油氣田的腐蝕特征及控制技術-文庫吧

【正文】 0 100 120 140 1604681012 Kttemperat ure Kt20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000. 00. 20. 40. 60. 81. 01. 21. 4 FscaleT emp eratureDe Waard模型中的腐蝕產物膜因子與溫度的關系 Norsok預測模型中考慮的腐蝕產物膜的影響 EeA DpHCBT ??? ??? )(?Nesic機制模型，腐蝕產物膜的孔隙度 腐蝕產物膜的影響 2022/2/13 32 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800481216202428 Corrosion rate mm/yT emperature (c) d e W a a rd 9 5 (P=40 Bar , Pco2 = ba r, V=2 m / s) Pre d i ct ? d e w a a rd 9 1 ▲ N o rso k 不同的軟件預測渤南油田的腐蝕速率 2022/2/13 33 CO2腐蝕預測模型 DW91/93 DW95 Hydrocor LCR+ SweetCor Cassandra 98 KSC Norsok Corpos LIPUCOR Cormed Ohio Tulsa Dream USL Predict 基于現場數據 ? ? ? ? 腐蝕數據 ? 適用于管道和油井 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 膜的作用 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 油潤濕 ? ? ? ? ? ? ? 包括管道頂部腐蝕 ? ? ? ? 鏈接多相流模型 ? ? ? ? ? ? ? ? 管道全評估 ? ? ? ? ? ? 水凝析 ? ? ? ? ? ? ? ? 乙酸 ? ? ? ? ? ? 硫化氫 ? ? ? ? ? 酒精 ? ? ? ? ? ? ? IFE 現場數據評估 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2022/2/13 34 關注點之三： CO2腐蝕防護措施 ? 脫水處理 ? 脫除二氧化碳 ? 碳鋼 +緩蝕劑 ? CRA ? CRA與碳鋼相結合 ? pH穩定劑 ? 內涂層或襯里 ? 管道定期進行清管 ? 監測、定期檢測、腐蝕評估及管道完整性評估 – 合理的方案需從技術、經濟等多方面綜合考慮。在防腐措施選用時，必須結合實際情況，綜合考慮安全性和經濟性。進行經濟性分析時，不僅要考慮材料本身的費用，而且要考慮操作費用，添加緩蝕劑、停產檢修等發生的費用往往很大，生產周期越長，操作費用也越高 2022/2/13 35 H2S腐蝕 ? H2S腐蝕類型及特征 – H2S腐蝕類型 ? 除電化學腐蝕外，其最具危害的還是固體力學化學腐蝕，即硫化物應力腐蝕開裂、氫致開裂等 – H2S可以導致五種開裂損傷， ? 硫化物應力腐蝕開裂（ SSC） ? 氫鼓泡（ HB） ? 氫致開裂（ HIC） ? 應力導向氫致開裂（ SOHIC） ? 堿性應力腐蝕開裂（ ASCC）。 – 最近研究發現，還有其它類型的 H2S致開裂 2022/2/13 36 H2S腐蝕 ? H2S腐蝕類型及特征 – 硫化氫溶于水顯弱酸性，腐蝕反應為： – 硫化鐵膜溶解度非常低，是良導體，作為陰極，促進點蝕 – 硫化物離子會減慢氫原子復合速率，造成氫分子積累，為氫原子進入金屬提供動力，所以不僅造成點蝕，還經常導致金屬開裂 OHHF e SOHSHFe 2222 ??????2022/2/13 37 H2S腐蝕機理 Mackinawite formation: em a c k i n a w i ta d s o r b e d F e SSn F en F e S ?? 222a d s o r b e dSHFeSHFe 22 ????? ???? a d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e d HHSFeSHFe 2???? ???? a d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e d HF e H SHHSFe???? ???? eHF e H SHF e H S a d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e da d s o r b e d HF e SeHF e H S 2???? ??D. W. Shoesmith, P. Taylor, J. Electro. Soc. 1980, Vol. 127, No. 5 2022/2/13 38 H2S腐蝕主要影響因素 ? 環境因素 – H2S濃度； – PH值； – 溫度； – 壓力、電位以及其它雜質； ? 材料因素 – 強度（硬度）的提高將會使腐蝕傾向加重； – 顯微組織中具有細小球化碳化物的金相組織有利于管線管的抗HIC/SSC能力，而帶狀組織結構特別是是非常有害的 – S的作用是非常有害的，必須降低其含量才能避免片狀 MnS夾雜 – 管線管表面狀態和殘余應力是影響管線管抗 HIC/SSC能力的重要影響因素 2022/2/13 39 H2S腐蝕控制的 8項關鍵要素 ? 遵循標準選材設計施工 ? 脫水、脫硫、除去腐蝕介質 ? 管道中加注緩蝕劑進行保護 ? 管道內壁涂層保護，提高輸氣能力 ? 定期清管排污 ? 建立腐蝕監測系統，把握輸氣管線腐蝕動態 ? 加強腐蝕預測 ? 建立防腐專業機構和制度，提高管理水平 2022/2/13 40 關注點之一： H2S開裂評價 ? 在 ISO 15156/NACE M0175中，按照兩大種類來規定需要進行腐蝕評價的試驗類型： – Part 2：碳鋼和低合金鋼； – part 3: 耐蝕合金（ CRA）和其它合金 ? 對于碳鋼和低合金鋼，不僅應該進行 – SSC （硫化物應力腐蝕開裂）評價試驗， – HIC —— 氫致開裂 ? 而且必要時，還要進行如下評價試驗 – SOHIC —— 硫化物定向氫致開裂（容易發生在母材板中 – SZC —— 軟化區開裂試驗（容易發生在焊縫熱影響區） 2022/2/13 41 關注點之一： H2S開裂評價 ? 對于耐蝕合金和其它合金，要進行如下評價試驗 – SSC —— 硫化物應力腐蝕開裂 – SCC —— 應力腐蝕開裂 – GHSC —— 電偶致氫應力開裂 ? 這里應當注意： ? 電偶致氫應力開裂與電偶腐蝕 過程正好相反： 2022/2/13 42 ? 電偶腐蝕： 是一個電位較負的金屬（陽極） 連接到一個電位較正的金屬上（陰極）， 導致電位較負金屬的陽極溶解加速， 腐蝕過程加劇 ? 電偶致氫應力開裂： 是一個電位較正的金屬（陰極）， 連接到一個電位較負的金屬上（陽極） 導致電位較正金屬表面的陰極析氫加劇， 氫滲入總量加大，開裂概率增加 ? 過去關于軟化區開裂（ SZC）和電偶致氫應力開裂（ GHSC）人們在工程中間較少注意，事實上，這種開裂形式往往也會造成災難性的破壞 關注點之一： H2S開裂評價 2022/2/13 43 關注點之二： H2S與 CO2腐蝕共存下的腐蝕 ? H2S腐蝕與 CO2腐蝕的交互作用 – H2S與 CO2往往共存，二者的腐蝕機理存在競爭與協同效應 – H2S不僅造成應力腐蝕開裂，而且對電化學減薄腐蝕也有很大影響 – 雖然對減薄腐蝕， CO2的腐蝕性比 H2S強，但是一旦 H2S出現，又往往起控制作用 – Pots等認為， H2S 與CO2含量的比值對腐蝕狀態的影響符合右圖所示的規律 2022/2/13 44 關注點之二： H2S與 CO2腐蝕共存下的腐蝕 ? H2S與 CO2共存腐蝕環境中的選材規則 – H2S含量小于 ，用一般碳鋼和低合金鋼；大于，可以使用抗硫鋼 – 當 H2S和 CO2共存且含量較高時，需用不銹鋼或其它耐蝕合金 – 為了抗 CO2，最早開發使用 API 13Cr；為了既抗 CO2又抗H2S，加入 Ni和 Mo，開發出 Super 13Cr – 但當腐蝕環境太苛刻時， Super13Cr抗蝕性也不足，此時需要雙相不銹鋼或鎳基合金等。 ISO 15156 Part3將耐蝕合金歸為 11個類型 2022/2/13 45 油 固 工業生產需用管道結構來輸送水、氣、油、固多相流體，往往導致多相流腐蝕 煤炭液化 石 油 石 化 化 工 制 藥 海 洋 冶 金 重大經濟損失 環 境 污 染 人 員 傷 亡 管道結構的多相流腐蝕 氣 水 背景情況 工程材料結構多相流環境損傷 多相流沖刷腐蝕 2022/2/13 46 多相流沖刷腐蝕 ? 多相流損傷：材料／（電）化學／流體力學（流速、流態、攻角和顆粒性質）的交叉 多因素耦合 ? 多相流中材料的損傷形式 : 腐蝕、沖蝕（沖刷磨損）、空蝕（氣蝕） ? 沖刷與腐蝕交互作用 – WT = WC’ + WE’ – WT = WC ＋ WE ＋ WS – WS = WEC ＋ WCE = (WC’ – WC) + (WE’ WE) 2022/2/13 47 定義 ? 定義 1：沖刷腐蝕 (Erosioncorrosion)： “ 由于腐蝕流體和金屬表面間的相對運動引起金屬的加速破壞或腐蝕 ” 。 ? 定義 2：沖刷腐蝕 (Erosioncorrosion)： “ 有腐蝕性物質存在時腐蝕和沖刷的聯合作用 ” 。 將沖刷(Erosion)作了進一步的解釋 :固體表面和流體、多組元流體相互機械作用或是受液體或固體粒子沖擊的機械作用所造成的材料的固體表面逐漸流失的過程 。 2022/2/13 48 相關術語 從腐蝕角度 從磨損角度 流動誘導腐蝕 (flowinducedcorrosion ) 沖蝕 (erosion)或沖蝕磨損 (erosive wear) 受流動所決定的腐蝕 (flowdependentcorrosion) 空泡腐蝕或氣蝕 (cavitation) 流動影響下的腐蝕 (flowinfluenced or affected corrosion ) 磨粒磨損 (abrasive wear) 沖擊腐蝕 (impingement attack) 磨蝕 (corrosionerosion) 沖刷腐蝕 (erosioncorrosion) 腐蝕磨損 (corrosive wear) 2022/2/13 49 形貌特征 ? 沖蝕往往表現出明顯的與流動方向相關的方向性，沖蝕輕微時呈現出光滑或淺波紋狀，中等或以上程度時為魚鱗坑狀，嚴重時則為鋒利的溝槽、局部深孔等； ? 空蝕輕微時呈現出麻點、針孔，嚴重時為蜂窩或海綿狀。 2022/2/13 50 關注點之一：沖刷腐蝕的極限流速 ? 油氣生產過程中產出流體有一個流動極限速率，超出這個速率，就會出現嚴重腐蝕， 這個速率就是沖刷腐蝕極限速率 ? VlimitAPI RP 14E 規定，沖刷腐蝕極限速率為 ? 式中： Vlimit = 極限速率（ ft/sec） = 流動密