温度对L360QS管线钢在...O_2环境中腐蚀行为的影响_赵鹏.pdf
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1、第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023温度对 L360QS 管线钢在 H2S/CO2环境中腐蚀行为的影响赵 鹏1,孟 江1,葛鹏莉2,严 治1,关芳艳1,甘崇邑1(1 重庆科技学院石油与天然气工程学院,重庆 401331;2 中国石油化工股份有限公司西北油田分公司,新疆 乌鲁木齐 830011)摘 要:采用腐蚀失重实验和电化学实验探究 40 60 条件下 L360QS 钢试样的腐蚀规律。实验结果表明:在 CO2-H2S-Cl-共存体系中,随着温度的升高,腐蚀速率逐渐增大,腐蚀程度加剧,
2、并出现点蚀。当温度低于 50 时,腐蚀并不严重,当温度高于 50 时,腐蚀产物膜致密性和完整度降低,易溶解破裂,出现“大阴极小阳极”现象,促进发生局部腐蚀。同时得到管线钢以 CO2腐蚀为主,H2S 腐蚀为辅,均匀腐蚀主要受 CO2控制,点蚀由高浓度的 Cl-造成。关健词:L360QS 钢;温度;H2S/CO2腐蚀;点蚀中图分类号:TE988 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)02-0204-04 第一作者:赵鹏(1996-),男,硕士研究生,主要从事油气管道腐蚀与防护的研究。Effect of Temperature on Corrosion Behavior of L36
3、0QS Pipeline Steelin H2S/CO2EnvironmentZHAO Peng1,MENG Jiang1,GE Peng-li2,YAN Zhi1,GUAN Fang-yan1,GAN Chong-yi1(1 College of Petroleum and Natural Gas,Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331;2 Northwest Oil Field Branch Company,Sinopec,Xinjiang Urumqi 830011,China)Abstract:Co
4、rrosion weight loss experiments and electrochemical experiments were used to explore the corrosion lawsof L360QS steel samples under the conditions of 40 60.The experimental results showed that in CO2-H2S-Cl-coexistence system,with the increase of temperature,the corrosion rate increased gradually,t
5、he corrosion degreeintensified,and pitting corrosion occured.When the temperature was lower than 50,the corrosion was not serious.When the temperature was higher than 50,the density and integrity of the corrosion product film were reduced,and itwas easy to dissolve and rupture.At the same time,it wa
6、s found that the corrosion of pipeline steel was dominated byCO2,supplemented by H2S corrosion,the uniform corrosion was mainly controlled by CO2,and the pitting corrosion wascaused by high concentration of Cl-.Key words:L360QS steel;temperature;H2S/CO2corrosion;pitting目前,油气管道腐蚀问题依旧十分突出,温度作为影响腐蚀的重要因
7、素,对油气管道腐蚀的影响过程也日益复杂。徐士祺等1研究了延长油田注水温度对 20 号管线钢腐蚀的影响,随着温度的升高,20 号管线钢的腐蚀速率上升,在 55 时达到最大值,随后腐蚀速率降低,存在垢下腐蚀。白海涛等2研究发现 CO2/盐水环境中,J55 碳钢的腐蚀类型受温度升高的影响,由点蚀变为均匀腐蚀,碳钢的腐蚀深度呈现正态分布特征。葛健3研究了温度对塔三联原油集输管道腐蚀的影响,发现随着温度的升高,均匀腐蚀和点蚀均会加剧。李慧心4的研究结果表明碳钢在低温低 H2S 分压条件下,腐蚀产物主要为马基诺矿;而高温高 H2S 分压条件下,腐蚀产物为磁黄铁矿与马基诺矿共存。张志宏等5针对塔河油田集输管
8、线用 20#钢进行研究,表明 20#钢的腐蚀速率与温度呈正相关。李杰等6研究了 X80 钢在土壤 SRB 环境中的腐蚀行为,温度越高,腐蚀速率越大,同时增大了 SRB 活性,加重了局部点蚀。肖卓楠等7研究发现温度会影响流体的速度和粘性系数,间接影响壁面剪切力和传质系数,从而影响腐蚀速率。朱烨森等8针对 X65 管线钢焊缝的腐蚀研究表明,焊缝及周围区域腐蚀速率随温度的升高而升高,魏氏体和针状铁素体在焊缝区的富集,导致焊缝位置的腐蚀速率高于其周围区域。温度对碳钢的腐蚀过程复杂,会间接对其他腐蚀因素产生影响,尤其是在 H2S/CO2环境中,腐蚀问题更加严重,其腐蚀机理也尚不完善。为研究温度对集输管道
9、内腐蚀行为的影响,本文以 L360QS 钢为研究对象,探究其在不同温度下的腐蚀行为,以期提出针对性的防腐措施,从而保障管道安全平稳运行。1 实 验1.1 试样制备试样材质为 L360QS 钢,与油田现场管道材质一致,其主第 51 卷第 2 期赵鹏,等:温度对 L360QS 管线钢在 H2S/CO2环境中腐蚀行为的影响205 要化学成分见表 1。将试样加工成 40 mm13 mm2 mm 和10 mm10 mm2 mm 两种尺寸,分别用于腐蚀失重实验和电化学实验,其中电化学试样放入模具中用树脂浇注,自然风干备用。以塔河油田为研究背景,实验介质为油田采出水模拟液,Cl-浓度为 70255 mg/L
10、,实验条件如表 2 所示。表 1 L360QS 钢主要化学成分Table 1 Main chemical composition of L360QS steel(%)CSiMnPSVNbTiCEPcm0.140.451.650.020.0030.070.050.040.20表 2 实验条件Table 2 Experimental conditions条件压力/MPa温度/流速/(m/s)CO2分压/MPaH2S 分压/MPaCl-浓度/(mg/L)时间/h13.5401.00.1050.0067025516823.5501.00.1050.0067025516833.5601.00.1050.
11、006702551681.2 实验方法腐蚀失重实验在高温高压反应釜(FSY-2)中进行,首先通过游标卡尺测量试样尺寸,接着用石油醚和无水乙醇清洗试样,待试样干燥后称重,然后将试样安装在反应釜内,再将预先配制好的油田采出水模拟液(氮气除氧 6 h)倒入釜内,最后密封反应釜并通氮气除氧 30 min。根据实验条件将温度升至指定温度,再通入 H2S 和 CO2达到指定分压,然后通入氮气直至达到总压要求,最后设置好转速并启动,记录测试时间。实验后,先用热水清洗试样,再去除表面疏松沉积物,用去离子水冲洗两遍,最后用无水乙醇清洗后吹干,用于腐蚀产物成分和结构分析;另外按照 GB/T 16545 要求清除腐
12、蚀产物,用去离子水冲洗两遍,再用无水乙醇清洗后吹干,用于计算腐蚀速率。均匀腐蚀速率计算见式(1)。v=365000WtS(1)式中:v 为平均腐蚀速率,mm/a;W 为失重,g;为材料密度,g/cm3;t 为实验时间,d;S 为试样面积,mm2。电化学实验通过电化学工作站(CS350H)进行,采用三电极体系,工作电极为 L360QS 钢,参比电极为饱和 Ag/AgCl 电极,辅助电极为石墨电极。电化学阻抗谱数据采用 ZsimDemo软件拟合。实验前将树脂浇注的工作电极打磨至镜面,用无水乙醇清洗并冷风吹干,然后放入模拟液中,通氮气除氧 30 min,接着将温度提升至实验温度,再通入 H2S 和
13、CO2达到饱和状态,最后设置好工作面积(1 cm2)、测试体系等参数进行测试。2 结果及分析2.1 腐蚀产物成分及微观结构分析通过扫描电子显微镜和能谱分析仪(S-3700N)对腐蚀试样进行测试分析。图 1 为不同温度下试样腐蚀的 SEM 微观形貌及EDS 能谱分析结果。由图 1a 可知,当温度为 40 时,微观形貌显示碳钢表面覆盖有部分零星分布的腐蚀产物,其余部分仍能保持原有的基体纹理,并未发生明显的腐蚀现象。而由能谱分析结果可知,除了 Fe 元素以外,主要以 C、O 元素为主,结合表 3 元素分析,可初步判断腐蚀产物为 FeCO3;由图 1b 可知,当温度为 50 时,微观形貌显示碳钢表面覆
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