曾順鵬 吳印強(qiáng) 鄧洪達(dá) 曾鋼

1重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院 2中國(guó)石油冀東油田集輸公司3中國(guó)石油西南油氣田分公司川西北礦區(qū)

雙金屬?gòu)?fù)合管用于海洋油氣開(kāi)發(fā)時(shí)的腐蝕特性*

曾順鵬1吳印強(qiáng)2鄧洪達(dá)1曾鋼3

1重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院 2中國(guó)石油冀東油田集輸公司3中國(guó)石油西南油氣田分公司川西北礦區(qū)

為了研究海洋集輸系統(tǒng)管道內(nèi)外腐蝕問(wèn)題，一種雙金屬?gòu)?fù)合管成為目前油田的選用試驗(yàn)方案。試驗(yàn)結(jié)果表明，X65—本體區(qū)和熱影響區(qū)耐腐蝕性能差，焊縫區(qū)耐蝕性很好，但隨著溫度升高，各區(qū)域的耐蝕性能下降，更易發(fā)生腐蝕。316L—本體比焊縫區(qū)耐蝕性較好，隨著溫度升高，耐腐蝕性下降，但腐蝕電流較小。X65/INCONEL625電偶對(duì)的電偶腐蝕敏感性高，隨著溫度升高，電偶腐蝕敏感性增大，X65出現(xiàn)明顯腐蝕。316L/INCONEL625電偶對(duì)的電偶腐蝕敏感性低，隨著溫度升高，電偶腐蝕敏感性增加，但316 L沒(méi)有出現(xiàn)明顯腐蝕。

油氣集輸；雙金屬?gòu)?fù)合管；電偶腐蝕電流；電偶腐蝕敏感性

海洋油氣集輸管道常常受到管內(nèi)、管外復(fù)雜環(huán)境的腐蝕，為了研究海洋集輸系統(tǒng)管道內(nèi)外腐蝕問(wèn)題，一種雙金屬?gòu)?fù)合管[1-2]成為目前油田的選用試驗(yàn)方案。為了確定輸送管X65/316 L的焊接結(jié)構(gòu)在海洋油氣工況環(huán)境中的耐蝕特性，在模擬油田產(chǎn)出水介質(zhì)和外部海水介質(zhì)中分別測(cè)試316L—INCONEL625焊接結(jié)構(gòu)（316L—）和X65—INCONEL625焊接結(jié)構(gòu)（X65—）的電化學(xué)腐蝕速率和電偶腐蝕速率，為安全應(yīng)用復(fù)合雙金屬管提供可靠依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

X65/316L雙金屬?gòu)?fù)合管與INCONEL625焊接，試樣沿與焊縫垂直的方向切開(kāi)，在焊接接頭附近基體區(qū)、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)等5個(gè)不同的區(qū)域截取試樣，其中取3個(gè)熱影響區(qū)試樣。試樣規(guī)格為10 mm× 10 mm×5 mm方形試樣薄片。

試驗(yàn)溶液采用去離子水和分析純化學(xué)試劑配制，模擬海水溶液和天然氣采出水溶液，試驗(yàn)裝置的壓力為常壓，采用恒溫水浴和恒溫油浴控制的溫度分別為20、45和90℃。

將試樣按照ASTM E45—05標(biāo)準(zhǔn)處理后，采用O LYMPUS—GX51金相顯微鏡和日立冷場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡S—4800分析焊縫附近不同區(qū)域化學(xué)成分。電偶檢測(cè)的平行樣數(shù)量為3～5個(gè)，尺寸為?2～3 mm×100 mm的圓柱型試樣。分別測(cè)定電偶對(duì)的電偶電流隨時(shí)間的變化曲線，根據(jù)HB5374—87不同金屬電偶電流測(cè)定方法評(píng)定電偶腐蝕敏感性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 X65—在模擬海水中腐蝕行為

從不同溫度下外管X65—INCONEL625焊接結(jié)構(gòu)各區(qū)域試樣典型的極化曲線可見(jiàn)，X65的本體區(qū)和熱影響區(qū)的陽(yáng)極極化曲線上不存在明顯鈍化現(xiàn)象，但焊縫區(qū)的陽(yáng)極極化曲線上存在明顯的鈍化現(xiàn)象，同時(shí)焊縫區(qū)的極化曲線明顯正移，該現(xiàn)象與其高含量Cr、Ni和Mo相關(guān)。

通過(guò)分析極化曲線可獲得不同試樣的自腐蝕電位和自腐蝕電流。在溫度20℃和45℃時(shí)，X65鋼的本體區(qū)和熱影響區(qū)的自腐蝕電位較負(fù)，大約在-600 mV，X65鋼的本體區(qū)與熱影響區(qū)的自腐蝕電位之間的差別不明顯；而INCONEL625焊縫區(qū)的自腐蝕電位較正，大約在-200mV，與X65鋼本體區(qū)的電位差大約為400 mV。在溫度為20和45℃時(shí)，X65鋼本體區(qū)及熱影響區(qū)的自腐蝕電流很高，而INCONEL625焊縫區(qū)的自腐蝕電流很小，兩者相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)；相對(duì)于20、45℃時(shí)X65鋼本體區(qū)和熱影響區(qū)的自腐蝕電流增大了三倍多，INCONEL625焊縫區(qū)的電流增幅很小。結(jié)合自腐蝕電位和自腐蝕電流的試驗(yàn)結(jié)果可看出，INCONEL625焊縫區(qū)的耐蝕性很好，熱影響區(qū)容易發(fā)生腐蝕，本體區(qū)次之。熱影響區(qū)發(fā)生腐蝕與其不均勻性組織密切相關(guān)。溫度升高，各區(qū)域的耐蝕性均下降，對(duì)X65鋼本體區(qū)和熱影響區(qū)的影響尤為顯著，對(duì)INCONEL625焊縫區(qū)的影響較小。

從不同溫度下X65鋼與焊絲INCONEL625偶接后電偶電流隨時(shí)間的變化曲線可以看出，腐蝕電流開(kāi)始短時(shí)間內(nèi)快速增大到了最大值，并在最大值附近保持了一段時(shí)間。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕電流逐漸減小；而隨著溫度升高，電偶腐蝕電流增大。通過(guò)比較不同溫度條件下電偶電流可看出，較高溫度條件下電偶電流較大。2種溫度下X65鋼與INCONEL625的電偶腐蝕敏感性皆為E級(jí)（最嚴(yán)重的級(jí)別），兩者間偶接后存在嚴(yán)重的電偶腐蝕敏感性，同時(shí)隨著溫度升高，X65鋼與INCONEL625電偶對(duì)的電偶腐蝕敏感性增大。

2.2 316L—在模擬采出水中腐蝕行為

316L不銹鋼與焊絲INCONEL625連接前后電位發(fā)生變化。通過(guò)分析極化曲線，各測(cè)試區(qū)域自腐蝕電位相差不大，說(shuō)明焊接對(duì)316L不銹鋼的自腐蝕電位影響很小。隨著溫度升高，自腐蝕電位變負(fù)，焊接工藝對(duì)316L不銹鋼耐蝕性的影響很小[3]。

不同溫度下316L不銹鋼與焊絲INCONEL625偶接后的電偶電流隨時(shí)間發(fā)生變化，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，電流值達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的電流都較??；而隨著溫度升高，電流略有增大，但仍很小。3種溫度下316L不銹鋼與焊絲INCONEL625偶接后的電偶腐蝕敏感性皆為A級(jí)（基本無(wú)電偶腐蝕敏感性）。

3 結(jié)論

（1）X65—本體區(qū)和熱影響區(qū)耐腐蝕性能差，焊縫區(qū)耐蝕性很好，但隨著溫度升高，各區(qū)域的耐蝕性能下降，更易發(fā)生腐蝕。

（2）316L—本體比焊縫區(qū)耐蝕性較好，隨著溫度升高，耐腐蝕性下降，但腐蝕電流較小。

（3）X65/INCONEL625電偶對(duì)的電偶腐蝕敏感性高，隨著溫度升高，電偶腐蝕敏感性增大，X65出現(xiàn)明顯腐蝕。

（4）316L/INCONEL625電偶對(duì)的電偶腐蝕敏感性低，隨著溫度升高，電偶腐蝕敏感性增加，但316L沒(méi)有出現(xiàn)明顯腐蝕。

[1]李勝利，李自力，周長(zhǎng)李．海洋油氣田水線以上設(shè)施的腐蝕與防護(hù)[J]．石油化工腐蝕與防護(hù)，2009，26（3）：19-22.

[2]羅世勇，賈旭，徐陽(yáng)，等．機(jī)械復(fù)合管在海底管道中的應(yīng)用[J]．管道技術(shù)與設(shè)備，2012（1）：1-3.

[3]Emel Taban，Eddy Deleu，Alfred Dhooge，Erdinc Kalu．Laser Welding of Modified 12%Cr Stainless steel：Strength，F(xiàn)atigue，Toughness，Microstructure and Corrosion Properties[J]．Materials and Design，2009（30）：1 193-1 200.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.017

基金論文：重慶市教委自然科學(xué)基金項(xiàng)目（KJ131403）資助。