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304不銹鋼堿液管線腐蝕分析及對策

文檔作者：王成家，霍朝陽，趙鐵瑞文檔來源：中石化天津分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月21日
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上一篇： 316、317不銹鋼耐氯離子腐蝕能力淺析

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第39卷增刊1
2010年8月
石油化工設備
PETR0一CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．3 9 Supplement 1
Aug．2010
文章編號：1000—7466(2010)增刊1-0107—03
304不銹鋼堿液管線腐蝕分析及對策
王成家，霍朝陽，趙鐵瑞
(中石化天津分公司，天津300270)
摘要：由于304 不銹鋼管線材質(zhì)沒有進行酸洗鈍化，且在焊接過程中發(fā)生敏化現(xiàn)象，因此在cr和
堿液的聯(lián)合作用下引發(fā)了晶間腐蝕。針對管線腐蝕提出了相應措施。
關鍵詞：管線；304不銹鋼；堿液；晶間腐蝕；對策
中圖分類號：TG 441．8；TG 142．71 文獻標志碼：B
某石油煉化工程新建項目在冬季投料試車，其
中1條304不銹鋼堿液管線投用2周即發(fā)生腐蝕，
幾乎所有焊縫和與管線焊接的管托處全部泄漏。該
管線壁厚3 mm，輸送的介質(zhì)是質(zhì)量分數(shù)為20 的
氫氧化鈉水溶液—— 堿液。堿液管線與多個儲罐相
連通，當儲罐需要堿液時管線供液，為間斷式輸送，
管線上未設置堿液放空閥。該堿液管線貫通多個工
程單元，單元材質(zhì)由2個設計院分別設計選用了碳
鋼和304不銹鋼。為防止304不銹鋼堿液管線與管
托因相互運動而產(chǎn)生劃傷，采用同材質(zhì)304不銹鋼
管托支墊隔離管托，管托與管線采用間斷焊連接。
在使用過程中發(fā)現(xiàn)，碳鋼段沒有發(fā)生腐蝕性滲漏，切
割后檢查未見嚴重腐蝕。而304不銹鋼段卻發(fā)生了
嚴重的腐蝕性滲漏，切割后檢查發(fā)現(xiàn)局部腐蝕嚴重。
文中對304不銹鋼堿液管線腐蝕原因進行了分析，
并提出了相應解決措施_1 。
1 工況分析
由于堿液為間斷輸送，且沒有設置余液放空設
施，因此輸送完成后管中長期滯留大量堿液。對不
銹鋼管來說，最低的液體流速應控制在1．219～
1．829 m／s，這樣能減少不銹鋼點蝕，并對保護鈍化
膜用好處_7]。
點蝕最易發(fā)生于靜止的溶液中，在沉積物下面
或縫隙里以及在能形成濃差電池的條件下會產(chǎn)生點
蝕[7]。在本例中，由于投料試車時處于冬季，環(huán)境溫
度最低達一2O℃ ，此時堿液中的部分水結冰析出，
部分水與NaOH結合形成含結晶水的NaOH，造成
堿液濃度差，進而形成濃差電池。
輸送堿液采用工業(yè)制堿法制取，檢驗分析發(fā)現(xiàn)
堿液中cl一質(zhì)量分數(shù)達120×10～，嚴重超標。
2 現(xiàn)場檢查
從現(xiàn)場實際看，在焊接過程中采取了充氬保護，
沒有發(fā)現(xiàn)嚴重的咬邊現(xiàn)象，焊道成型質(zhì)量符合標準
要求。該304不銹鋼管線設計文件中未要求進行焊
后酸洗鈍化。
檢查中發(fā)現(xiàn)，由于大量滲漏堿液蒸發(fā)濃縮，在管
道外壁結成厚厚一層含結晶水的堿垢。觀察管道內(nèi)
壁發(fā)現(xiàn)，堿液接觸過的壁面全面腐蝕生銹，管道內(nèi)壁
焊接區(qū)域，包括全部對接接頭和管托間斷焊管內(nèi)壁
處304不銹鋼鈍化膜全部被破壞。
3 不銹鋼性能簡介
一般情況下，固溶態(tài)奧氏體不銹鋼管對弱堿具
有優(yōu)良的耐蝕性能。通過氫氧化鈉溶液腐蝕試驗發(fā)
現(xiàn)，304不銹鋼在NaOH 質(zhì)量分數(shù)低于50 的水溶
液中，在104℃下一般只發(fā)生輕度腐蝕。在更高的
溫度和NaOH質(zhì)量分數(shù)更高的水溶液中，其腐蝕趨
向嚴重。
304奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性能、抗高
溫氧化性能和低溫性能。其表面鈍化膜在耐腐蝕性
中起重要的屏障作用，如果該膜不完整或有缺陷，不
銹鋼的耐腐蝕性會大為降低。
工程上通常對不銹鋼進行酸洗鈍化處理。不銹
鋼的抗腐蝕性主要是由于表面覆蓋著一層極薄的
收稿日期：2010—04—18
作者簡介：王成家(1960一)，男，遼寧大連人，工程師，從事設備、管道制造與現(xiàn)場安裝的技術指導及質(zhì)量檢查工作。
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石油化工設備 2010年第39卷
(約1 m)致密氧化膜一一鈍化膜，這層膜隔離了腐
蝕介質(zhì)，是不銹鋼防護的基本屏障。不銹鋼鈍化具
有動態(tài)特征，不應看作腐蝕完全停止，而是形成擴散
的阻擋層，使陽極反應速度大為降低。通常在有還
原劑(如C1一)情況下傾向于破壞膜，而在氧化劑(如
氧氣)存在時能保持或修復膜。不銹鋼工件放置于
空氣中會形成氧化膜，但這種膜的保護性不夠完善。
通常先要進行徹底清洗(包括堿洗與酸洗)，再用氧
化劑鈍化，才能保證鈍化膜的完整性與穩(wěn)定性。酸
洗的目的之一是為鈍化處理創(chuàng)造有利條件，保證形
成優(yōu)質(zhì)的鈍化膜。因為通過酸洗使不銹鋼表面平均
10 m厚的表面被腐蝕掉，酸液的化學活性使得缺
陷部位的溶解率比表面上其它部位高，因此酸洗可
使整個表面趨于均勻平衡，一些原來容易造成腐蝕
的隱患被清除掉了。更重要的是，通過酸洗鈍化，使
鐵與鐵的氧化物比鉻與鉻的氧化物優(yōu)先溶解，去掉
了貧鉻層，造成鉻在不銹鋼表面富集，這種富鉻鈍化
膜的電位可達1．0 V，接近貴金屬的電位，提高了抗
腐蝕的穩(wěn)定性。
為了抵抗電化學腐蝕，防止金屬與介質(zhì)中的陽
離子(如H 等)發(fā)生置換反應，要求鋼材應具有較
高的電極電位。實驗發(fā)現(xiàn)，鋼中加入1／8、2／8、3／8
? ? ／8，即12．5 、25 、37．5 ?12．5× 原子
分數(shù)的某些合金元素，會使鋼的電極電位發(fā)生跳躍
式的提高。鐵鉻合金在鉻原子分數(shù)為12．5 時電
極電位發(fā)生跳躍式提高的曲線見圖1，此時標準電
極電位由一0．56 V躍升到約+0．2 Vl3 。
>
毯
圖1 鐵鉻合金的電極電位與鏘原子分數(shù)的關系
由此可知，304不銹鋼優(yōu)良的耐腐性能依賴于2
個因素：① 致密的保護膜使金屬層與腐蝕介質(zhì)隔離。
②較高的電極電位。
4 管線腐蝕失效分析
由于管線材料沒有進行酸洗鈍化，管線對接
焊口在自然暴露狀態(tài)形成的鈍化膜并不致密。在
管托及管道對口焊接區(qū)域內(nèi)壁，焊接線能量較大，
焊接高溫對鈍化層造成破壞，為腐蝕的發(fā)生提供
r條件。
含碳量對不銹鋼的晶間腐蝕傾向有決定性影
響，圖2所示每條溫度一加熱時間一晶問腐蝕敏感曲
線右方是晶間腐蝕敏感區(qū)域Ⅲ ?？梢钥闯?，當碳
質(zhì)量分數(shù)為0．08％時，在700℃停留約2 rain就
會發(fā)生敏化現(xiàn)象。304不銹鋼中碳質(zhì)量分數(shù)不大
于0．08 ，且未含Nb或Ti等穩(wěn)定化元素，在管線
對接焊縫和管托焊接過程中，304不銹鋼在600～
800℃熱影響區(qū)的部分區(qū)域發(fā)生碳化物析出，形成
敏化區(qū)。
贈
直
圖2 不同含碳量的Cr18Ni9鋼的TTS曲線
晶間腐蝕是從表面沿晶界深入內(nèi)部，而外表面
看不出腐蝕跡象的一種腐蝕。其原因是由于晶界沉
積了雜質(zhì)，或者某一元素增多或減少而引起的 ]。
在焊接304不銹鋼時焊縫兩側2～3 mm處可以被
加熱至600～800℃ ，這時晶界的鉻和碳的化合物
(Cr，F(xiàn)e)。。C 從固溶體中析出，由于鉻的流動速度
很慢，不易從晶體內(nèi)擴散到晶界，因此形成貧鉻區(qū)。
貧鉻區(qū)中的鉻原子分數(shù)一旦低于12．5 ，其電極電
位立即由十0．2 V降為～0．56 V，喪失貴金屬特性。
在適宜的腐蝕液中即形成貧鉻區(qū)(陽極)一非貧鉻區(qū)
(陰極)電池，及碳化鉻(陰極)一貧鉻區(qū)(陽極)電池，
使晶界貧鉻區(qū)被腐蝕。
當貧鉻區(qū)的電極電位是～0．56 V時，從圖3所
示析氫及吸氧反應平衡電位與溶液pH 值關系圖可
以看出，當pH>7時，在堿性溶液中能發(fā)生析氫及
吸氧腐蝕。因此，該304鋼敏化區(qū)域中的貧鉻區(qū)在
NaOH水溶液中作為陽極被選擇性地腐蝕掉，由于
貧鉻區(qū)是沿著晶間形成的，所以腐蝕也將沿著晶問
進行，發(fā)生晶問腐蝕。
由此可知，嚴重超標的Cl一、不致密的保護膜
以及敏化區(qū)的存在是造成嚴重腐蝕的根本原因，
在堿液電解液的聯(lián)合腐蝕下，最終發(fā)生嚴重的晶
間腐蝕。
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第39卷增刊1
2010年8月
石油化工設備
PETR()ICHEM ICAL EQUIPMENT
Vo1．39 Supplement 1
Aug．2010
文章編號：1000—7466(2010)增刊1-0109—03
石油儲罐單盤板焊接變形控制
朱海英
(Ja海高橋捷派克石化工程建設有限公司，上海 200137)
摘要：分析了石油浮頂儲罐建造中單盤板焊接變形的原因，并提出了相應的控制措施，將其應用于
2×10 m。石油浮頂儲罐建造，有效降低了焊接過程中的變形，確保了單盤板的施工質(zhì)量。實踐證
明，所采用的控制措施合理有效。
關鍵詞： 石油浮頂儲罐；條形單盤板；焊接變形；控制措施
中圖分類號：TQ 053．2 文獻標志碼：B
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鉚
pH值
圖3 析氫及吸氧反應平衡電位與溶液pH值關系
5 解決措施
5．1 設計
設計人員應深入了解生產(chǎn)實際，詳細分析管道
設備的使用條件，做好選材和工藝設計。應在相關
技術文件中明確要求304不銹鋼焊后及時進行酸洗
鈍化。在管線工藝設計中應加設放空閥，以便輸送
完畢后及時放空堿液，從而避免和減少腐蝕的發(fā)生。
5．2 施工
施工單位制定的焊接工藝評定應防止敏化現(xiàn)象
的發(fā)生。焊接過程中，施工人員應嚴格按照合格的
焊接評定工藝要求進行焊接，采用小線能量、焊條
(焊絲)不做橫向擺動、多道焊并嚴格控制層間溫度
的方法，同時采用超低碳、高鎳或鈦的奧氏體焊接材
料，以杜絕晶界貧鉻，從而防止晶間腐蝕發(fā)生。
6 結語
對304不銹鋼管線發(fā)生晶間腐蝕的原因進行了
分析，并提出了相應的改進措施，對同類的腐蝕防護
具有借鑒意義。
參考文獻：
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(張編)
收稿日期：2010—04—23
作者簡介：朱海英(1973一)，女，上海人，工程師，學士，現(xiàn)從事特種設備制造工藝及技術管理工作。

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