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海洋油气管道电偶腐蚀堆焊法兰解决方案

作者:管件 来源: 日期:2019/10/22 0:19:21 人气:1

结合工程项目实际情况,针对海洋油气平台管线系统电偶腐蚀问题提出了采用堆焊法兰的解决方案并明确了具体技术要求。该方案相比传统做法具有经济可靠、易于获得等优点,具有较好的推广应用价值。

电偶腐蚀是指异种金属在同一介质中相互接触时,由于不同金属电位差的存在,构成腐蚀电偶电池并产生电偶电流流动,使电位较低的金属溶解速度增加,而电位较高的金属溶解速度减小的现象,又称为接触腐蚀或双金属腐蚀[1]。电偶腐蚀发生的三要素:存在电位差的两种金属;两金属之间有导电通路;腐蚀环境。

海洋油气平台管线材质等级较多,异种金属连接广泛存在,且不同材质管线多通过法兰连接。异种金属法兰接头若处理不当,极易发生电偶腐蚀,加速法兰密封面腐蚀破坏,造成密封失效(见图1),从而导致油气泄露等重大灾害。

根据规范ISO 21457[2](油气生产系统材料的选择与腐蚀控制)8.7节,电位腐蚀可采用如下措施避免:1)异种金属法兰之间安装绝缘管段,可采用非金属或者是衬绝缘层的金属管段。2)增加低电位金属的腐蚀余量。3)内置阴极保护系统。4)异种金属之间采用电绝缘。

5)减少高电位阴极面积。6)低电位金属关键部位进行堆焊处理。本项目位于中国南海,是一个气田中心处理平台,管道系统主要为碳钢、不锈钢、双相不锈钢、铜镍合金等,原合同要求在湿气系统、油、水系统异相金属连接处必须采用绝缘垫片。而用于油气系统的防火绝缘垫片来源较为单一,多为国外进口,存在价格高、采办周期长等缺点。本文结合项目实际情况,从经济性、可靠性及材料可获得性等方面考虑,提出了一套替代解决方案:用堆焊法兰+常规垫片替代常规的绝缘垫片+普通法兰。通过在低电位金属法兰密封面堆焊耐蚀合金,确保法兰密封面处不发生腐蚀,既保证了法兰密封的可靠性又显著降低了项目成本。

1技术方案

1.1堆焊位置及材料

在法兰密封面处堆焊耐蚀合金,如图2所示。堆焊层需耐输送介质和海洋环境腐蚀且不与高电位金属发生电偶腐蚀。如A182 F316L不锈钢法兰与A105碳钢法兰连接面,可以在碳钢法兰密封面堆焊316L不锈钢或UNS N06625合金。

1.2堆焊

要求焊接方法通常采用MIG焊、TIG焊、电子束焊、激光束焊,不可采用电渣焊[3]。堆焊时需注意以下事项:

1)堆焊面应清洁,无油污、灰尘、浮锈、氧化层等杂质,并应根据NACE No.1 SSPC-SP5喷砂处理至出白金属。2)打底焊道、中间焊道清理等工具须不含铁、硫、氯离子,只可采用奥氏体不锈钢刷或高镍合金工具。3)堆焊层至少两层焊道,第一道焊道厚度最大不能超过2.5 mm。堆焊层通常应大于4.5 mm,机加工后完工厚度应不低于3 mm(应至少取三个不同点超声测厚)[3]

1.3化学成分分析

1)堆焊前,应抽取同一熔炼炉号法兰材料试样根据ASTM A751[4]要求进行化学成分复检,确保法兰符合规定要求,方可进行下一步堆焊。2)抽取每个批号的焊丝进行化学成分复检。3)抽取同一批号焊丝堆焊的法兰,自熔合线向堆焊层2 mm处进行化学成分检验。对于采用UNS N06625合金堆焊的法兰,该部位铁含量不应超过10%(质量分数)。

1.4硬度要求

每炉/热处理炉应对堆焊层和热影响区(距熔合线最大0.5 mm)进行一次硬度检测,最大硬度不应超过350Hv10。对于含硫化氢的酸性环境,最大硬度不应超过250Hv10[5]

1.5宏观检验

在基材+熔合线+堆焊层取样,根据ASME IX[5]做宏观检验,根据ISO 5817[6]Level C,要求无线性显影、基材和堆焊层完全熔合。1.6微观/金相检验基材+堆焊层取样,根据ASTM E407[7]检验,要求无裂纹,无线性显示,基材与堆焊层完全熔合。

1.7渗透检验

堆焊层机加工后应参照ASME VIII[8]Div.1,Appendix8进行100%渗透检验,密封面要求无显影。

1.8点蚀&缝隙腐蚀试验

奥氏体钢和镍基合金腐蚀合金堆焊层应按照ASTM G48[9]进行点蚀&缝隙腐蚀试验,低倍放大镜下试样表面无麻点,24 h最大失重4.0 g/m240±2℃)。

1.9晶间腐蚀实验

奥氏体钢和镍基合金腐蚀合金堆焊层应按照ASTM A262[10]实验B规定作晶间腐蚀试验。

2堆焊法兰与常规方法对比

与常规的绝缘垫片相比,堆焊法兰具有以下优势,详见表1

3结束语海洋油气平台管线材料种类多,异种金属接触面存在电偶腐蚀的几率大,而且一旦由于法兰腐蚀导致油、气泄露,危害较大,海洋平台管线设计时应重点关注。

相对于常规做法,管线系统异种金属连接处采用堆焊法兰对解决上述问题具有经济可靠、易于获得的优点,适合在海洋油气平台上推广使用,该方案已在国内外多个油气平台推广应用并取得了良好的经济效益.