惡劣環(huán)境油井管腐蝕嚴(yán)重程度的評價(jià)方法
2019-01-23 11:26:04
作者：《海洋油氣工程腐蝕與防護(hù)》 來源：張智
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腐蝕嚴(yán)重程度的判據(jù)
惡劣環(huán)境油井管的腐蝕過程是一種錯(cuò)綜復(fù)雜的電化學(xué)過程，影響腐蝕速率的因素很多，主要有：CO2分壓、H2S分壓、溫度、pH值、流體的流速和組成（Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-濃度，有機(jī)物含量等）、金屬的性質(zhì)和所承受的載荷等。
惡劣環(huán)境油井管腐蝕嚴(yán)重程度的評價(jià)方法主要有以下幾種。
1 CO2環(huán)境使用金屬和低合金鋼的腐蝕嚴(yán)重度判據(jù)
CO2溶解在水相中生成碳酸，與管壁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生CO2腐蝕，但氣相CO2不會發(fā)生反應(yīng)。水相中CO2的含量與氣液平衡中CO2的分壓緊密相關(guān)（如果沒有自由氣體存在，水中CO2含量將由與水相保持接觸的氣相CO2壓力來決定）。因而，預(yù)測CO2腐蝕速度應(yīng)以氣相中的CO2分壓為基礎(chǔ)：
（1）
＞0.2MPa，嚴(yán)重腐蝕；（2）
＝0.02～0.2MPa，有腐蝕；（3）＜0.02MPa，沒有腐蝕。
＞0.2MPa，嚴(yán)重腐蝕；（2）＝0.02～0.2MPa，有腐蝕；（3）＜0.02MPa，沒有腐蝕。 2 酸性環(huán)境使用金屬和低合金鋼的腐蝕嚴(yán)重度判據(jù)
ISO 15156—2標(biāo)準(zhǔn)給出了酸性環(huán)境腐蝕嚴(yán)重性的判據(jù)。NACE標(biāo)準(zhǔn)采用H2S的臨界分壓＝0.000348MPa來區(qū)分腐蝕的強(qiáng)弱，而不用臨界濃度區(qū)分。但是值得注意的是：即使H2S的分壓低于0.00035MPa時(shí)，不利的影響也可能出現(xiàn)。
（1）當(dāng)
＜0.000348MPa時(shí)：為甜氣；（2）當(dāng)＞0.000348MPa時(shí)：為酸性氣。
＜0.000348MPa時(shí)：為甜氣；（2）當(dāng)＞0.000348MPa時(shí)：為酸性氣。
圖1 臨界分壓與總壓和H2S濃度的關(guān)系曲線
圖1給出了NACE的劃分方法，圖中虛線1表明，系統(tǒng)總壓力恒定，H2S濃度上升，導(dǎo)致氣體由非酸性變成酸性，腐蝕性增大；虛線2表明，H2S濃度恒定，系統(tǒng)總壓力上升，同樣導(dǎo)致氣體由非酸性變成酸性，腐蝕性增大。
化工部HG/T 20581—2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》規(guī)定的濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境：
（1）溫度：0～65℃；
（2）H2S分壓大于等于0.000348MPa，即相當(dāng)于常溫在水中的H2S溶解度不小于7.7mg/L；
（3）介質(zhì)中含有液相水或處于水的露點(diǎn)溫度以下；
（4）pH＜7或有氰化物（HCN）存在。
同時(shí)，還對濕H2S環(huán)境進(jìn)行分級，其分級如下：
Ⅰ級環(huán)境：凡符合下列況之一的濕H2S環(huán)境：介質(zhì)中有氰化物存在、具有低pH值（pH≤5.5）的酸性水環(huán)境、缺少環(huán)境資料或者幾乎沒有使用經(jīng)驗(yàn)。
Ⅱ級環(huán)境：濕H2S環(huán)境的介質(zhì)中不存在氰化物，pH值比較高（pH≥6），且具有良好的使用經(jīng)驗(yàn)。
濕H2S不但產(chǎn)生均勻腐蝕，還會產(chǎn)生濕H2S應(yīng)力腐蝕開裂。濕H2S應(yīng)力腐蝕的三個(gè)主要特征是：
第一，有應(yīng)力存在，特別是拉伸應(yīng)力分量的存在。拉伸應(yīng)力愈大，斷裂的時(shí)間愈短。斷裂所需應(yīng)力一般都低于材料的屈服強(qiáng)度。
第二，腐蝕介質(zhì)是濕H2S，由其引起的應(yīng)力腐蝕斷裂一般出現(xiàn)在硬度HRC≥22的中強(qiáng)度及高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼中。然而在這種環(huán)境下，這些鋼材的均勻腐蝕速率較低。
第三，其斷裂速度約在10-8～10-6m/s數(shù)量級的范圍內(nèi)，處于一般腐蝕與機(jī)械斷裂速率之間，斷口一般為脆斷型。
3 根據(jù)CO2與H2S分壓的比值劃分腐蝕類型
（1）/pH2S比值
/pH2S比值 當(dāng)環(huán)境介質(zhì)中含有H2S時(shí)，用
可以判定腐蝕事故是H2S造成的酸性應(yīng)力腐蝕還是CO2引起的“甜性”坑蝕：
可以判定腐蝕事故是H2S造成的酸性應(yīng)力腐蝕還是CO2引起的“甜性”坑蝕：＞500時(shí)，以CO2腐蝕為主；＜500時(shí)，以H2S腐蝕為主。 當(dāng)有H2S存在時(shí)，即使是微量的H2S，也可能加劇CO2的腐蝕。在H2S和CO2并存的情況，H2S要破壞CO2腐蝕生成的碳酸鐵膜，由此加速了金屬基體的腐蝕。此外，H2S溶于水，將改變?nèi)芤旱膒H值，從而加劇了CO2腐蝕。
（2）［Ca2+］/［HCO3-］比值
當(dāng)＝0.05～0.1MPa且有地層水存在時(shí)，將地層水中Ca2+與HCO3-的摩爾濃度乘以其電價(jià)數(shù)后相比，其比值大小可以判斷腐蝕的強(qiáng)弱：
＝0.05～0.1MPa且有地層水存在時(shí)，將地層水中Ca2+與HCO3-的摩爾濃度乘以其電價(jià)數(shù)后相比，其比值大小可以判斷腐蝕的強(qiáng)弱： （1）［Ca2+］/［HCO3-］＜0.5時(shí)，腐蝕速率較低；
（2）［Ca2+］/［HCO3-］＞1000時(shí)，腐蝕速率中等；
（3）0.5＜［Ca2+］/［HCO3-］＜1000時(shí)，腐蝕速率較高。
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