关键的外卖
所有管道和管道系统合并法兰和焊接接头不同的尺寸，设计和材料。根据健康与安全执行局(HSE)海上外部腐蚀指南在美国，法兰是关注的六个主要领域之一。有证据表明管道系统，包括法兰和阀门，集体继续成为一个主要来源碳氢化合物发行版，其中管道是最大的单一贡献者。
烃类产品在管道中的传输暴露法兰的腐蚀作用酸性气体(H2年代,所以2）以及高温下具有化学腐蚀性的液体，导致点蚀管道内件和法兰。在海上平台、化工设备和水中，每年都有成千上万的法兰受到影响处理工厂，带来严重而代价高昂的问题。
图1.老，生锈的管道法兰。(来源:Dreamstime)
法兰的腐蚀机理
腐蚀可以通过不同的腐蚀机制从局部区域扩散到整个法兰表面。为此，该行业投入了大量的精力来发展非破坏性检验方法。（了解有关这些方法的更多信息在陆上天然气设施中使用非侵入式检查)。传统的无损检测技术不能识别腐蚀速率或类型的腐蚀,而新相控阵法兰检查技术和方法仍然相对昂贵。
过程容器和管线轴只有当相邻的管道阀芯被拆除，或者在使用过程中或在使用过程中法兰开始泄漏时，法兰面损伤才会变得明显泄漏测试．在这两种情况下，设备的完整性都已丧失。
缝隙腐蚀长期以来一直是“阿喀琉斯之踵”不锈钢法兰设备在海水应用中，腐蚀性物质集中在密封面的缝隙之间垫片材料。这种类型的腐蚀在H含量高的碳氢化合物的存在下会加速2年代和氯。(有关这些腐蚀性化学物质的更多信息，请参阅石油和天然气管道腐蚀和涂层背后的科学)。法兰腐蚀，在某些时候，会导致后续的泄漏。
预防和修复方法
考虑到今天的经济和环境气候，泄漏不仅代价高昂，而且可能对环境造成危害，因此比以往任何时候都更加重要腐蚀预防计划。
密封垫在压缩状态下是一种已知且可靠的防腐蚀方法，但已知当暴露在苛刻的化学物质和热环境下时会失效形变的底物．一旦法兰表面被损坏，法兰就不再能用垫圈密封，需要更换或修理。有四种基本类型的修复可以考虑:
重复切割和焊接可介绍更多电的问题向管接头和热量的使用可以扭曲基板，导致进一步应力断裂传播这可能会加速法兰腐蚀。
现场加工和焊接涂抹需要专科设备和热加工，焊接和切割必须获得热加工许可证。
此外，当存在易燃材料时，可能需要关闭工厂。在可能的情况下，建议避免高温作业，从而消除健康和火灾风险，加快周转速度。
密封面隔离
一个可行的替代方法是使用环氧树脂复合材料它与法兰密封面紧密结合，从而将法兰与操作环境完全隔离。(要了解案例研究，请阅读密封腐蚀的海水容器，不进行热作业或排水。）这100％-Solids复合技术已在市场上超过50年，但现在才获得法兰面维修应用的验收。
图2。复合材料修复后腐蚀的24英寸法兰面。
本文讨论的材料是一种用于金属修复的环氧基复合材料。该系统是冷应用的，不需要热加工或专门设备。火花的风险进一步被最小化消除表面处理要求。混合和应用，环氧贴级复合材料作为永久垫圈，具有优异的抗压强度按照ASTM测试。
表1:金属修补用环氧基复合材料的数值示例ASTM D695.(1.0 in/25.4mm厚的试件):
治疗温度 |
抗压强度(最大) |
抗压强度(屈服) |
压缩模量 |
68°F(20°C) |
125psi (86.4 MPa) |
9620 PSI（66.3 MPA） |
1.77 x 105 psi (1217 MPa) |
212°F（100°C） |
16645 psi (114.8 MPa) |
10955 psi (75.6 MPa) |
1.75 x 105 psi (1205 MPa) |
环氧树脂复合材料对各种金属基材的粘附力强，消除电化学腐蚀．然而，这些系统不能增加机械强度，也不适用于法兰腐蚀超过阀口的情况腐蚀余量．
表2:根据ASTM D695的修改版本确定的用于金属修复的环氧基复合材料的示例值，更能代表在使用中的应用:
治疗温度 |
厚度 |
抗压强度(屈服) |
68°F(20°C) |
0.24 in（6.0 mm） |
压力(90.3 MPa) |
212°F（100°C） |
0.24 in（6.0 mm） |
16450 psi (113.4 MPa) |
68°F(20°C) |
0.12 in (3.0 mm) |
19910psi (137.3 MPa) |
212°F（100°C） |
0.12 in (3.0 mm) |
23840 psi（164.4 mpa） |
法兰面成形机的应用
应用程序包括手工表面准备，使用配套法兰或预制前成型法兰面，在腐蚀或损坏的基材上混合和应用膏级复合材料。如果有必要的设备在手，维修可以在几小时内交付，对工艺流程的中断最小。
图3。用于法兰面成形应用的附件组件。
预制成形剂可以是金属的，也可以是塑料的，理想情况下可以重复使用，以降低应用成本。包括成形器和其他相关工具的附件套件可以简化和简化应用程序。
接受考验
在过去十年中，开展了强有力的实验室和现场测试。到目前为止的结果表明，环氧树脂材料可以推荐用于保护或修复焊接颈法兰和环形连接法兰．
由伍德集团在2003年确认，环氧树脂材料可以用于维修#150，#300和#600压力等级系统的法兰，如表3所示。世界上一些最大的独立原油和天然气生产商已经将其使用标准化聚合物在可能的情况下，使用本文中描述的类似成形技术修复法兰面所用的材料。如果按照制造商的指导方针进行聚合物修复，则可以有效地形成合适的密封面，防止裂缝和电偶腐蚀。
表3:木组法兰面在不同工况下的成形性能数据。
压力(psi) |
测试 |
测试压力(巴格) |
测试温度 |
评论 |
150 |
OIS有限 |
30日(开始) |
59°F(15°C) |
60分钟软垫片 |
30日(结束) |
59°F(15°C) |
没有泄漏 |
||
300 |
母井桥检验有限公司 |
81(开始) |
67.1°F(19.5°C) |
30分钟 |
81(开始) |
67.1°F(19.5°C) |
软垫片，无泄漏 |
||
600 |
母井桥检验有限公司 |
160(开始) |
67.1°F(19.5°C) |
30分钟 |
159（结束） |
67.1°F(19.5°C) |
螺旋垫片，无泄漏 |
时间最重要的考验
法兰面腐蚀是影响法兰面腐蚀的一个常见问题压力容器，面部需要完全隔离，以防止氧化．
早在2008年，四个新建的压力容器，两个脱盐器，一个脱水机和一个分隔符．该设备设计用于在巴西248°F(120°C)条件下处理碳氢化合物浮动生产存储和卸载单元（FPSO）．这些容器是去除原油流中高矿化度地层水的关键设备。
经过仔细评估设计和操作温度和压力，以及预期抗化学腐蚀要求，规定了一种总容器防腐解决方案。整个容器内部都内衬了陶瓷填料酚醛清漆环氧树脂涂层．由于环氧树脂涂层和复合材料的使用，通常容易受到腐蚀的难以进入的区域，如小口径喷嘴和法兰面，与环境隔离。预制成形机设计用于在凸缘面上形成材料。
然后将船只在未来三年内在Jubarte领域运行的FPSO进行服务。2013年2月，其中一艘船舶被打开检查，结果被描述为“完美无瑕”。衬里，复合形状的法兰面和小孔喷嘴都处于出色的状态，没有迹象恶化．
北海FPSO法兰维修
2014年11月，在环境温度下处理海水的FPSO惰性气体发生器系统的甲板水封受损内部腐蚀．现有的涂层失效导致相邻法兰上严重的金属损失。采用成形剂和环氧复合材料对2"、4"和24"法兰面进行了改造。
图4。复合材料修复前腐蚀的4英寸法兰面。
整个解决方案，从第一次通知到之前的24英寸法兰的制造，在不到一周的时间内完成。该船重新投入使用，对生产周期的影响最小。
图5。复合材料修复后的4英寸法兰面腐蚀。
使用复合材料修复和保护法兰面是一种可行的替代方案，因为热加工是不可取的，而且关闭可能过于昂贵。聚合物材料的进一步创新包括速度更快治疗时间这使得复合材料技术在法兰维护和保护方面更具吸引力。
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引用:
- 健康与安全执行，HSE海上外部腐蚀指南，2006年。
- 健康和安全执行部，HSE信息表。海上油气泄漏(HCRs)。离岸资料单第2/2009号。
- 应用相控阵超声检测(paut)评价法兰表面腐蚀。作者:Gopal Sankar, R.。《国际当代研究杂志》第5卷，第03期，493-500页，2013年3月。
- Guang Xi Jin等。”乙二醇装置蒸发系统冷凝水收集器封头腐蚀失效分析，“工程失效分析，第22卷，2012年6月，113-120页。
- 健康和安全执行部，HSE信息表。高温氯化物环境中双相不锈钢管道系统的应力腐蚀开裂。海外资料单第7/2007号。
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