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金屬材料法蘭面如何預防海水腐蝕

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浏覽:- 發布日期:2020-09-11 18:23:46【

在一份有關腐蝕管理的文件中,英國能源研究所将腐蝕列為導緻海上平台油氣洩漏的第二大常見原因,并強調腐蝕是對螺栓法蘭接頭完整性和工廠效率的主要威脅。

此外,法蘭面腐蝕在洩漏之前極難檢測,導緻寶貴資源的損失。對環境的影響和工廠人員的直接安全威脅也是一個主要問題。更換或補救工作通常意味着意外停機、額外成本和工廠效率降低。

在過去的二十年裡,有幾項研究對法蘭接頭的腐蝕進行了研究。調查的主要領域涉及法蘭材料,而很少涉及墊片類型和材料。

盡管人們普遍認識到減少縫隙和電偶腐蝕的重要性,但墊片材料的選擇曆來被市場忽視。

本文考慮了傳統海水和烴類應用中纏繞墊片密封材料的耐腐蝕性,并與一種新型密封墊片材料——Corriculite®進行了比較。

為了減輕墊片和法蘭面腐蝕,需要對腐蝕機理有基本的了解。我們将法蘭墊片界面的腐蝕過程描述為電化學反應。

在法蘭連接中有不同的部件,這幾乎總是會導緻法蘭連接的不同部件之間的電位差異。在電解液或極性溶劑的存在下,這些在不同電勢的區域之間流動的電流會引起腐蝕。不同類型的腐蝕是由這些不同區域的電勢産生的方式來定義的,然而,在實踐中這些機制很少單獨發生,法蘭表面腐蝕通常是由多種因素共同作用的結果。

通常在上遊油氣作業(如海水)中發現的介質,結合溫度、微生物、異種金屬之間的接觸以及電解質存在的情況下,可直接影響腐蝕過程的開始和随後的傳播。

法蘭墊片界面的腐蝕主要有兩種類型,即縫隙腐蝕和電偶腐蝕。

當具有不同電極電位誘導能力的不同材料通過導電介質(電解質)接觸 時,就會發生電偶腐蝕。這種性能通常與金屬有關,但石墨是一種重要的非金屬材料,在法蘭連接中往往起陰極作用,導緻法蘭腐蝕。了解不同材料的腐蝕電位,有助于選擇密封墊片,減少法蘭密封墊片界面内外的腐蝕風險。

在油氣行業的上遊,一種常用的墊片類型是纏繞墊片(SWG)。纏繞墊片已經存在多年,是一種值得信賴的、經過驗證的設計,用于實現高完整性密封。

然而,對電偶腐蝕機制和腐蝕過程的認知凸顯了纏繞墊片應用的局限性, 特别是在沒有正确考慮墊片材料選擇的情況下。再加上對法蘭接頭高完整性和防火安全性的要求,使得墊片材

料的選擇比預期的要更困難。纏繞墊片由金屬和非金屬材料組成。

金屬部件約束非金屬密封材料,賦予彈性和抗吹出能力,确保密封墊位置正确,防止過度壓縮。非金屬構件受壓後符合法蘭接觸面,形成不透水屏障。通過仔細考慮纏繞墊片内部的金屬部件,例如選擇與法蘭相同或相似的金屬,可以減輕由不同金屬引起的電偶腐蝕。

當前市場格局

關于非金屬材料,傳統的選擇是柔性石墨或雲母。柔性石墨因其耐化學性、耐溫性、低成本和良好的密封性能而被廣泛應用。纏繞墊片形式的另一個重要考慮是其防火安全的能力。

當在纏繞墊片中使用石墨時,主要考慮的是石墨的導電能力,因為,在一定的工作條件下,石墨在腐蝕引發和傳播過程中起着重要作用。

研究表明,當石墨與形成電解溶液的工藝化學品(包括酸和海水)接觸時,與非導電材料相比,腐蝕更具侵蝕性。

Standmyr 和Hagerup 已經報道了幾個北海平台上6%Mo不鏽鋼法蘭上的含石墨墊片的腐蝕問題,Tumbull指出,石墨在氯化海水中獲得的電極,刺激酸化,加劇腐蝕。

雲母已被用作腐蝕敏感應用中石墨的替代品。它具有高度的柔韌性、熱穩定性、良好的耐化學性,重要的是導電性差,從而減緩了電偶腐蝕的發生和蔓延。雲母的問題是難以形成緊密的密封。

近年來,法蘭連接的密封性已成為一個熱門話題,法蘭連接的排放限制越來越嚴格,在标準測試條件下,雲母無法達到标準所認可的法蘭密封性等級。這是由于雲母固有的,不變的層片狀的結構。

對新材料組合的需求為墊片制造商開辟了新的市場機會。盡管這兩種材料都具有對法蘭應用非常有用的特性, 但它們不具備提供最佳性能的特性。

Corriculite® – 新的行業标準,為了滿足消費者對具有強防腐特性的墊片的最新需求,Flexitallic公司進一步開發了其專有的基于 Thermiculite®的密封技術。該産品采用特殊的熱化學膨化和高溫膨化蛭石以及粘合劑的混合物,用于腐蝕敏感的上遊密封應用。

與石墨不同,Corriculite®是一種有效的絕緣材料,不會在法蘭連接中形成電偶腐蝕。與雲母不同,膨化蛭石會形成結構緊密的氣密層,能夠滿足并超過嚴格的排放要求。Corriculite®是防火的,符合行業認可的防火測試标準API 6FB。其溫度應用範圍覆蓋了上遊石油和天然氣行業。

與使用工業标準石墨基墊片相比,作為腐蝕管理系統的一部分,在降低成本的同時,提高了工廠運行時間、安全性、接頭可靠性。

在腐蝕敏感環境(如海水和碳氫化合物環境)中發現墊片法蘭接頭可能會出現腐蝕和退化的現象。這種腐蝕極難檢測,能夠影響密封的完整性,最終導緻洩漏、危害安全、影響當地和更廣泛的環境,并導緻昂貴的計劃外停機和維護。

很少有人關注墊片在此類腐蝕敏感應用中的作用。目前的材料選擇,即石墨和雲母,在電偶腐蝕引發傳播的可能性方面, 或在滿足日益嚴格的排放要求方面,存在嚴重不足。

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