材质管线进行排查，最终共发现了多出处渗漏点，均为淡水系统。所有泄漏点均出现在管线水平段环焊缝附近的管线底部位置，位于焊缝1-2cm处，一个焊缝附近只有一个泄漏点。饮用水系统不锈钢管线的材质为材料牌号为TP316/316L,管线内介质为海水淡化产生的淡水，管线外有防腐涂层。

2 不锈钢腐蚀机理

海洋环境中，对奥氏体不锈钢而言，氯离子孔蚀是海洋环境中腐蚀危害的根本，除此之外微生物（如藻类，铁氧化菌，锰铁氧化菌等）也会引起或促进点蚀的发生。

在含氯离子的电化学腐蚀环境中，材料的抗点蚀能力主要是由其点蚀击穿电位决定的，电位越高越耐点蚀。材料化学成分，氯离子浓度，PH值，温度及表面状态都会影响击穿电位。对依靠表面钝化膜保护来抗腐蚀的不锈钢而言，点蚀击穿电位则主要与氯离子浓度（浓度越高电位越低），钝化膜厚度（厚度越小电位越低），稳定性及完整性等有关。

3 焊接工艺

不锈钢316L管道采用氩弧焊焊接工艺，纯度为99.99%的纯氩保护气体，焊丝为ER316L。

4 失效原因分析

4.1 基体材料化学成分分析

通过直读光谱分析仪进行化学成分分析，分析结果见表1。从试验结果来看，化学成分符合标准要求，检测合格。

表1 化学成分分析表（wt.%）

4.2 基体材料力学性能测试

通过不锈钢管基体材料的力学性能分析，分析结果见表2，符合标准ASTM A312/A312M标准要求中牌号为316L的拉伸性能的要求，检测合格。

表2 力学性能分析表（MPa）

4.3 泄漏处宏观分析

泄漏处孔洞外观如图1所示，为不规则的椭圆形，边缘呈锯齿状，其上覆盖有较多附着物，起源于外表面，由外向内扩展，扩展至内表面后出现穿孔，导致泄漏。孔洞截面图如图2所示，从横截面观察，孔洞呈现在外表面开口小，内腔逐渐扩大，在近内面达到最宽，表现为典型的点腐蚀特征。

图1 孔洞外观图

图2 孔洞截面宏观形貌图

4.4 显微组织和非金属夹杂物分析

通过高倍显微镜，分析基体材料和泄漏点的金相组织，晶粒大小比较均匀，组织为有孪晶特征的单相奥氏体组织，晶界处无有害项析出。孔洞边缘轮廓清晰，未见从内壁向材料内扩展的腐蚀小孔或裂纹；在孔洞附近的金属夹杂物和基体材料中的非金属夹杂物含量基本相当，为细项的D类氧化物夹杂，未发现异常。

4.5 扫描电镜和能谱分析

通过扫描电镜观察泄漏点孔洞外表面边缘和内腔的微观形貌，可见外表面和内腔有大量的腐蚀产物，通过能谱进行化学成分分析。在腐蚀孔洞内腔、外表面腐蚀产物均有氯元素存在，详见表3，说明该孔洞是由于氯离子导致的点腐蚀。

表3 能谱分析结果

5 腐蚀机理分析

根据上述分析结果，泄漏是由点蚀导致穿孔引起的，腐蚀机理为氯离子点蚀。

经过现场施工环节的了解，在施工过程中产生的电弧击伤了材料表面，破坏了表面的钝化膜引起了表面组织变化，该处电极电位底，在有腐蚀介质的环境中成为腐蚀阳极，其余管材部分作为阴极，小阳极大阴极的腐蚀系统导致损伤处快速腐蚀，呈现点腐蚀形貌。腐蚀产生后，经喷砂和油漆后，腐蚀介质被封闭在腐蚀孔内，在封闭的环境下，材料继续发生腐蚀，最终穿透管壁，形成内外通透的孔洞。

6 控制措施

1）喷砂油漆前，仔细检查材料表面的点状腐蚀缺陷，及时排除。

2）切割时，割渣，飞溅等低电位物质的附着，在有腐蚀介质情况下，形成原电池而产生电化学腐蚀。

3）焊接后，如有电弧击伤的情况，及时打磨消除，并使用钝化剂对材料表面进行钝化处理。

4）车间整改焊接接地工具，保证施焊时接地线与管线接触牢固，避免施焊过程中虚接产生电弧。

5）避免异种金属表面污染，低电位异种金属

附着在钢管表面，在有腐蚀戒指给情况下，形成原电池而产生电化学腐蚀。

7 结论

1） 原材料本体和腐蚀部位的显微组织和非金属夹杂物检查显示材料的显微组织和非金属夹杂物无异常。结合原材料理化分析结果，说明原材料无明显问题，腐蚀不是由于原材料造成的。

2） 孔洞的宏观检查显示孔洞为点腐蚀，起源于外表面由外向内发展，穿透管壁，导致泄漏。

3） 通过扫描电镜检查，并经过能谱分析，腐蚀孔洞内外表面的腐蚀产物均含有氯元素，说明该孔洞是氯离子导致的腐蚀。