不同腐蚀介质流速下三类管材的腐蚀分析与评价_李海彬.pdf

2022 年 第 12 期 化学工程与装备 2022 年 12 月 Chemical Engineering&Equipment 195 不不同腐蚀介质流速下三类管材的腐蚀分析与评价同腐蚀介质流速下三类管材的腐蚀分析与评价 李海彬1，郝大辉2，王明亮2（1中海石油（中国）有限公司湛江分公司；2中海油能源发展股份有限公司湛江分公司，广东 湛江 524000）摘摘 要要：文章就不同流速下 3Cr、13Cr 与超级 3Cr 这三类管材的腐蚀问题开展分别在腐蚀介质流速 5m/s、3m/s、1m/s 条件下的腐蚀实验，并就实验结果进行了详细分析与评价。综合分析认为腐蚀介质流速增加，流体对样品的冲刷作用力增大。三种钢材均在 5m/s 时腐蚀速率达到最大值，流速对 3Cr 试样腐蚀速率的影响远大于对 13Cr 和超级 13Cr 试样的影响。在不同的流速下，13Cr 和超级 13Cr 钢的腐蚀速率均小于油田腐蚀控制指标 0.076mm/a，属于轻度腐蚀程度；3Cr 钢的腐蚀速率值均高于 0.076mm/a，属于极严重腐蚀程度。关键词：关键词：不同腐蚀介质；介质流速；三类管材；腐蚀速率 1 1 腐蚀介质流速腐蚀介质流速 5m/s5m/s 条件下条件下的腐蚀评价的腐蚀评价 1.1 实验参数 液体流速：5m/s；实验温度：T=83；二氧化碳分压：9.436MPa；饱和压力：14MPa；液相介质：模拟地层水；气相介质：二氧化碳+氮气；实验时间：t=15d；实验材质：3Cr、13Cr、超级 13Cr。1.2 实验结果 采用高温高压反应釜，进行 CO2分压 9.436MPa，温度为83、液体腐蚀介质流速 5m/s、实验周期 15d 实验条件下的腐蚀实验。实验结束后，打开高温高压反应釜取出试样，使用去膜液清洗，烘干，称重并计算平均腐蚀速率，结果如表 1 所示。3Cr 在气相中的中腐蚀速率为 0.4549mm/a，小于其在液相中的腐蚀速率 1.2735mm/a，根据 NACE RP0775-91对平均腐蚀程度的规定，属于极严重腐蚀程度，大于油田的腐蚀控制指标 0.076mm/a。13Cr、超级 13Cr 在气相中的腐蚀速率均大于在液相中的腐蚀速率，在气相中腐蚀速率分别为 0.0210mm/a 和 0.0137mm/a，在液相中的腐蚀速率均小于0.01mm/a，均属于轻度腐蚀程度，小于油田的腐蚀控制指标0.076 mm/a（表 1）。表表 1 1 腐蚀介质流速腐蚀介质流速 5m/s5m/s 条件下条件下的腐蚀评价结果的腐蚀评价结果 材质 介质 编号 失重（g）腐蚀速率（mm/a）平均腐蚀速率（mm/a）3Cr 气相 139 0.1810 0.4403 0.4549 140 0.1923 0.4695 液相 141 0.4823 1.1828 1.2735 142 0.5633 1.3641 13Cr 气相 037 0.0092 0.0226 0.0210 038 0.0079 0.0193 液相 039 0.0010 0.0025 0.0027 040 0.0012 0.0029 超级 13Cr 气相 079 0.0042 0.0103 0.0137 080 0.0070 0.0170 液相 081 0.0007 0.0016 0.0016 082 0.0007 0.0016 对清洗腐蚀产物后的试片称量可计算平均腐蚀速率，对试样的宏观形貌分析能反映其腐蚀宏观特征。分析 3Cr、13Cr、超级 13Cr 试片腐蚀前和腐蚀清洗后的宏观照片发现。气相腐蚀介质中 3Cr 试样表面光滑，在清洗后表面失去金属光泽局部区域呈暗黄色；液相腐蚀介质中 3Cr 试样表面呈深黑色，表面粗糙不平，从表观判断，属于严重腐蚀。暴露在气相 CO2中 13Cr 样品表面平整，失去金属光泽；液相腐蚀介质中的 13Cr 试片表面腐蚀非常轻微，生成了一层致密的DOI:10.19566/35-1285/tq.2022.12.101196 李海彬：不同腐蚀介质流速下三类管材的腐蚀分析与评价 腐蚀产物膜，使用去膜液清洗后未能完全去除。与 3Cr 试片相比，13Cr 试片表面光滑平整，未发现蚀坑等局部腐蚀特征，从表观判断，13Cr 试片在液相与气相中均发生轻度的均匀腐蚀。超级 13Cr 气相中的试片平整光滑，未观察到明显腐蚀区域，液相中的试片有较好的金属光泽，属于轻微腐蚀。2 2 腐蚀介质流速腐蚀介质流速 3m/s3m/s 条件下的腐蚀评价条件下的腐蚀评价 2.1 实验参数 液体流速：3m/s；实验温度：T=83；二氧化碳分压：9.436MPa；饱和压力：14MPa；液相介质：模拟地层水；气相介质：二氧化碳+氮气；实验时间：t=15d；实验材质：3Cr、13Cr、超级 13Cr。2.2 实验结果 表表 2 2 腐蚀介质流速腐蚀介质流速 3m3m/s/s 条件下腐蚀实验结果条件下腐蚀实验结果 材质 介质 编号 失重（g）腐蚀速率（mm/a）平均腐蚀速率（mm/a）3Cr 气相 147 0.1680 0.4094 0.3793 148 0.1432 0.3493 液相 149 0.4089 0.9960 1.0099 150 0.4230 1.0238 13Cr 气相 045 0.0097 0.0239 0.0204 046 0.0069 0.0169 液相 047 0.0010 0.0024 0.0026 048 0.0011 0.0027 超级 13Cr 气相 087 0.0061 0.0151 0.0127 088 0.0042 0.0102 液相 089 0.0005 0.0012 0.0013 090 0.0006 0.0015 采用高温高压反应釜，进行 CO2分压 9.436MPa，温度为83、液体流速 3m/s、实验周期 15d 条件下的腐蚀实验。实验结束后，打开高温高压反应釜取出试样，去膜液清洗，烘干，称重并计算平均腐蚀速率，结果如表 2-3 所示。3Cr在气相中的中腐蚀速率为 0.3793mm/a，小于其在液相中的腐蚀速率 1.0099mm/a，根据 NACE RP0775-91 对平均腐蚀程度的规定，属于极严重腐蚀程度，大于油田腐蚀控制指标0.076mm/a。与相同实验条件下 3Cr 试片腐蚀规律相反，13Cr、超级 13Cr 在气相中的腐蚀速率均大于在液相中的腐蚀速率，在气相中腐蚀速率分别为 0.0204mm/a 和0.0127mm/a，在液相中的腐蚀速率分别为 0.0026mm/a 和0.0013mm/a，根据 NACE RP0775-91 对平均腐蚀程度规定，均属于轻度腐蚀程度(表 2)。对清洗腐蚀产物后的试片称量可计算平均腐蚀速率，对试样的宏观形貌分析能反映其腐蚀宏观特征。分析 3Cr、13Cr、超级 13Cr 试片腐蚀前和腐蚀清洗后的宏观照片发现。气相腐蚀介质中 3Cr 试样表面光滑，在清洗后部分区域失去金属光泽局部呈黄色；液相腐蚀介质中 3Cr 试样表面呈深黑色，表面粗糙，从表观判断，液相腐蚀介质中试片比对应气相腐蚀介质中试片腐蚀严重，与腐蚀速率计算结果吻合。暴露在气相 CO2中 13Cr 样品表面光滑平整且有明显金属光泽；液相腐蚀介质中的 13Cr 试片表面平整失去金属光泽，生成了一层致密的腐蚀产物膜，使用去膜液清洗后未能完全去除。从表观判断，13Cr 试片在液相与气相中均发生轻度的均匀腐蚀。超级 13Cr 气相中的试片表面未观察到明显腐蚀区域，液相中的试片有较好的金属光泽，属于轻微腐蚀。3 3 腐蚀介质流速腐蚀介质流速 1 m/s1 m/s 条件下的腐蚀评价条件下的腐蚀评价 3.1 实验参数 液体流速：1m/s；实验温度：T=83；二氧化碳分压：9.436MPa；饱和压力：14MPa；液相介质：模拟地层水；气相介质：二氧化碳+氮气；实验时间：t=15d；实验材质：3Cr、13Cr、超级 13Cr。3.2 实验结果 采用高温高压反应釜，进行 CO2分压 9.436MPa，温度为83、液体流速 1m/s、实验周期 15d 条件下的腐蚀实验。实验结束后，打开高温高压反应釜取出试样，使用去膜液清洗，烘干，称重并计算平均腐蚀速率，如表 3 所示。3Cr 在气相中的中腐蚀速率为 0.1814mm/a，小于其在液相中的腐蚀速率 0.8830mm/a，根据 NACE RP0775-91 对平均腐蚀程度的规定，属于严重腐蚀-极严重腐蚀程度。大于油田的腐蚀控制指标 0.076mm/a。与 3Cr 规律不同，13Cr、超级 13Cr在气相中的腐蚀速率均大于在液相中的腐蚀速率，在气相腐 李海彬：不同腐蚀介质流速下三类管材的腐蚀分析与评价 197 蚀介质中腐蚀速率分别为 0.0169mm/a 和 0.0117mm/a，在液相中的腐蚀速率分别为 0.0024mm/a 和 0.0013mm/a，均小于0.01mm/a，均属于轻度腐蚀程度。13Cr、超级 13Cr 腐蚀速率均远小于油田腐蚀控制指标 0.076mm/a。表表 3 3 腐蚀介质流速腐蚀介质流速 1 1m m/s/s 条件下腐蚀实验结果条件下腐蚀实验结果 材质 介质 编号 失重（g）腐蚀速率（mm/a）平均腐蚀速率（mm/a）3Cr 气相 109 0.1380 0.3363 0.1814 110 0.1091 0.0266 液相 111 0.3256 0.7931 0.8830 112 0.4020 0.9730 13Cr 气相 009 0.0079 0.0194 0.0169 010 0.0059 0.0144 液相 011 0.0009 0.0022 0.0024 012 0.0011 0.0027 超级 13Cr 气相 059 0.0053 0.0131 0.0117 060 0.0042 0.0102 液相 061 0.0005 0.0012 0.0013 062 0.0006 0.0015 对清洗腐蚀产物可称量计算腐蚀质量损失，此时，试样的宏观形貌也能反映其宏观特征。3Cr、13Cr、超级 13Cr试片腐蚀前和腐蚀清洗后的宏观照片分析发现。3Cr 在气相腐蚀介质中实验后试样表面光滑，粗糙度不大，局部呈暗黄色，有发生腐蚀的趋势；液相腐蚀介质中的试样表面粗糙，在清洗后表面呈深黑色但粗糙度不大，从表观判断，属于严重腐蚀。暴露在气相 CO2中 13Cr 试片表面平整，有较好的金属光泽；液相中的 13Cr 试片表面金属光泽消失，可能生成了致密的腐蚀产物膜，与 3Cr 样品相比，表面光滑平整，未发现蚀坑等局部腐蚀特征，从表观判断，13Cr 试片在液相与气相中均发生轻度的均匀腐蚀。超级 13Cr 气相中的试片表面总体表面平整，液相中的试片有较好的金属光泽，未观察到明显腐蚀。4 4 腐蚀介质流速对管材腐蚀的影响规律腐蚀介质流速对管材腐蚀的影响规律 综合分析不同流速下 3Cr、13Cr 与超级 3Cr 钢材的腐蚀速率认为：在 0-5m/s 内，随流速的升高，气相与液相腐蚀介质中 3Cr 试片表面腐蚀速率均升高。腐蚀介质流速增加，流体对样品的冲刷作用力增大。一方面，试片表面生成的不稳定腐蚀产物层脱落，无法形成致密产物层以起到保护基底的作用；另一方面，增加了传质速率，促进腐蚀反应的进行。三种钢材均在 5m/s 时腐蚀速率达到最大值，流速对 3Cr 试样腐蚀速率的影响远大于对 13Cr 和超级 13Cr 试样的影响。在不同的流速下，13Cr 和超级 13Cr 钢的腐蚀速率均小于油田腐蚀控制指标 0.076mm/a，属于轻度腐蚀程度；3Cr 钢的腐蚀速率值均高于 0.076mm/a，属于极严重腐蚀程度。参考文献参考文献 1 邢希金.3Cr 管材在含氧气驱生产井中腐蚀行为与防护研究J.装备环境工程,2021(01):16-21.（上接第（上接第 289289 页）页）_ 参考文献参考文献 1 贾建顺,李倩倩,石传玉.关于化工工程废水处理的设计思路探讨J.百科论坛电子杂志,2021(19):539.2 徐洁,张宝喾,魏继苗.高效混凝沉淀技术在煤化