金属材料法兰面如何预防海水腐蚀

在一份有关腐蚀管理的文件中，英国能源研究所将腐蚀列为导致海上平台油气泄漏的第二大常见原因，并强调腐蚀是对螺栓法兰接头完整性和工厂效率的主要威胁。

此外，法兰面腐蚀在泄漏之前极难检测，导致宝贵资源的损失。对环境的影响和工厂人员的直接安全威胁也是一个主要问题。更换或补救工作通常意味着意外停机、额外成本和工厂效率降低。

在过去的二十年里，有几项研究对法兰接头的腐蚀进行了研究。调查的主要领域涉及法兰材料，而很少涉及垫片类型和材料。

尽管人们普遍认识到减少缝隙和电偶腐蚀的重要性，但垫片材料的选择历来被市场忽视。

本文考虑了传统海水和烃类应用中缠绕垫片密封材料的耐腐蚀性，并与一种新型密封垫片材料——Corriculite®进行了比较。

为了减轻垫片和法兰面腐蚀，需要对腐蚀机理有基本的了解。我们将法兰垫片界面的腐蚀过程描述为电化学反应。

在法兰连接中有不同的部件，这几乎总是会导致法兰连接的不同部件之间的电位差异。在电解液或极性溶剂的存在下，这些在不同电势的区域之间流动的电流会引起腐蚀。不同类型的腐蚀是由这些不同区域的电势产生的方式来定义的，然而，在实践中这些机制很少单独发生，法兰表面腐蚀通常是由多种因素共同作用的结果。

通常在上游油气作业（如海水）中发现的介质，结合温度、微生物、异种金属之间的接触以及电解质存在的情况下，可直接影响腐蚀过程的开始和随后的传播。

法兰垫片界面的腐蚀主要有两种类型，即缝隙腐蚀和电偶腐蚀。

当具有不同电极电位诱导能力的不同材料通过导电介质（电解质）接触 时，就会发生电偶腐蚀。这种性能通常与金属有关，但石墨是一种重要的非金属材料，在法兰连接中往往起阴极作用，导致法兰腐蚀。了解不同材料的腐蚀电位，有助于选择密封垫片，减少法兰密封垫片界面内外的腐蚀风险。

在油气行业的上游，一种常用的垫片类型是缠绕垫片（SWG）。缠绕垫片已经存在多年，是一种值得信赖的、经过验证的设计，用于实现高完整性密封。

然而，对电偶腐蚀机制和腐蚀过程的认知凸显了缠绕垫片应用的局限性， 特别是在没有正确考虑垫片材料选择的情况下。再加上对法兰接头高完整性和防火安全性的要求，使得垫片材

料的选择比预期的要更困难。缠绕垫片由金属和非金属材料组成。

金属部件约束非金属密封材料，赋予弹性和抗吹出能力，确保密封垫位置正确，防止过度压缩。非金属构件受压后符合法兰接触面，形成不透水屏障。通过仔细考虑缠绕垫片内部的金属部件，例如选择与法兰相同或相似的金属，可以减轻由不同金属引起的电偶腐蚀。

当前市场格局

关于非金属材料，传统的选择是柔性石墨或云母。柔性石墨因其耐化学性、耐温性、低成本和良好的密封性能而被广泛应用。缠绕垫片形式的另一个重要考虑是其防火安全的能力。

当在缠绕垫片中使用石墨时，主要考虑的是石墨的导电能力，因为，在一定的工作条件下，石墨在腐蚀引发和传播过程中起着重要作用。

研究表明，当石墨与形成电解溶液的工艺化学品（包括酸和海水）接触时，与非导电材料相比，腐蚀更具侵蚀性。

Standmyr 和Hagerup 已经报道了几个北海平台上6%Mo不锈钢法兰上的含石墨垫片的腐蚀问题，Tumbull指出，石墨在氯化海水中获得的电极，刺激酸化，加剧腐蚀。

云母已被用作腐蚀敏感应用中石墨的替代品。它具有高度的柔韧性、热稳定性、良好的耐化学性，重要的是导电性差，从而减缓了电偶腐蚀的发生和蔓延。云母的问题是难以形成紧密的密封。

近年来，法兰连接的密封性已成为一个热门话题，法兰连接的排放限制越来越严格，在标准测试条件下，云母无法达到标准所认可的法兰密封性等级。这是由于云母固有的，不变的层片状的结构。

对新材料组合的需求为垫片制造商开辟了新的市场机会。尽管这两种材料都具有对法兰应用非常有用的特性， 但它们不具备提供最佳性能的特性。

Corriculite® – 新的行业标准，为了满足消费者对具有强防腐特性的垫片的最新需求，Flexitallic公司进一步开发了其专有的基于 Thermiculite®的密封技术。该产品采用特殊的热化学膨化和高温膨化蛭石以及粘合剂的混合物，用于腐蚀敏感的上游密封应用。

与石墨不同，Corriculite®是一种有效的绝缘材料，不会在法兰连接中形成电偶腐蚀。与云母不同，膨化蛭石会形成结构紧密的气密层，能够满足并超过严格的排放要求。Corriculite®是防火的，符合行业认可的防火测试标准API 6FB。其温度应用范围覆盖了上游石油和天然气行业。

与使用工业标准石墨基垫片相比，作为腐蚀管理系统的一部分，在降低成本的同时，提高了工厂运行时间、安全性、接头可靠性。

在腐蚀敏感环境（如海水和碳氢化合物环境）中发现垫片法兰接头可能会出现腐蚀和退化的现象。这种腐蚀极难检测，能够影响密封的完整性，最终导致泄漏、危害安全、影响当地和更广泛的环境，并导致昂贵的计划外停机和维护。

很少有人关注垫片在此类腐蚀敏感应用中的作用。目前的材料选择，即石墨和云母，在电偶腐蚀引发传播的可能性方面， 或在满足日益严格的排放要求方面，存在严重不足。