砂粒浓度对X80管线钢冲刷腐蚀行为的影响

海底原油输送管道中砂粒对管壁的损伤十分严重。针对管道内壁存在砂粒冲刷腐蚀现象,以X80管线钢为例,研究不同砂粒浓度对X80管线钢在含Cl-溶液中冲刷腐蚀行为的影响。采用失重法、动电位极化曲线、电化学阻抗技术和腐蚀形貌观察进行实验研究,结果表明:在实验范围内,不同砂粒浓度下的冲刷腐蚀电化学测试结果表现出相似的电化学行为,随着砂粒浓度的增加,X80管线钢的冲刷腐蚀速率逐渐增大;当砂粒质量分数为2.5%时,过量的砂粒会造成"屏蔽效应",冲刷腐蚀效率反而降低;X80管线钢的冲刷腐蚀形貌以腐蚀为主,表面有明显的颗粒冲刷痕迹,冲刷腐蚀机理为腐蚀与机械冲刷协同作用。该研究结果对海底原油输送管道的防护具有重要意义。     

水溶性咪唑啉缓蚀剂对X80管线钢的缓蚀性能研究

为了研究动态条件下水溶性咪唑啉缓蚀剂对管线钢的缓蚀性能,以X80管线钢为研究对象,采用旋转圆柱电极装置结合电化学法和失重法,研究X80管线钢在含不同水溶性咪唑啉缓蚀剂浓度下的多相流(0.5%石英砂+3%NaCl的水溶液)中的冲刷腐蚀行为。对失重量、电化学阻抗谱以及Tafel曲线进行分析的结果表明,咪唑啉缓蚀剂对金属的阳极反应以及阴极反应都有明显的抑制作用:当咪唑啉缓蚀剂的质量分数低于0.8%时,冲刷腐蚀速率随着缓蚀剂的增加而降低;当缓蚀剂的质量分数为0.8%时,金属表面吸附的缓蚀剂达到饱和状态,缓蚀作用最强,冲刷腐蚀速率最低;当缓蚀剂的质量分数大于0.8%时,冲刷腐蚀速率上升。作为混合型缓蚀剂的水溶性咪唑啉,通过其"几何覆盖效应"对X80管线钢起到了缓蚀作用,因而咪唑啉缓蚀剂的最佳质量分数为0.8%。     

X80钢在不同砂粒粒径下的多相流中的冲刷腐蚀行为

在原油长距离输送过程中,冲刷腐蚀是一直威胁管道运输安全的重要因素之一。在冲蚀的过程中,管道内流场及砂粒粒径变化导致砂粒冲蚀机理变得十分复杂。为了研究动态条件下,砂粒粒径对于管道冲刷腐蚀规律的影响,以X80管线钢为研究对象,采用旋转圆柱电极装置结合电化学法和失重法,研究X80管线钢在不同砂粒粒径下的多相流中(0.5%砂+3%NaCl的水溶液)的冲刷腐蚀行为,通过对失质量、电化学阻抗谱以及tafel曲线进行分析表明:X80管线钢的质量损失速率出现先增大后减小的现象,砂粒粒径在120～212μm时存在临界砂粒粒径,对应的临界质量损失速率为1.1163 mg/(cm~2·h);在上述粒径下,腐蚀电流密度和反应电阻出现极大值和极小值。因此,粒径在120～212μm时,砂粒对X80钢的冲蚀损害最大。     

长输管线氯离子腐蚀行为研究

输油管道内壁的腐蚀主要由原油中的腐蚀介质引起。针对管道内壁存在氯化物腐蚀的现状,以管道出口站为研究对象,采用极化曲线测试方法和电化学阻抗谱测试技术,对目前常用的3种管线钢X70、X80和X100进行内腐蚀行为研究。研究结果表明,在试验的Cl-质量浓度范围内,呈现出低浓度Cl-促进腐蚀,高浓度Cl-抑制腐蚀的趋势;当Cl-质量浓度为40 mg/L时,3种管线钢的腐蚀速率最大,腐蚀最严重,X70耐Cl-腐蚀性能最差;当Cl-质量浓度较低时,X100的耐腐蚀性能最强;当Cl-质量浓度较高时,X80的耐腐蚀性能最强。该项研究结果对于输油管线内腐蚀行为的深入研究具有重要意义。     

西气东输二线X80管线钢内腐蚀行为的研究

以西二线X80管线钢为对象,采用动电位极化和交流阻抗技术研究了不同质量分数的Cl-和SO2-4在西二线清管产物模拟溶液中X80钢内腐蚀行为,探讨了西二线管道内腐蚀机理。实验结果表明,X80管线钢在只含不同质量分数的Cl-模拟溶液中的极化曲线都呈明显的活化控制,且随着Cl-质量分数的增大,X80钢的腐蚀电流密度icorr大幅增大,X80钢的腐蚀速率增大;X80在含质量分数为0.05%Cl-、不同质量分数的SO2-4模拟溶液中的极化曲线同样呈明显的活化控制,但是随着SO2-4质量分数的增大,X80钢的腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势,SO2-4质量分数为0.50%时,腐蚀电流密度icorr达到最大值,腐蚀最为严重;当模拟溶液中同时含有Cl-和SO2-4时,X80钢的腐蚀电位与只含Cl-时相比均有所降低,腐蚀电流密度均增大;当Cl-和SO2-4共存时,随着SO2-4质量分数的增加,SO2-4能快速地吸附在金属表面,阻碍Cl-的吸附,减小了Cl-对金属的腐蚀。     

X80管线钢焊接接头在含硫介质中耐蚀性的研究

针对钢管油气输送过程中硫腐蚀严重的现象,重点讨论了硫离子体积分数以及温度对输油气钢管腐蚀性的影响,研究了采用两种不同焊丝焊接的X80管线钢焊缝的腐蚀趋势、腐蚀速率及表面腐蚀形貌,揭示了X80管线钢焊接接头耐硫腐蚀的特性及耐蚀机理。研究结果表明,随着温度的升高和体积分数的增大,采用H05MnN iMo焊丝比采用H06H1焊丝焊接的焊缝耐蚀性好。     

二氧化碳驱油集输管道腐蚀机理研究

CO_2驱在油田现场应用良好,但CO_2会造成长输管道点状腐蚀等问题,管道易发生穿孔。为此,研究某油田特低渗透储层采出液水质及腐蚀产物性质,化学分析实验室能谱和微观电镜扫描,结合集输管道现场挂片腐蚀实验,对CO_2驱集输管道的腐蚀机理进行研究。试验结果表明:CO_2的腐蚀速率受多种因素影响,如温度、成垢金属离子(Ca2+、Mg2+)浓度、S2-浓度和Cl-浓度,其中温度对腐蚀速率的影响最大。该油田管道腐蚀类型为电化学腐蚀,管道金属材质经电化学反应生成沉淀物和氢气,长输管道输送流体时,H+渗入长输管道基质内部与管材发生脱碳反应,导致管道某些部位产生细小裂缝,采出液中各种金属离子和Cl-在不同的腐蚀机理影响下通过各种反应过程造成CO_2驱长输管道的腐蚀。     

催化裂化油浆管道冲蚀损伤预测方法研究

以催化裂化油浆泵出口管道为研究对象,基于高温硫腐蚀和催化剂冲刷磨损机理分析,构建了一种适用于腐蚀、冲刷共同存在环境下的管道冲蚀损伤特性数值模拟预测方法,将流体流动、物质传递、化学反应和固体粒子追踪等多物理场模型耦合,获得流动参数、腐蚀介质浓度、催化剂碰撞角度分布,采用冲刷磨损速率、腐蚀减薄速率和表面减薄速率分别对冲刷、腐蚀和二者协同作用进行定量表征,并通过动态旋转挂片试验验证了数值模拟结果。结果表明：较大的压力、紊乱的流态能够驱动颗粒不规则运动,产生较大的冲刷磨损风险,也使管道近壁面的腐蚀介质分布不均匀,泵出口和水平直管段前端腐蚀介质浓度相对较高;在腐蚀-磨蚀协同作用下,管道壁面减薄速率平均值为0.46 mm/a,最大减薄速率可达0.55 mm/a;模型预测的损伤程度和减薄速率与实验结果基本吻合,研究成果可为管道损伤监测和寿命预测提供支持。     

流砂条件下P110钢冲刷腐蚀规律研究

采用旋转圆盘冲刷装置测试了P110钢在多因素耦合条件下的冲刷腐蚀速率,装置配有电化学测试仪,通过失重法和电化学测试相结合的方式比较砂粒尺寸、含砂量、液体流速等对流砂条件下P110钢冲刷腐蚀情况的影响,利用扫描电子显微镜观察冲刷腐蚀后的形貌。结果表明:相同介质中,液体流速、砂粒尺寸与P110钢表面受力学作用强度呈正比关系;由于Cl-对钢材表面钝化膜的破坏作用,NaCl浓度值越大腐蚀失重速率越高;冲刷过程中,砂粒的表面粗糙度降低,而后因破碎作用而恢复,同一冲刷条件下,冲刷腐蚀速率随时间先降低,后升高;含砂量对冲刷腐蚀速率的影响存在一个临界值——3%(质量分数),超过临界值时随含砂量先增大后减小,腐蚀速率降低是大量固体颗粒沉积导致的"屏蔽效应"所引起的。     

压裂过程超级13Cr油管冲刷腐蚀交互作用研究

压裂过程中,高速含砂流体引起的冲蚀-腐蚀协同作用是引起油管、井下工具等设备失效的重要原因之一。利用自行研制的喷射式冲蚀试验装置,以质量分数3.5%的NaCl含砂液、固两相流体模拟加砂压裂液,采用失质量法研究了压裂排量对超级13Cr油管材料的冲刷磨损和腐蚀交互作用。研究结果表明,在质量分数3.5%的NaCl含砂流体中,超级13Cr油管用钢冲刷和腐蚀交互作用可以分为冲刷加速腐蚀和腐蚀加速冲刷磨损2部分。以114.3 mm×6.88 mm油管压裂为例,在液体排量超过2.65 m3/min时,因为冲蚀加速腐蚀和腐蚀加速冲蚀产生的交互作用都明显增大,导致总的冲蚀速率急剧上升;继续增加排量,交互作用开始由冲刷磨损主导,而冲刷加速腐蚀部分产生的交互作用降低。研究结果可为预防油气田压裂过程超级13Cr油管冲蚀提供参考。     

20~#碳钢在含砂NaCl溶液中的冲刷腐蚀行为研究

以20#碳钢为研究对象,通过旋转圆柱电极冲刷腐蚀装置并配合电化学工作站,研究了不同Na Cl浓度对20#碳钢的冲刷腐蚀行为,量化了纯腐蚀、纯冲刷、腐蚀促进冲刷、冲刷促进腐蚀四种变量对总冲刷腐蚀的贡献程度,并根据量化结果对腐蚀和冲刷之间的交互作用进行了讨论。结果表明:随着Na Cl浓度的增加,纯腐蚀和纯冲刷条件下的失重速率先小幅增加后大幅增加,冲刷腐蚀临界Na Cl浓度为2.5%(质量分数);冲刷促进腐蚀的量先增大后减小,腐蚀促进冲刷的量呈单调递增趋势;不同Na Cl浓度下,E/C值均在0.1～1之间,为电化学-冲刷磨损混合控制,并以电化学腐蚀为主。研究结果可为管道延长寿命及完整性管理提供理论依据和实际参考。     

X80长输油气管道闪光对接焊技术研究

针对长输油气管道建设对焊接质量的要求,对X80管线钢的闪光对接焊工艺进行了研究。通过对长输管道用X80管线钢化学成分及力学性能进行分析,结合选定的焊接方法和焊接工艺,对该管线钢进行了焊接,并对其焊接接头的力学性能进行了测试。结果表明,闪光对接焊得到的焊接接头性能良好,接头的强度、硬度、韧性等性能均满足X80管线钢管的安全要求。所选用的焊接方法和工艺参数可用于该管材的现场焊接。     

流砂条件下P11O钢冲刷腐蚀规律研究

采用旋转圆盘冲刷装置测试了P110钢在多因素耦合条件下的冲刷腐蚀速率,装置配有电化学测试仪,通过失重法和电化学测试相结合的方式比较砂粒尺寸、含砂量、液体流速等对流砂条件下P110钢冲刷腐蚀情况的影响,利用扫描电子显微镜观察冲刷腐蚀后的形貌。结果表明：相同介质中,液体流速、砂粒尺寸与P110钢表面受力学作用强度呈正比关系;由于Cl^-对钢材表面钝化膜的破坏作用,NaCl浓度值越大腐蚀失重速率越高;冲刷过程中,砂粒的表面粗糙度降低,而后因破碎作用而恢复,同一冲刷条件下,冲刷腐蚀速率随时间先降低,后升高;含砂量对冲刷腐蚀速率的影响存在一个临界值——3％（质量分数）,超过临界值时随含砂量先增大后减小,腐蚀速率降低是大量固体颗粒沉积导致的“屏蔽效应”所引起的。     

输氢管道采用X80管线钢的设计建议

高强度管线钢常被用于长距离、大输量天然气管道输送,然而目前的输氢管道采用低强度管线钢,以避免氢脆的产生。为了探究大直径X80管线钢输送加压氢气的能力,对X80管线钢试样进行了拉伸、韧性、裂纹扩展和圆片破裂试验。根据试验结果,分析了输氢管道压力对试样缺陷临界尺寸的影响,从而对X80输氢管道的设计提出了建议。研究表明,在一定输送能量下,氢的运输成本可能比天然气高出数倍。此外,尽管低强度钢的氢脆敏感性更低,但使用高强度钢建造输氢管道比使用低强度钢可带来10%～40%的成本效益。     

海水流速对X80管线钢极化曲线的影响

为了研究海水流速对海底管线钢极化曲线和阴极保护的影响规律,以更有效地控制海底管道腐蚀,利用旋转圆柱电极实验装置模拟得到海水流速为0~3.5 m/s时管线钢的极化曲线,通过分析自腐蚀电位和腐蚀电流密度的变化评价X80管线钢腐蚀状况。利用得到的极化曲线作为边界条件,应用有限元数值模拟方法引入防腐层击穿系数ξ,分别研究海底管道在裸钢(ξ=1)、涂层破损严重(ξ=0.1)、涂层破损较轻(ξ=0.01)时表面电位、阳极反应电流密度、阴极反应电流密度的分布情况。研究结果表明,在X80管线钢三种不同的表面状态下,海水流速对阴极保护的影响规律有很大差别,该结果可为海底管道现场腐蚀防护提供工业指导。     

页岩气采气管线材料L360N钢的含砂冲蚀行为研究

页岩气开采初期井口装置存在严重冲刷腐蚀,影响采气安全及经济效益。为了制定有效的防治方案,以L360N管线钢为研究对象,研究了材料在含砂冲蚀条件下的损伤行为规律。利用喷射式冲蚀实验装置,采用失重、形貌观察等方法,研究了模拟液固冲蚀条件下,含砂量和攻角对材料冲刷腐蚀损伤的影响规律。结果表明:射流速度为8 m/s、攻角为90°、砂的质量分数为7%时,材料的损伤最大;质量分数为3%时最低,冲蚀240 min后的累积失重约是质量分数为7%时的52%;射流速度为8 m/s、砂的质量分数为5%条件下,30°攻角时损伤最大,60°攻角时损伤最小,约为最大值的48%。     

影响曼尼希碱型酸化缓蚀剂性能的因素

采用静态失重法研究了曼尼希碱型酸化缓蚀剂缓蚀性能的影响因素,采用扫描电子显微镜研究和分析了N 80钢片表面的腐蚀情况,还采用能谱法研究了N 80钢片腐蚀后组成的变化情况。结果表明,氯化钠、Fe3+质量浓度增大时腐蚀速率增大,缓蚀剂用量增大时腐蚀速率减小,盐酸含量增加时腐蚀速率增大,接触时间延长时腐蚀速率增大,温度降低时腐蚀速率减小;当缓蚀介质用量为500 mL,盐酸、缓蚀剂质量分数分别为15%,1.0%,90℃下处理4 h,N 80钢片的腐蚀速率为3.9887 g/(m2·h),可满足SY/T 5405—1996对酸化缓蚀剂一级品的质量要求。     

不同含水率土壤环境对X80管线钢腐蚀影响研究

为分析X80管线钢在真实土壤环境下的腐蚀特征,以西气东输管线穿越区现场不同土壤环境为基础,配置模拟溶液浸泡X80钢样本,测定不同含水率情况下的样片交流阻抗谱,得到极化电阻、双层电容、膜电阻、膜电容等信息,分析不同实验模拟参数下的Tafel常数、腐蚀电流密度,并通过实验数据得出腐蚀速率规律。实验研究表明:不同土壤含水率对土壤环境影响巨大,改变其离子活跃程度、土壤透气性等机理,对腐蚀行为造成交互作用;含水率对金属腐蚀影响程度较大,而中等含水率(50%～65%)环境下腐蚀程度最为剧烈,大量OH~-与Fe~(2+)会在电极表面形成吸附双电层,导致较大感抗弧效应。     

多相流动下温度、氯离子浓度及CO_2分压对X60钢腐蚀的影响

利用自制高低起伏管路模拟腐蚀实验装置,研究了在起伏管路多相流冲刷作用下,不同温度、氯离子浓度和CO_2分压对X 60管线钢的腐蚀速率、腐蚀形态以及腐蚀产物膜形貌的影响。结果表明:随着温度的增加,试样腐蚀速率呈先逐渐增大后逐渐减小趋势,在65℃左右出现峰值;较低温度时,试样表面局部覆盖少量腐蚀产物膜,冲蚀协同作用造成试样表面产生严重的点蚀、沟槽状腐蚀等;温度较高时试样表面产物膜覆盖增多增厚,其对基体的保护作用越来越强,腐蚀速率降低,局部腐蚀特征不明显。随着氯离子浓度的增大,试样腐蚀速率呈先增大后下降又逐渐上升趋势;浓度较低时,多相流动冲刷剪切力造成表层剥离,加剧材料质量损失;浓度较高时,表面产物膜厚且疏松,产生了点蚀或坑蚀等。随着CO_2分压的增加,试样腐蚀速率呈先逐渐增大后减小的趋势;较小分压下基本上形不成产物膜;中等分压下生成的产物膜致密性和厚度增大,但是与基体的结合力较小,产物膜的破坏脱落严重,腐蚀速率较大;较大分压下生成的产物膜较厚且致密,对基体的保护性增强,腐蚀速率较低。     

X80管线钢在不同矿化度油田采出液中的腐蚀行为研究

为了研究X80管线钢在不同矿化度油田采出液中的腐蚀行为,利用高温高压釜动态模拟试验研究了在60 ℃、CO2分压1.5 MPa、流速1.5 m/s、含水率40%条件下不同矿化度对X80管线钢在模拟油田采出液中的腐蚀情况,并利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对试样表面腐蚀产物形貌和成分进行了分析。结果表明,随矿化度增加,X80钢平均腐蚀速率降低,腐蚀形态呈现严重局部点蚀、轻微点蚀和均匀腐蚀的变化规律;腐蚀产物膜厚度随矿化度降低而减小,在矿化度为20 g/L时,试验钢的腐蚀最为严重,产物膜最厚,腐蚀产物主要为FeCO3及少量Fe和CaCO3。