段塞流捕集器三通管线穿孔失效分析.pdf
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1、0引言在海洋油气资源开采的过程中,气液混输组合管线极易发生段塞流现象,段塞流的瞬时性和波动性会造成管线的接头、三通、支柱等构件损伤,对管道和下游设备产生不良影响。张洋洋等1研究发现,温度、压力对管道腐蚀影响很大,管道腐蚀程度因流型转变而加剧,其中段塞流的腐蚀破坏影响最大。高凌霄等2发现严重段塞流的周期波动给生产设施带来巨大的交变载荷,最终引起腐蚀挂片支架断裂。周立臣3以文昌油田群为研究对象,分析严重段塞流发生的条件,以及不同条件下段塞流对出口阀门、捕集器等设备的冲击。抑制段塞流常采用的方法有节流法、气举法、分离器控制等4-7。某海上集输中心平台管线存在水平、倾斜、垂直等多种管型,并且管道较长,
2、有较严重的段塞问题,平台通过采用技术较成熟的容器式段塞流捕集器消除段塞流。近期,段塞流捕集器水相出口管线的三通位置出现穿孔失效的问题,为了查找管线穿孔原因,选取失效位置进行分析,通过宏观分析、微观分析、理化性能检测及流体冲蚀模拟评估等方法,明确腐蚀发生的主要原因,并制定行之有效的预防和改进措施。1宏观及微观分析1.1宏观检查及分析段塞流捕集器水相出口管线的失效件如图1(a)所示,分别以入口1、入口2和出口代表3个通路。在三通出口位置存在2处漏点,2处漏点分别为6.20 mm4.28 mm椭圆形穿孔和直径为2.16 mm的圆形穿孔,外壁表面无明显的附着物,未发现其他明显的腐蚀缺陷。对穿孔的三通位
3、置进行纵向解剖,进一步观察三通管体内壁形貌特征。入口1和入口2的焊缝和母材未见明显壁厚减薄特征;出口位置壁厚减薄较明显,内壁形貌如图1(b)所示,穿孔位于介质双向汇聚的出口侧管体,穿孔所在管体部位母材大面积壁厚减薄且延伸至环焊缝,壁厚减薄位置未见明显的腐蚀产物或沉积物附着,存在典型的冲刷性沟槽的特征。(a)失效件整体形貌及介质流向标记(b)穿孔部位内壁形貌图1三通管线失效部位宏观形貌1.2微观形貌分析穿孔部位内壁表面利用一定浓度的“盐酸+缓蚀剂”进行清洗,采用德国Zeiss EVO 18型扫描电镜对穿孔位置进行微观形貌观察。如图2(a)所示,穿孔附近存在0.2 mm0.5 mm的缩松,可清晰地
4、观察到漏点位于腐蚀凹坑区域内,并且腐蚀凹坑的壁厚减薄明显,属于面积型壁厚减薄后局部位置优先穿孔特征,【作者简介】李志奇,男,河北秦皇岛人,任职于中海石油(中国)有限公司天津分公司,工程师,从事油田腐蚀监检测技术管理及相关研究工作;杨阳,男,天津宝坻人,硕士,任职于中海油(天津)管道工程技术有限公司,高级工程师,从事金属材料失效分析及腐蚀与防护工作;柴圆圆,女,河北河间人,硕士,任职于海油来博(天津)科技股份有限公司,工程师,从事金属材料的失效分析工作。【引用本文】李志奇,杨阳,柴圆圆.段塞流捕集器三通管线穿孔失效分析 J.企业科技与发展,2023(8):48-50.段塞流捕集器三通管线穿孔失效
5、分析李志奇1,杨阳2,柴圆圆31.中海石油(中国)有限公司 天津分公司,天津 300459;2.中海油(天津)管道工程技术有限公司,天津 300452;3.海油来博(天津)科技股份有限公司,天津 300450摘要:某海上平台的段塞流捕集器管线的三通位置出现穿孔失效,为查找管线穿孔原因,文章通过宏观分析、微观分析、化学成分分析、金相检验、硬度测试、流体冲蚀模拟评估等方法,对三通管段进行失效分析。根据分析结果,三通管线的穿孔位于介质双向汇聚的出口侧管体,穿孔所在管体部位母材大面积壁厚减薄且延伸至环焊缝。分析结论为管体材质符合标准要求,排除由于介质的腐蚀性造成的局部减薄影响,管线穿孔的主要原因是当前
6、运行工况下介质双向汇聚部位的局部流速大于临界冲蚀速率,经过长期的冲刷腐蚀,最终导致管体局部穿孔。关键词:段塞流;三通管线;失效分析;冲蚀速率中图分类号:TE988文献标识码:A文章编号:1674-0688(2023)08-0048-03企业技术实践李志奇,杨阳,柴圆圆.段塞流捕集器三通管线穿孔失效分析48为典型的内腐蚀形貌。进一步放大穿孔附近的微观形貌后,如图2(b)所示,可以观察到明显的珠光体组织层片状特征,以及逐层冲刷腐蚀形貌特征。(a)穿孔区域形貌(b)穿孔附近片状形貌图2穿孔位置内壁形貌2理化性能分析2.1化学成分分析针对三通入口1、入口2和出口侧(腐蚀位置)母材分别取样。采用 SPE
7、CTRO LAB M11直读光谱仪,按照钢铁产品化学分析的标准测试方法(ASTMA75120)进行材质化学成分分析,结果显示进、出口处母材的各元素含量均满足 碳素结构钢(GB/T7002006)对Q235D钢的技术要求,2个入口和出口位置的母材化学成分组成基本一致,未见明显差异。2.2金相分析采用ZEISS Observer A1m金相倒置显微镜分别对入口1、入口2和出口侧(腐蚀位置)母材进行金相分析,结果显示,3处母材金相组织均为“铁素体+珠光体”,未见明显差异,焊缝、熔合线位置铁素体的尺寸不均匀,有少量的贝氏体和魏式组织(如图3所示)。图3出口侧管线母材金相分析3腐蚀模拟试验为进一步研究内
8、部介质水样对管材腐蚀程度的影响,本研究现场取内部介质水样,并设计腐蚀模拟试验,试验条件与现场工况参数保持一致。具体设置如下:温度为55,压力为1.5 MPa,环境气体为N2+CO2,CO2含量为0.28%,流速为1.5 m/s,实验时间为7 d,实验水质为现场取样。挂片试样取自三通管体出口侧(“母材+焊缝”),分别用320#、600#、800#和1200#砂纸打磨,将试样清洗、除油、冷风吹干后测量尺寸并称质量,再将试样相互绝缘后安装在特制的试验架上,放入高压釜内的腐蚀介质环境中。试验结束后,将挂片放入由1 L稀盐酸、20 g三氧化二锑及50 g氧化亚锡配制的酸洗液中剧烈搅拌,直至挂片腐蚀产物被
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