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1、地面集输用 20#与 20G 管抗腐蚀性能比照争论黄晓辉;刘海璋;牛爱军;牛辉;任永峰;施宜君【摘 要】Adopting methods of passing H2 S test, high temperature and high pressure reactor simulation, electrochemical test and so on, the corrosion resistance of 20#/20G seamless steel pipe was compared. The results show that the hydrogen resist-ance crack
2、ing ( HIC) and the resistance to sulfide stress corrosion cracking ( SSCC) of the 20#/20G pipe have excellent corro-sion resistance, and under two conditions of high temperature and high pressure, the corrosion rate is between 0.2819 mm/a and 0.3337 mm/a, the results of polarization curve and electr
3、ochemical impedance spectroscopy further prove that the corrosion rate of sample tubes is slightly different depending on the working conditions. The results show that the 20 #/20G sample pipe can completely security to serve under acidic conditions, and select materials reasonably according to simi
4、lar working conditions.%承受通 H2S 试验、高温高压反响釜模拟、电化学试验等方法,对 20#/20G 无缝集输钢管进展了腐蚀性能比照,争论觉察,20#/20G 试样管的抗氢致开裂(HIC)和抗硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)性能均比较优异,在高温高压两种工况下,腐蚀速率为 0.28190.3337 mm/a,极化曲线和电化学沟通阻抗谱结果进一步证明试样管腐蚀速率依据工况环境略有不同.争论结果说明,20#/20G 试样管可完全满足含硫工况下酸性油气的安全输送,并依据类似工况进展合理选材.【期刊名称】管道技术与设备【年(卷),期】2023(000)003【总页数】4 页(P
5、33-36)【关键词】20#;20G;集输管;硫化物应力腐蚀开裂;电化学;腐蚀速率【作 者】黄晓辉;刘海璋;牛爱军;牛辉;任永峰;施宜君【作者单位】国家石油自然气管材工程技术争论中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡 721008;国家石油自然气管材工程技术争论中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡 721008;国家石油自然气管材工程技术争论中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡721008;国家石油自然气管材工程技术争论中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡 721008;国家石油自然气
6、管材工程技术争论中心,陕西宝鸡721008;宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡 721008;国家石油自然气管材工程技术争论中心,陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡 721008【正文语种】中 文【中图分类】TG1150 引言金属管线很简洁腐蚀，尤其是自然气中的 H2S 气体对一些集输管具有严峻的腐蚀破坏作用，严峻影响管线的使用寿命1-2。一般集输管道的特点是口径小、压力低，且管材多承受无缝钢管3。本文模拟多种工况环境，对 20#、20G 无缝钢管进展环境适用性评价，通过对 20#、20G 集输无缝钢管进展腐蚀加速模拟试验， 以便更好地了解管材的耐腐蚀性能是否满足使用环
7、境的需求，并依据不同工况合理选材。1 试验材料试验选用的地面集输 20#无缝钢管规格为 603.5 mm、20G 无缝钢管规格为607 mm。管材的化学成分对管材的可焊性、延迟裂纹的倾向性及应力腐蚀开裂敏感性和氢致开裂敏感性有重要的影响4，为不产生焊接裂纹，在进展成分设计时，20#管、20G 管均承受低 Mn 设计，并对 P、S 元素进展了净化掌握，区分在于 20G 管比20#管增加了微量微合金元素。承受 PDA-7000 直读光谱仪对 20#管、20G 管进展化学成分检测，结果见表 1。将 20#管、20G 管的碳当量掌握在 Ceq0.36%， 可确保管端对焊焊接的适配性。表 1 20#/2
8、0G 管材化学成分分析(质量分数) %试样CSiMnPSCu+Ni+CrCeq20#0.200.220.450.0130.0080.050.28020G0.190.210.4 60.0190.0090.200.292承受 DMI 5000M 金相显微镜对 20#管、20G 管进展金相微观组织分析，如图 1 所示。两种管材微观组织均为铁素体(F)和少量珠光体(P)，组织分布均匀，晶界干净。(a) 20#管(b) 20G 管图 1 20#/20G 管金相微观组织照片对 20#管、20G 管取纵向矩形拉伸试样，承受 Z1200KN 万能材料试验机进展拉伸试验，承受 PSW750J 示波冲击试验机进展
9、夏比冲击性能检测，常温下的夏比冲击值换算成标准尺寸数值，拉伸及冲击性能等检测试验结果见表 2。20#管、20G 管检测结果均分别符合 GB/T8163-2023 和 GB5310-2023 标准要求。表 2 20#/20G 管材力学性能试样取样位置母材屈服强度 Rt0.5/MPa 母材抗拉强度 Rm/MPa 屈强比(Rt0.5/Rm)母材伸长率/%母材夏比冲击功/J 母材硬度/HV1020#纵向 3433554794850.710.74222470150159GB/T8163-2023 标准要求纵向24541053020试样取样位置母材屈服强度Rt0.5/MPa 母材抗拉强度 Rm/MPa 屈
10、强比(Rt0.5/Rm)母材伸长率/%母材夏比冲击功/J 母材硬度/HV1020G 纵向 3483584594630.750.78242880154 181GB5310-2023 标准要求纵向24541055024402 抗 H2S 腐蚀性能由于管材的抗 H2S 性能与管材的成分、加工工艺、组织构造等因素亲热相关5-7， 为确保硫化物环境中地面集输 20#管、20G 管使用的安全性和牢靠性，对于 20#管、20G 管必需进展抗氢致开裂(HIC)性能和抗硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)性能试验。2.1 HIC 试验依据 NACE TM0284-2023 要求，承受美国 CORTEST 集成式测试系
11、统，对 20# 管、20G 管通入饱和硫化氢，进展 HIC 试验，溶液初始 pH 值为 2.7，试验完毕时pH 值为 3.7，浸泡 96 h 后，取出试样进展宏观检查，全部试验外外表均未觉察氢鼓泡和任何微裂纹，对试样切开并抛光剖面，用显微镜进一步观看，20#管、20G 管全部试样的每个剖面上均无任何 HIC 裂纹，裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度率(CLR) 和裂纹厚度率(CTR)测试结果均为 0，如表 3 所示。可见，20#管、20G 管对 HIC 均不敏感。图 2 为 20#管、20G 管 HIC 试验后形貌。(a) 20#管(b) 20G 管图 2 20#/20G 管 HIC 试验后形貌表
12、 3 20#/20G 管 HIC 敏感性试验结果试样 CSRCLRCTR20#0,0,00,0,00,0,020G0,0,00,0,00,0,0NACE TM0284-2023要求2%15%5%2.2 SSCC 试验依据 NACE TM0177-2023，承受美国 CORTEST 集成式测试系统，对 20#管、20G 管进展四点弯曲试验，选用 A 溶液(硫化氢饱和的 5%NaCl+0.5%冰乙酸溶 液)，试验前溶液 pH 值为 2.7，试验后 pH 值不大于 4。试样分别在 72%、90% 最小屈服强度(SMYS)水平应力下加载 720 h。表 4 为 20#/20G 管的 SSCC 试验结果
13、，在 2 种应力载荷下，全部 20#管、20G 管试样均未发生 SSCC 开裂。图 3 为 90%SMYS 应力下，720 h SSCC 试验后试样形貌。可见，20#管、20G 管均具有优异的抗 SSCC 性能。表 4 20#/20G 管 SSCC 试验结果试样名义屈服强度/MPa 应力水平 72%SMYS 应力水平 90%SMYS 母材焊头母材焊头微观宏观微观宏观微观宏观微观宏观20#245 无裂纹未裂无裂纹未裂无裂纹未裂无裂纹未裂 20G245 无裂纹未裂无裂纹未裂无裂纹未裂无裂纹未裂 NACE TM0177-2023 要求未裂(a) 20#管加载 90%SMYS(b) 20G 管加载 9
14、0%SMYS 图 3 20#/20G 管 720 h SSCC 试验后形貌3 高温高压模拟试验承受高温高压釜测试系统对 20#管、20G 管分别进展腐蚀速率模拟试验，试验模拟国内两种大型油气田的工况溶液，以便进展高温高压腐蚀速率比照试验，表 5为模拟工况溶液的成分，在两种工况溶液下的高温高压釜试验过程中，都通入 0.2MPa CO2,总压保持在 10 MPa，试验温度 110 ，试验时间 168 h。两种工况主要区分是，总矿化度和 Cl-有较大差异，试验依据 NACE TM0171-1995 标准进展。表 5 模拟工况溶液成分 mg/L 环境 Na+K+Ca2+Mg2+HCO-3SO2-4 工
15、况 15 3916 553239225719 工况 233 7603 3095222786 环境 Cl-Ba2+Sr2+总矿化度工况 119 7940032 921 工况 259 7003155498 160试验完毕后，进展清洗称重测量计算。表 6 为高温高压模拟试验后 20#/20G 管材腐蚀速率，可见在两种高温高压工况下模拟试验，试样管腐蚀速率根本相当，腐蚀速率均值均为 0.281 90.333 7 mm/a，工况 1 环境下平均腐蚀速率，20#管20G 管，工况 2 环境下腐蚀速率，20#管20G 管。图 4 为高温高压模拟试验后试样的宏观腐蚀形貌。由图 4 可见，试样外表根本呈麻状面均
16、匀腐蚀形貌，无明显局部腐蚀坑，在低倍显微镜下检查，全部试样均末觉察任何外表开裂或裂纹。高温高压腐蚀速率显示，在工况 1 环境下，耐腐蚀力量为 20G 管强于 20#管。在工况 2 环境下，耐腐蚀力量为 20#管强于 20G 管。表 6 20#/20G 管材高温高压模拟试验腐蚀速率 mm/a 环境材质腐蚀速率单值平均工况 120#0.314 80.336 40.305 80.319 020G0.267 50.304 20.346 50.3061 工况 220#0.263 60.295 10.287 10.281 920G0.339 70.314 70.346 80.333 7(a) 20#管试样
17、(工况 1)(b) 20G 管试样(工况 1)(c) 20#管试样(工况 2)(d) 20G 管试样(工况 2)图 4 高温高压模拟试验后试样宏观腐蚀形貌4 电化学试验承受 PGSTAT128N 电化学工作站对 20#管、20G 管进展电化学极化试验，试验过程中承受 3.5%NaCl 溶液介质，通过参加硝酸调整 pH 值为 3(酸性)，试验温度19 。由图 5 可知，20#管、20G 管试样阳极极化曲线都较平缓，阴极曲线消灭相对明显的钝化区(斜率较大区域)，20#管腐蚀电流密度比 20G 管大，但是 20#管比 20G 管自腐蚀电位高，说明 20G 管中添加少量微合金元素使这种溶液的抗腐蚀性能
18、比 20#管差。对 20#管、20G 管进展沟通阻抗测试，由图 6 可知，20#管 RP 值为 433.9 ，而 20G 管 RP 值为 200.8 ，20#管沟通阻抗大于 20G 管沟通阻抗，阻值越高说明其腐蚀速率越低，可见在酸性 3.5%NaCl(pH=3)溶液中，20G 管比 20#管更易受到腐蚀。图 5 酸性 3.5%NaCl(pH=3)溶液电化学腐蚀图图 6 酸性 3.5%NaCl(pH=3)溶液沟通阻抗图5 结论(1) 20#管、20G 管的抗 HIC 性能试验说明全部试样外外表均未觉察氢鼓泡现象， 切开后也未见任何裂纹，具有良好的抗 HIC 性能。20#管、20G 管的抗 SSC
19、C 性能优异，在 90%SMYS 应力条件下也未见任何裂纹，说明 20#管、20G 管完全可满足含硫工况下的集输要求，可安全输送酸性油气。(2) 20#管、20G 管在不同使用环境下，腐蚀速率略有不同，模拟的 2 种工况环境条件时，高温高压釜测得平均腐蚀速率 0.281 90.333 7 mm/a，电化学试验进一步证明，在集输管线选管时可依据不同工况合理选材，以便更好的到达相应的防腐要求。参考文献：1 黄晓辉,牛辉,张冬冬,等.低 Mn 高 Nb 抗酸性 X65MS 直缝埋弧焊管研制J.石油化工腐蚀与防护，2023，32(2)：6-10.2 周艳杰,池坤,黄云虎,等.长庆靖边气田集输管网的优化
20、J.油气田地面工程,2023,32(11)：76-78.3 罗慧娟,张志浩.苏里格气田集输管道管材的耐蚀性评价J.石油工程建设,2023,41(2):82-85.4 褚武扬,谷飚,高克玮.应力腐蚀机理争论的进展J.腐蚀科学与防护技术， 1995,7(2):97-101.5 JI S K，YOU H L，DUK L L，et al. Microstructural influences on hydrogen delayed fracture of high strength steelsJ. Materials Science and Engineering：A，2023，505(1/2)：105-110.6 毕宗岳，黄晓辉，牛辉.X65MS 耐酸性埋弧焊管的研制J.焊管，2023， 36(12)：10-14.7 黄晓辉，毕宗岳，牛辉，等.抗酸性 X70MS 直缝埋弧焊管的研制J.焊管，2023，37(6)：5-10.