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周公文*
（泰安市特种设备检验研究院）
2020年，某燃气轮机汽机开式水系统埋地回水管道发生泄漏，管道规格为426 mm×6 mm，材质为20G，管道内外表面均进行覆层防腐处理，管道内运行介质为开式水，介质压力为0.2～0.3 MPa，运行温度在50 ℃以下，累计运行时间为6年。开式水系统的主要作用是向闭式水热交换器及真空泵的冷却器提供冷却水。电厂内回水管道基本采用埋地管道形式，埋地管道具有隐蔽、美观等优点，但缺点也同样显著，比如在埋管前需做好外层防腐，必要时需增加阴极保护，维修保养及检验检测等难度增大，埋地管道的腐蚀情况及泄漏风险仍然困扰着使用单位及检验检测单位。
本文对泄漏的埋地回水管道进行宏观检查和理化检验分析，通过宏观检查、金相组织检验、硬度检验、能谱分析，找出该开式水回水管道泄漏的主要原因，并给出相应的处理建议。
对该开式水回水管道泄漏位置进行了宏观检查，并在泄漏点区域进行线切割取样，经磨制抛光后，利用4%（质量分数，下同）硝酸酒精溶液腐蚀，采用PTI-5000型金相显微镜观测金相组织形态。利用BH-3000型布氏硬度计对金相试样进行硬度检验，利用Carl Zeiss Sigma 300型热场发射扫描电子显微镜和牛津X-Max能谱仪对该回水管腐蚀穿孔区域进行能谱分析，检测腐蚀产物的成分及其含量。
2.1 宏观检查
图1为开式水埋地回水管道内外壁的宏观形貌。从管道外壁可以看出，外表面存在多个大小不均的腐蚀坑，呈局部点腐蚀特征，部分较大腐蚀坑已贯穿管壁，腐蚀部位分布于管外壁无保护覆层处，腐蚀区域呈红棕色，如图1 a）所示。管道外表面点腐蚀坑随腐蚀深的增加，腐蚀坑截面积逐渐减小，腐蚀坑横截面呈倒八字形态，管道内表面除泄漏点附近存在保护覆层与基体少量剥离现象，其他大部分区域保护覆层仍完好，未见明显剥离现象及腐蚀现象，如图1 b）所示。根据宏观检查结果初步判定，该开式水系统回水管道应是由外壁保护覆层发生破损导致局部区域发生点腐蚀，点腐蚀严重区域已发生腐蚀穿孔。
图1 开式水回水管宏观形貌
2.2 金相检验
对腐蚀穿孔区域进行线切割取样，经粗磨、细磨、抛光后，利用4%硝酸酒精溶液进行浸蚀，图2为开式水回水管道腐蚀穿孔区域的金相组织形貌。显微组织检验表明，腐蚀穿孔区外表面存在明显的壁厚减薄现象，漏点附近内壁存在少量壁厚减薄，远离漏点的内壁表面较为平整，未见明显腐蚀减薄现象。母材组织为铁素体+珠光体，晶粒尺寸细小均匀，金相组织未见明显异常。
图2 开式水回水管的金相组织形貌
2.3 硬度检验
利用BH-3000型布氏硬度计在金相试样上进行布氏硬度试验，试验载荷为1837.5 N，保载时间为10 s，结果可见表1。试验结果表明：埋地回水管道基体硬度值符合DL/T 438—2016《火力发电厂金属技术监督规程》对20G钢管硬度要求。
表1 布氏硬度试验结果
2.4 能谱分析
埋地回水管道腐蚀穿孔区域经酒精溶液清洗后，利用Carl Zeiss Sigma 300型热场发射扫描电子显微镜和牛津X-Max能谱仪对该回水管腐蚀穿孔区域进行能谱元素分析结果如图3所示。检测腐蚀区域腐蚀产物的元素成分及其组成，结果如表2所示。能谱分析结果表明：腐蚀坑表面处的腐蚀产物主要为铁的氧化物，并含有少量Ca、Mg、S、P等杂质元素。
图3 开式水回水管漏点处SEM图及能谱图
表2 漏点表面腐蚀产物能谱分析
2.5 试验结果分析与讨论
开式水埋地回水管道外表面局部区域发生腐蚀穿孔，穿孔处金相组织和硬度均未见异常。从漏点形态分析，管道外壁防护层破损导致外壁与土壤直接接触发生土壤腐蚀；
对腐蚀产物进行分析后可知，外防护层发生局部破损，破损处裸露管道外壁与土壤接触发生土壤腐蚀而造成局部区域点腐蚀穿孔，致使管道发生泄漏失效。而腐蚀产物中含有少量S、P等危害杂质元素，促使管道发生多元腐蚀，从而加速管道发生点腐蚀。
影响埋地管道腐蚀的因素可分为外部腐蚀环境和内部腐蚀环境，外部腐蚀环境主要为土壤腐蚀和杂散电流腐蚀，内部腐蚀环境主要为管道输送流体介质对管道内壁的侵蚀。埋地管道由于内部介质流动及速度波动，易造成管道产生振动或位移，从而导致管道外壁与土壤层间的接触摩擦而机械破坏管道外壁的防腐层，并且在安装过程中如安装质量控制不严同样易造成外防腐层的机械损伤。外部腐蚀的主要因素为土壤腐蚀，土壤腐蚀影响的因素主要包括土壤电阻率、pH、含水量、含盐量、含氯量，管道自然腐蚀电位及氧化还原电位等。管道内部腐蚀主要受输送流体介质的影响，以及介质中掺杂其他有害杂质，如氧、硫、磷等腐蚀元素，当管道内壁防腐蚀层发生破坏或钝化膜被破坏时，管道内壁则直接与介质及杂质接触而发生化学腐蚀，常用的管道内壁保护方法为内涂敷防腐蚀涂层防腐，以隔绝内壁与介质接触而达到防腐蚀目的。
埋地管道腐蚀检测方法分为不开挖检测、破损点定位不开挖检测及开挖检测。不开挖检测应检测外防腐层的电阻率、电流衰减率及破损点密度等参数来判定外防腐层的完整情况，开挖检测需选定最可能出现严重腐蚀等具有代表性的区域进行开挖，通过宏观检查、厚度测量、漏点检测、防腐层粘结力检测等手段判定外防腐层的完整情况。开挖检测无疑增加了使用单位准备难度，但检测效果能真实地反应管道的现实状况，为检验人员判定埋地管道全面状况提供参考依据。因此，对于埋地管道的检验，需要检验人员根据现实情况选择合适的检测手段和方法，以及选择具有代表性的部位进行开挖检测，降低使用单位的准备难度，同时能评价埋地管道的真实安全情况。
对于埋地回水管道，使用单位在埋管前应做好内外壁防腐涂层处理，隔绝内部介质及外部土壤，避免腐蚀管道，安装完成后在回填前对防腐涂层进行完整性检测。同时可增加阴极保护来保护管道本体，在日常巡检时，可定期对埋地管道的外防腐层绝缘电阻检测，以检测外防腐层的完整情况。
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