316不锈钢之所以“不锈”，是因为其表面有一层透明而且坚硬的氧化膜，对钢铁的附着力极强，有如一道隐形的防护服把钢铁保护起来。因此，要有效利用不锈钢的这种“不锈”特性，就要保护好这层薄薄的氧化膜，一旦氧化膜被破坏，不锈钢同样也会生锈。

随着海洋石油事业的蓬勃发展，越来越多的不锈钢在海洋平台上大显身手。海洋平台矗立在大海之中，高湿度和高盐度的恶劣环境对于不锈钢是严峻的考验。316不锈钢因其价格适中，性能优良，得到了广泛应用。因为不锈钢的不锈特性主要起决于其表面氧化膜，必然要求该材料在制造、加工、储运过程中进行适当的保护和管理，以避免破坏或污染其氧化膜，从而引发快速的局部腐蚀。本文对海洋平台上316不锈钢的应用情况进行梳理和分析，总结出不锈钢材料的正确使用方式和保护建议。

一、316不锈钢特性

316属于奥氏体不锈钢，在常温下具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢无磁性，具有良好的耐蚀性和耐热性，良好的焊接性能以及高的韧性和塑性，强度较低。其晶体结构是面心立方结构(FCC,见图1)。

图1 316不锈钢晶体结构

316不锈钢中主要的合金元素为铬Cr、镍Ni和钼Mo，含量为Cr：16%~18%，Ni：10%~14% ，Mo：2%~3%。其中，铬Cr是不锈钢中最重要的合金元素，可以说没有铬，就没有不锈钢。钢中若没有足够的铬就无法形成致密的Cr2O3氧化膜结构，也就无法抵挡腐蚀发生。因此，铬对不锈钢的耐蚀性起着决定性作用。

镍Ni是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素，镍在不锈钢中是形成稳定奥氏体的元素，镍的作用是在与铬配合后才发挥出来的，使不锈钢具有良好的强度、塑性、韧性和一系列优良的工艺性能。钼Mo在不锈钢中主要作用是提高不锈钢的耐腐蚀能力、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等性能，尤其可以改善不锈钢耐氯离子腐蚀的能力，更适用于海洋大气环境。这也是海洋平台上使用的316不锈钢经常被强制要求钼含量＞2.5%的原因所在。

除了上述3种重要的合金元素外，316不锈钢中还添加了氮N元素，氮在奥氏体不锈钢中广泛应用是近20年来不锈钢发展中的重大进展，它的有益作用显著而且副作用较小，它可以在空气中随意获取，生产中加入方便也易于控制。氮是强烈形成并稳定奥氏体的元素，可以提高奥氏体不锈钢的耐点蚀、耐缝隙腐蚀、耐氯化物应力腐蚀性能。

另外，对于需要焊接的场合，低碳的316L不锈钢比316更具优势。316L不锈钢将含碳量降低至0.03%以下，较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中析出的碳化合物量减低，金相组织更加均匀，因此，316L不锈钢可焊性和焊后耐蚀性都更加优良。在海洋平台上，需要焊接的场合多采用316L不锈钢代替316不锈钢。

不锈钢与碳钢的腐蚀形式不同。一般情况，碳钢多发生均匀腐蚀，即腐蚀在整个钢表面进行，面积大但速度慢；不锈钢多发生局部腐蚀，即腐蚀只在局部位置发生，面积小但速度快。衡量不锈钢的耐腐蚀性能，通常用耐点蚀系数PREN来表示，PREN的计算公式如下：

PREN= Cr%+3.3×Mo%+16×N%

从上述公式可以看出，不锈钢的耐蚀性能主要与Cr、Mo和N的含量有关，其中Mo和N的含量对耐蚀性影响较大。316不锈钢的耐点蚀系数约为24~29。

二、316不锈钢在海洋平台应用现状况

中国海洋石油行业的发展始于渤海区域，渤海区域开发出的油气产品腐蚀性不强，很少出现特殊腐蚀介质如二氧化碳，硫化氢更是少见，因此，早期平台上的钢材主要以碳钢材料为主。随着海洋石油事业的不断发展，项目开发区域逐渐扩展到中国的全部海域以及国际海域，并且从浅海逐步走向深海，开发出的油气产品也越来越复杂，二氧化碳和硫化氢等腐蚀性介质含量越来越高，因此对海洋平台上使用的材料等级要求也越来越高。

海洋平台上使用的管线和设备按使用功能区分，主要分为公用系统和工艺系统。

公用系统主要用于处理除油气产品以外的介质，如海水、空气、润滑油、药剂等等，其管线设备常采用316不锈钢的有：化学药剂系统、仪表控制系统、润滑油系统、饮用水系统、容器的加热器等，主要是利用316不锈钢材料的不锈特性，保证内部介质的纯净度要求。

工艺系统主要用于处理海洋平台开采出来的油气产品，其管线设备与油气产品直接接触，如果油气产品中含有二氧化碳、硫化氢等腐蚀介质，通常采用腐蚀计算软件进行腐蚀速率计算，再结合腐蚀评估结果，根据设计标准进行材料选择。当碳钢材料无法满足项目需求时，会优先选择316不锈钢材料，当然还需要综合考虑具体的操作温度和压力等条件。当316不锈钢也无法满足项目需求时，会考虑超级奥氏体不锈钢、双相不锈钢及高镍合金等耐蚀性更好的合金材料。

三、失效案例及分析

3.1 海洋平台腐蚀情况

近几年，有多个南海海洋平台反馈信息，平台上316不锈钢仪表管线频繁发生腐蚀泄露，部分平台在投产后1a左右就出现大面积的管线腐蚀穿孔问题。东海地区的平台也存在少量316不锈钢仪表管腐蚀问题，但316仪表管一般可以安全使用3a或更久的时间；渤海区域海洋平台的316不锈钢仪表管线状态较好，基本没有发现严重的仪表管腐蚀问题。

经对南海和东海平台上316不锈钢仪表管腐蚀问题进行调研，可以看到发生腐蚀泄漏的仪表管线都位于生产操作区域，仪表管表面存在着大量的污垢、水滴、盐渍及腐蚀产物等附着物，还有部分仪表管线排列十分紧密，管与管之间形成了狭小缝隙。腐蚀的仪表管段经清理后，可以看到仪表管腐蚀的典型特征是外部腐蚀，主要形式是点腐蚀（Pitting Corrosion）和缝隙腐蚀（Crevice Corrosion）（见图2）。

图2 仪表管腐蚀

点腐蚀普遍存在，缝隙腐蚀主要存在于仪表管接头和管夹等位置，以及紧密接触的仪表管束位置。环境温度越高，相对湿度越大的海域，腐蚀情况越严重，316仪表管使用寿命也越短。

3.2腐蚀分析

在不锈钢点腐蚀/缝隙腐蚀研究理论中，评价不锈钢材料耐腐蚀能力的两个重要参数是临界点腐蚀温度CPT(Critical Pitting Corrosion Temperature)和临界缝隙腐蚀温度CCT(Critical Crevice Corrosion Temperature)。

资料显示，316L不锈钢在海水环境中的临界点腐蚀温度CPT为 28~31 ℃，如果环境条件中Cl-浓度更高 (如海水在不锈钢表面不断地蒸发浓缩），临界腐蚀温度还会下降。不锈钢材料(包括316)在临界温度以下会比较稳定，一旦环境温度高于临界温度，腐蚀便会产生并加速进行。

据统计，在中国南海地区，日均最低气温在20℃以上的月份总计约7个月；日均最高气温在28℃以上的月份总计约5个月。可见，每年有近一半的时间，南海地区气温是高于316不锈钢的临界点腐蚀温度，意味着每年有很长的时间里316不锈钢都具备腐蚀条件，加之不锈钢表面污染物较多，腐蚀在所难免。

据此可以认为常年相对较高的环境温度和湿度是南海地区仪表管线经常发生腐蚀的重要因素；渤海地区气候相对干燥，气温较低，因此腐蚀情况也较轻；东海气候居中，腐蚀情况也介于两者之间。

除了环境因素，其他影响316不锈钢仪表管腐蚀的因素有如下几个方面：

(1) 制造缺陷：在制造过程中存在内部砂眼等细微缺陷，在内部承压后更容易出现刺漏。仪表管有些刺漏点肉眼基本观察不到，无明显腐蚀现象，应该属于内部缺陷造成穿孔。

(2) 铁离子污染：仪表管从出场、经过库存、安装每个环节都有可能接触普通碳钢结构，造成表面被铁离子污染。

(3) 表面损伤：仪表管搬运、安装、前期平台大规模建造过程中焊渣飞溅，落物碰撞等都会造成仪表管表面损伤，损伤部位更容易发生点蚀。缠绕并不能完全避免前期损伤，还有可能造成类似保温层下腐蚀的现象出现。

(4) 不当操作：严苛的使用环境和不合理的作业方式会加速仪表管外表面的局部腐蚀。例如不定期的海水喷淋系统测试或海水冲洗而未进行有效的淡水冲洗和清洁；海水飞溅；含硫化物的柴油燃烧后的尾气排放等。

(5) 海洋平台空间受限：各种设备管线布局紧凑，部分区域的仪表管排布过于密集容易积累杂物﹑盐分，并且部分仪表管安装于平台下方或高处很难进行有效清洁和维护。钻井液、钻井泥浆、有机或无机污垢沾染仪表管表面，污垢本身含腐蚀性介质，且持水性强，有污渍的表面更容易造成点蚀。

因此，对于南海和东海区域的海洋平台上的316不锈钢仪表管线，建议增加涂层或护套来隔离污染和水汽，延长使用时间；如果工程预算充裕也可以提升材质，采用更高等级的904不锈钢或6Mo不锈钢，这两种不锈钢的耐点蚀系数分别是32~39和42~45，高于316不锈钢，具有更优良的耐腐蚀性能。

四、结语

综上所述，要充分发挥316不锈钢的不锈特性，需要在工程项目各个环节严格要求，对不锈钢进行完整性管理。

（1）在设计采办阶段，对井口区等仪表管密集的地方，应对仪表管路径进行优化设计，合理选择仪表管路径，便于人员后期进行清洁和维护。鉴于目前国内市场上的不锈钢产品良莠不齐，因此设计时对316材质成分、性能和检验要求等需给出严格而明确的规定，采办时对厂家资质信誉进行严格把关。

（2）在建造调试阶段，对不锈钢表面进行妥善保护和管理，避免各类污染。不锈钢或不锈钢内衬的容器试压工作按章操作，避免试压水在容器中长期滞留，以免造成不锈钢过早腐蚀。仪表管的安装应在主要热工作业结束后进行，避免金属焊接和打磨飞溅物造成表面污染。如有污染，应及时清洁，并重新做酸洗钝化。多根仪表管之间应进行隔离，防止仪表管之间存在较小缝隙而积液，严格避免多根仪表管成束捆扎在一起。

（3）在运营维护阶段，按照操作维修手册中给出的后期维护保养方法，保持不锈钢表面清洁并进行定期监测壁厚。不随意改变操作条件，确需改变的需提前进行适应性评估。生产区域格栅甲板下方的仪表管存在杂物沉积﹑盐分凝结的条件，且不易于清洁维护，应当设计有带盖板的全封闭托盘对仪表管进行保护。

316不锈钢因其价格适中，性能优良，在海洋平台上应用十分广泛。但是不锈钢也不是万能的，本文旨在和大家一起全面深刻地认识不锈钢的不锈和生锈，正确地选择和使用不锈钢材料，充分发挥不锈钢的潜力和价值，做到物尽其用，保障海洋平台生产安全。

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