316不銹鋼之所以“不銹”，是因為其表面有一層透明而且堅硬的氧化膜，對鋼鐵的附著力極強，有如一道隱形的防護服把鋼鐵保護起來。因此，要有效利用不銹鋼的這種“不銹”特性，就要保護好這層薄薄的氧化膜，一旦氧化膜被破壞，不銹鋼同樣也會生銹。

隨著海洋石油事業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的不銹鋼在海洋平臺上大顯身手。海洋平臺矗立在大海之中，高濕度和高鹽度的惡劣環(huán)境對于不銹鋼是嚴(yán)峻的考驗。316不銹鋼因其價格適中，性能優(yōu)良，得到了廣泛應(yīng)用。因為不銹鋼的不銹特性主要起決于其表面氧化膜，必然要求該材料在制造、加工、儲運過程中進行適當(dāng)?shù)谋Ｗo和管理，以避免破壞或污染其氧化膜，從而引發(fā)快速的局部腐蝕。本文對海洋平臺上316不銹鋼的應(yīng)用情況進行梳理和分析，總結(jié)出不銹鋼材料的正確使用方式和保護建議。

一、316不銹鋼特性

316屬于奧氏體不銹鋼，在常溫下具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體不銹鋼無磁性，具有良好的耐蝕性和耐熱性，良好的焊接性能以及高的韌性和塑性，強度較低。其晶體結(jié)構(gòu)是面心立方結(jié)構(gòu)(FCC,見圖1)。

圖1 316不銹鋼晶體結(jié)構(gòu)

316不銹鋼中主要的合金元素為鉻Cr、鎳Ni和鉬Mo，含量為Cr：16%~18%，Ni：10%~14% ，Mo：2%~3%。其中，鉻Cr是不銹鋼中最重要的合金元素，可以說沒有鉻，就沒有不銹鋼。鋼中若沒有足夠的鉻就無法形成致密的Cr2O3氧化膜結(jié)構(gòu)，也就無法抵擋腐蝕發(fā)生。因此，鉻對不銹鋼的耐蝕性起著決定性作用。

鎳Ni是優(yōu)良的耐腐蝕材料，也是合金鋼的重要合金化元素，鎳在不銹鋼中是形成穩(wěn)定奧氏體的元素，鎳的作用是在與鉻配合后才發(fā)揮出來的，使不銹鋼具有良好的強度、塑性、韌性和一系列優(yōu)良的工藝性能。鉬Mo在不銹鋼中主要作用是提高不銹鋼的耐腐蝕能力、耐點蝕、耐縫隙腐蝕等性能，尤其可以改善不銹鋼耐氯離子腐蝕的能力，更適用于海洋大氣環(huán)境。這也是海洋平臺上使用的316不銹鋼經(jīng)常被強制要求鉬含量＞2.5%的原因所在。

除了上述3種重要的合金元素外，316不銹鋼中還添加了氮N元素，氮在奧氏體不銹鋼中廣泛應(yīng)用是近20年來不銹鋼發(fā)展中的重大進展，它的有益作用顯著而且副作用較小，它可以在空氣中隨意獲取，生產(chǎn)中加入方便也易于控制。氮是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體的元素，可以提高奧氏體不銹鋼的耐點蝕、耐縫隙腐蝕、耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。

另外，對于需要焊接的場合，低碳的316L不銹鋼比316更具優(yōu)勢。316L不銹鋼將含碳量降低至0.03%以下，較低的碳含量使得在靠近焊縫的熱影響區(qū)中析出的碳化合物量減低，金相組織更加均勻，因此，316L不銹鋼可焊性和焊后耐蝕性都更加優(yōu)良。在海洋平臺上，需要焊接的場合多采用316L不銹鋼代替316不銹鋼。

不銹鋼與碳鋼的腐蝕形式不同。一般情況，碳鋼多發(fā)生均勻腐蝕，即腐蝕在整個鋼表面進行，面積大但速度慢；不銹鋼多發(fā)生局部腐蝕，即腐蝕只在局部位置發(fā)生，面積小但速度快。衡量不銹鋼的耐腐蝕性能，通常用耐點蝕系數(shù)PREN來表示，PREN的計算公式如下：

PREN= Cr%+3.3×Mo%+16×N%

從上述公式可以看出，不銹鋼的耐蝕性能主要與Cr、Mo和N的含量有關(guān)，其中Mo和N的含量對耐蝕性影響較大。316不銹鋼的耐點蝕系數(shù)約為24~29。

二、316不銹鋼在海洋平臺應(yīng)用現(xiàn)狀況

中國海洋石油行業(yè)的發(fā)展始于渤海區(qū)域，渤海區(qū)域開發(fā)出的油氣產(chǎn)品腐蝕性不強，很少出現(xiàn)特殊腐蝕介質(zhì)如二氧化碳，硫化氫更是少見，因此，早期平臺上的鋼材主要以碳鋼材料為主。隨著海洋石油事業(yè)的不斷發(fā)展，項目開發(fā)區(qū)域逐漸擴展到中國的全部海域以及國際海域，并且從淺海逐步走向深海，開發(fā)出的油氣產(chǎn)品也越來越復(fù)雜，二氧化碳和硫化氫等腐蝕性介質(zhì)含量越來越高，因此對海洋平臺上使用的材料等級要求也越來越高。

海洋平臺上使用的管線和設(shè)備按使用功能區(qū)分，主要分為公用系統(tǒng)和工藝系統(tǒng)。

公用系統(tǒng)主要用于處理除油氣產(chǎn)品以外的介質(zhì)，如海水、空氣、潤滑油、藥劑等等，其管線設(shè)備常采用316不銹鋼的有：化學(xué)藥劑系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)、容器的加熱器等，主要是利用316不銹鋼材料的不銹特性，保證內(nèi)部介質(zhì)的純凈度要求。

工藝系統(tǒng)主要用于處理海洋平臺開采出來的油氣產(chǎn)品，其管線設(shè)備與油氣產(chǎn)品直接接觸，如果油氣產(chǎn)品中含有二氧化碳、硫化氫等腐蝕介質(zhì)，通常采用腐蝕計算軟件進行腐蝕速率計算，再結(jié)合腐蝕評估結(jié)果，根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行材料選擇。當(dāng)碳鋼材料無法滿足項目需求時，會優(yōu)先選擇316不銹鋼材料，當(dāng)然還需要綜合考慮具體的操作溫度和壓力等條件。當(dāng)316不銹鋼也無法滿足項目需求時，會考慮超級奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及高鎳合金等耐蝕性更好的合金材料。

三、失效案例及分析

3.1 海洋平臺腐蝕情況

近幾年，有多個南海海洋平臺反饋信息，平臺上316不銹鋼儀表管線頻繁發(fā)生腐蝕泄露，部分平臺在投產(chǎn)后1a左右就出現(xiàn)大面積的管線腐蝕穿孔問題。東海地區(qū)的平臺也存在少量316不銹鋼儀表管腐蝕問題，但316儀表管一般可以安全使用3a或更久的時間；渤海區(qū)域海洋平臺的316不銹鋼儀表管線狀態(tài)較好，基本沒有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的儀表管腐蝕問題。

經(jīng)對南海和東海平臺上316不銹鋼儀表管腐蝕問題進行調(diào)研，可以看到發(fā)生腐蝕泄漏的儀表管線都位于生產(chǎn)操作區(qū)域，儀表管表面存在著大量的污垢、水滴、鹽漬及腐蝕產(chǎn)物等附著物，還有部分儀表管線排列十分緊密，管與管之間形成了狹小縫隙。腐蝕的儀表管段經(jīng)清理后，可以看到儀表管腐蝕的典型特征是外部腐蝕，主要形式是點腐蝕（Pitting Corrosion）和縫隙腐蝕（Crevice Corrosion）（見圖2）。

圖2 儀表管腐蝕

點腐蝕普遍存在，縫隙腐蝕主要存在于儀表管接頭和管夾等位置，以及緊密接觸的儀表管束位置。環(huán)境溫度越高，相對濕度越大的海域，腐蝕情況越嚴(yán)重，316儀表管使用壽命也越短。

3.2腐蝕分析

在不銹鋼點腐蝕/縫隙腐蝕研究理論中，評價不銹鋼材料耐腐蝕能力的兩個重要參數(shù)是臨界點腐蝕溫度CPT(Critical Pitting Corrosion Temperature)和臨界縫隙腐蝕溫度CCT(Critical Crevice Corrosion Temperature)。

資料顯示，316L不銹鋼在海水環(huán)境中的臨界點腐蝕溫度CPT為 28~31 ℃，如果環(huán)境條件中Cl-濃度更高 (如海水在不銹鋼表面不斷地蒸發(fā)濃縮），臨界腐蝕溫度還會下降。不銹鋼材料(包括316)在臨界溫度以下會比較穩(wěn)定，一旦環(huán)境溫度高于臨界溫度，腐蝕便會產(chǎn)生并加速進行。

據(jù)統(tǒng)計，在中國南海地區(qū)，日均最低氣溫在20℃以上的月份總計約7個月；日均最高氣溫在28℃以上的月份總計約5個月?？梢?，每年有近一半的時間，南海地區(qū)氣溫是高于316不銹鋼的臨界點腐蝕溫度，意味著每年有很長的時間里316不銹鋼都具備腐蝕條件，加之不銹鋼表面污染物較多，腐蝕在所難免。

據(jù)此可以認(rèn)為常年相對較高的環(huán)境溫度和濕度是南海地區(qū)儀表管線經(jīng)常發(fā)生腐蝕的重要因素；渤海地區(qū)氣候相對干燥，氣溫較低，因此腐蝕情況也較輕；東海氣候居中，腐蝕情況也介于兩者之間。

除了環(huán)境因素，其他影響316不銹鋼儀表管腐蝕的因素有如下幾個方面：

(1) 制造缺陷：在制造過程中存在內(nèi)部砂眼等細微缺陷，在內(nèi)部承壓后更容易出現(xiàn)刺漏。儀表管有些刺漏點肉眼基本觀察不到，無明顯腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)該屬于內(nèi)部缺陷造成穿孔。

(2) 鐵離子污染：儀表管從出場、經(jīng)過庫存、安裝每個環(huán)節(jié)都有可能接觸普通碳鋼結(jié)構(gòu)，造成表面被鐵離子污染。

(3) 表面損傷：儀表管搬運、安裝、前期平臺大規(guī)模建造過程中焊渣飛濺，落物碰撞等都會造成儀表管表面損傷，損傷部位更容易發(fā)生點蝕。纏繞并不能完全避免前期損傷，還有可能造成類似保溫層下腐蝕的現(xiàn)象出現(xiàn)。

(4) 不當(dāng)操作：嚴(yán)苛的使用環(huán)境和不合理的作業(yè)方式會加速儀表管外表面的局部腐蝕。例如不定期的海水噴淋系統(tǒng)測試或海水沖洗而未進行有效的淡水沖洗和清潔；海水飛濺；含硫化物的柴油燃燒后的尾氣排放等。

(5) 海洋平臺空間受限：各種設(shè)備管線布局緊湊，部分區(qū)域的儀表管排布過于密集容易積累雜物﹑鹽分，并且部分儀表管安裝于平臺下方或高處很難進行有效清潔和維護。鉆井液、鉆井泥漿、有機或無機污垢沾染儀表管表面，污垢本身含腐蝕性介質(zhì)，且持水性強，有污漬的表面更容易造成點蝕。

因此，對于南海和東海區(qū)域的海洋平臺上的316不銹鋼儀表管線，建議增加涂層或護套來隔離污染和水汽，延長使用時間；如果工程預(yù)算充裕也可以提升材質(zhì)，采用更高等級的904不銹鋼或6Mo不銹鋼，這兩種不銹鋼的耐點蝕系數(shù)分別是32~39和42~45，高于316不銹鋼，具有更優(yōu)良的耐腐蝕性能。

四、結(jié)語

綜上所述，要充分發(fā)揮316不銹鋼的不銹特性，需要在工程項目各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格要求，對不銹鋼進行完整性管理。

（1）在設(shè)計采辦階段，對井口區(qū)等儀表管密集的地方，應(yīng)對儀表管路徑進行優(yōu)化設(shè)計，合理選擇儀表管路徑，便于人員后期進行清潔和維護。鑒于目前國內(nèi)市場上的不銹鋼產(chǎn)品良莠不齊，因此設(shè)計時對316材質(zhì)成分、性能和檢驗要求等需給出嚴(yán)格而明確的規(guī)定，采辦時對廠家資質(zhì)信譽進行嚴(yán)格把關(guān)。

（2）在建造調(diào)試階段，對不銹鋼表面進行妥善保護和管理，避免各類污染。不銹鋼或不銹鋼內(nèi)襯的容器試壓工作按章操作，避免試壓水在容器中長期滯留，以免造成不銹鋼過早腐蝕。儀表管的安裝應(yīng)在主要熱工作業(yè)結(jié)束后進行，避免金屬焊接和打磨飛濺物造成表面污染。如有污染，應(yīng)及時清潔，并重新做酸洗鈍化。多根儀表管之間應(yīng)進行隔離，防止儀表管之間存在較小縫隙而積液，嚴(yán)格避免多根儀表管成束捆扎在一起。

（3）在運營維護階段，按照操作維修手冊中給出的后期維護保養(yǎng)方法，保持不銹鋼表面清潔并進行定期監(jiān)測壁厚。不隨意改變操作條件，確需改變的需提前進行適應(yīng)性評估。生產(chǎn)區(qū)域格柵甲板下方的儀表管存在雜物沉積﹑鹽分凝結(jié)的條件，且不易于清潔維護，應(yīng)當(dāng)設(shè)計有帶蓋板的全封閉托盤對儀表管進行保護。

316不銹鋼因其價格適中，性能優(yōu)良，在海洋平臺上應(yīng)用十分廣泛。但是不銹鋼也不是萬能的，本文旨在和大家一起全面深刻地認(rèn)識不銹鋼的不銹和生銹，正確地選擇和使用不銹鋼材料，充分發(fā)揮不銹鋼的潛力和價值，做到物盡其用，保障海洋平臺生產(chǎn)安全。

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