金屬材料法蘭面如何預(yù)防海水腐蝕

在一份有關(guān)腐蝕管理的文件中，英國能源研究所將腐蝕列為導(dǎo)致海上平臺油氣泄漏的第二大常見原因，并強調(diào)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，法蘭面腐蝕在泄漏之前極難檢測，導(dǎo)致寶貴資源的損失。對環(huán)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著意外停機、額外成本和工廠效率降低。

在過去的二十年里，有幾項研究對法蘭接頭的腐蝕進行了研究。調(diào)查的主要領(lǐng)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，但墊片材料的選擇歷來被市場忽視。

本文考慮了傳統(tǒng)海水和烴類應(yīng)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。我們將法蘭墊片界面的腐蝕過程描述為電化學(xué)反應(yīng)。

在法蘭連接中有不同的部件，這幾乎總是會導(dǎo)致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(qū)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(qū)域的電勢產(chǎn)生的方式來定義的，然而，在實踐中這些機制很少單獨發(fā)生，法蘭表面腐蝕通常是由多種因素共同作用的結(jié)果。

通常在上游油氣作業(yè)（如海水）中發(fā)現(xiàn)的介質(zhì)，結(jié)合溫度、微生物、異種金屬之間的接觸以及電解質(zhì)存在的情況下，可直接影響腐蝕過程的開始和隨后的傳播。

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(dāng)具有不同電極電位誘導(dǎo)能力的不同材料通過導(dǎo)電介質(zhì)（電解質(zhì)）接觸 時，就會發(fā)生電偶腐蝕。這種性能通常與金屬有關(guān)，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(dǎo)致法蘭腐蝕。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內(nèi)外的腐蝕風(fēng)險。

在油氣行業(yè)的上游，一種常用的墊片類型是纏繞墊片（SWG）。纏繞墊片已經(jīng)存在多年，是一種值得信賴的、經(jīng)過驗證的設(shè)計，用于實現(xiàn)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(yīng)用的局限性， 特別是在沒有正確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(yù)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，確保密封墊位置正確，防止過度壓縮。非金屬構(gòu)件受壓后符合法蘭接觸面，形成不透水屏障。通過仔細考慮纏繞墊片內(nèi)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(dāng)前市場格局

關(guān)于非金屬材料，傳統(tǒng)的選擇是柔性石墨或云母。柔性石墨因其耐化學(xué)性、耐溫性、低成本和良好的密封性能而被廣泛應(yīng)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(dāng)在纏繞墊片中使用石墨時，主要考慮的是石墨的導(dǎo)電能力，因為，在一定的工作條件下，石墨在腐蝕引發(fā)和傳播過程中起著重要作用。

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

Standmyr 和Hagerup 已經(jīng)報道了幾個北海平臺上6%Mo不銹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。

云母已被用作腐蝕敏感應(yīng)用中石墨的替代品。它具有高度的柔韌性、熱穩(wěn)定性、良好的耐化學(xué)性，重要的是導(dǎo)電性差，從而減緩了電偶腐蝕的發(fā)生和蔓延。云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，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，云母無法達到標(biāo)準(zhǔn)所認可的法蘭密封性等級。這是由于云母固有的，不變的層片狀的結(jié)構(gòu)。

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(yīng)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了滿足消費者對具有強防腐特性的墊片的最新需求，F(xiàn)lexitallic公司進一步開發(fā)了其專有的基于 Thermiculite®的密封技術(shù)。該產(chǎn)品采用特殊的熱化學(xué)膨化和高溫膨化蛭石以及粘合劑的混合物，用于腐蝕敏感的上游密封應(yīng)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。與云母不同，膨化蛭石會形成結(jié)構(gòu)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(yè)認可的防火測試標(biāo)準(zhǔn)API 6FB。其溫度應(yīng)用范圍覆蓋了上游石油和天然氣行業(yè)。

與使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)石墨基墊片相比，作為腐蝕管理系統(tǒng)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(huán)境（如海水和碳氫化合物環(huán)境）中發(fā)現(xiàn)墊片法蘭接頭可能會出現(xiàn)腐蝕和退化的現(xiàn)象。這種腐蝕極難檢測，能夠影響密封的完整性，最終導(dǎo)致泄漏、危害安全、影響當(dāng)?shù)睾透鼜V泛的環(huán)境，并導(dǎo)致昂貴的計劃外停機和維護。

很少有人關(guān)注墊片在此類腐蝕敏感應(yīng)用中的作用。目前的材料選擇，即石墨和云母，在電偶腐蝕引發(fā)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。