蘇里格氣田集輸管道管材的耐蝕性評價

羅慧娟，張志浩

西安長慶科技工程有限責任公司，陜西西安710018

蘇里格氣田集輸管道管材的耐蝕性評價

羅慧娟，張志浩

西安長慶科技工程有限責任公司，陜西西安710018

為了更好地了解蘇里格氣田集輸管道所用管材在微含H2S、低含CO2和濕氣輸送工藝條件下的耐蝕性，對常用的20#、L360、L450鋼進行了化學成分測試、腐蝕速率測定和抗H2S腐蝕性能評價。試驗結果表明，三種試驗鋼材的化學成分均符合相關標準要求；在蘇里格氣田地下水環(huán)境下，三種鋼材腐蝕等級為中、低級，耐蝕性能為L450>L360>20#，基本滿足蘇里格氣田實際工況下的耐蝕要求；L450管道鋼具有良好的抗HIC性能和較好的抗SSC性能，完全滿足蘇里格氣田微含硫腐蝕條件下的適用性要求。

輸氣管道；管材；化學成分；耐蝕性能；L450鋼

0 引言

蘇里格氣田油藏面積大、儲量豐富，是典型的“三低”氣田，其氣質(zhì)條件較好，微含H2S，低含CO2。然而，由于蘇里格氣田復雜的地理環(huán)境、濕氣輸送地面工藝以及天然氣處理過程中產(chǎn)生的含油含醇污水等原因，其集輸管道仍然存在腐蝕問題。

本文對蘇里格氣田常用的三種集輸管道用管材20#、L360、L450鋼在蘇里格氣田地下水環(huán)境下和含H2S/CO2酸性環(huán)境下的耐蝕性能進行適用性評價，以便更好地了解管材的耐腐蝕性能是否滿足使用環(huán)境的需求。

1 管材化學成分測試

管材的化學成分對管材的可焊性、延遲裂紋的傾向性及應力腐蝕開裂敏感性和氫致開裂敏感性有重要的影響。管材試樣中C、S元素含量用CS-444型分析儀測定，其余元素含量用Spectrovae-2000型直讀光譜儀測定。測定了三種管材（20#、L360、L450）試樣的主要化學成分，見表1，測試結果表明均符合相關標準的要求。

表1 三種管材的化學成分/wt%

2 管材耐水腐蝕性能

金屬材料的耐蝕性是反映其抵抗周圍介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。分別在蘇里格氣田某天然氣處理廠污水池、1#集氣站和2#集氣站的氣液分離器中取三組水樣，將試驗用的20#、L360、L450三種鋼分為3組，共9個試樣，懸掛在室溫下水樣中，靜態(tài)暴露浸泡168 h。試驗裝置如圖1所示。

圖1 靜態(tài)暴露試驗裝置示意

試驗結束后，經(jīng)過清洗的試樣，表面基本呈麻狀面均勻腐蝕形貌，無明顯局部腐蝕坑。在低倍顯微鏡下檢查，所有試樣均未發(fā)現(xiàn)任何表面開裂或裂紋。

依據(jù)SY/T 0026-1999《水腐蝕性測試方法》的腐蝕速率計算方法和評級標準，最終的評定結果如表2所示。

從試驗結果可以看出，相對于20#鋼L360和L450兩種鋼具有較好的耐腐蝕性能。主要是由于這兩種管道鋼中添加了一定量的合金元素，并且采用了控軋控冷的新型軋制工藝，獲得了較為細小的晶粒尺寸，在細晶作用和合金元素的共同作用下，使得材料的耐蝕性能得到了提高，從而具有了較廣的適用性，因而在腐蝕性較強的2#集氣站水樣中，也表現(xiàn)出了較高的耐蝕性。

表2 三種試驗鋼材在不同水樣中的腐蝕速率和腐蝕等級

3 L450鋼抗H2S腐蝕性能

為確保硫化物環(huán)境中服役管道的安全性和可靠性，對于制管用鋼必須進行抗硫化物腐蝕性能評價。材料的抗硫化物應力腐蝕開裂（SSC）性能和抗氫致開裂性能（HIC）與材料的成分、冷熱加工工藝、組織結構等因素有密切的關系。選擇耐蝕性能評價較好的L450管材，依據(jù)有關標準考核母材及焊縫的抗HIC和SSC性能，以便為油氣管道的安全性和可靠性提供依據(jù)。

3.1 L450鋼的力學性能

通過對L450鋼試驗卷板的力學性能測試，結果表明其拉伸性能、沖擊韌性、冷彎性能均滿足標準要求，具體數(shù)據(jù)見表3。

3.2 L450鋼的金相組織

對L450鋼試驗卷板進行了金相分析，板厚中心部位和表面附近的金相組織如圖2所示，均為鐵素體+珠光體混合組織，非金屬夾雜物、晶粒度見表4，均滿足技術要求。

圖2 L450鋼試驗卷板的微觀組織

表4 L450鋼晶粒度、非金屬夾雜物、帶狀組織分析結果

3.3 L450鋼的抗氫致開裂性能

依據(jù)國家標準GB 8650《管線鋼和壓力容器鋼抗氫致開裂評定方法》對L450鋼的抗HIC性能進行評價。試驗結果表明：所有試樣（包括卷板母材、焊縫、熱影響區(qū)）外表面均未發(fā)現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，性能均滿足要求；金相剖面后放大100倍觀察，均未發(fā)現(xiàn)裂紋。評定結果為：橫向、縱向試樣的CSR、CLR、CTR均為0，詳見表5。

表5 抗HIC試驗結果

L450鋼是采用控軋控冷工藝的微合金化鋼種，具有較高的韌性和強度，金相分析表明，L450鋼微觀組織以鐵素體為主，含有少量的珠光體，帶狀珠光體組織缺陷不突出。此外，L450鋼的S元素質(zhì)量分數(shù)較低（0.002%），Mn/C比值較高。上述因素導致L450鋼具有良好的抗HIC性能。對于L450鋼焊縫試樣來說，焊縫與母材從成分、組織、強度幾個主要方面匹配均較好，分析未發(fā)現(xiàn)明顯的帶狀珠光體組織缺陷存在，同時，硬度測試表明，焊縫與母材的硬度分布較為均勻，差異性不大。這些原因使得L450鋼焊縫試樣同樣具有良好的抗HIC性能。

3.4 L450鋼的抗硫化物應力腐蝕性能

依據(jù)國家標準GB 4157《金屬抗硫化物應力腐蝕開裂恒負荷拉伸試驗方法》對L450鋼的抗硫化物應力腐蝕性能進行評價[5-6]。加載方式采用四點彎曲，腐蝕溶液為H2S飽和5%NaCl+0.5%冰乙酸，測試試樣在低應力（施加材料屈服強度σs的60%）和高應力（施加材料屈服強度σs的72%）下工藝板抗SSC的能力。試驗結果見表6～7。

表6 0.6σs應力水平下抗SSC實驗結果

表7 0.72σs應力水平下抗SSC實驗結果

試驗結果表明：在較低應力條件下，無論L450鋼母材還是焊縫試樣，其SSC敏感性均不明顯，即表現(xiàn)出良好的抗SSC性能。在較高應力條件下，L450管道鋼母材和焊縫試樣的SSC敏感性也不顯著，焊縫試樣的熱影響區(qū)取樣在高倍觀察條件下均未出現(xiàn)微裂紋，母材的橫向取樣有輕微裂紋出現(xiàn)，這主要是顯微組織原因所造成的[7]。

4 結論

（1）三種集輸管道用管材20#、L360、L450鋼的化學成分測定結果均符合相關標準要求。

（2）靜態(tài)暴露試驗下，三種鋼材在所取水液中的腐蝕等級屬于中、低級，基本能滿足蘇里格氣田實際工況環(huán)境下耐蝕要求；耐蝕性能L450>L360> 20#鋼，不建議在腐蝕性較強的水環(huán)境下使用20#鋼，若在該試驗環(huán)境使用時應考慮采取相應的防腐措施。

（3）L450鋼母材及工藝板的抗HIC性能試驗表明：所有試樣（包括鋼管母材、焊縫、熱影響區(qū)取樣）外表面均未發(fā)現(xiàn)氫鼓泡現(xiàn)象，即L450鋼母材及工藝板具有良好的抗HIC性能。

（4）L450鋼工藝板（包括母材、焊縫和熱影響區(qū)取樣）在所選的0.6σs應力下的抗SSC性能普遍較好，在0.72σs高應力下抗SSC性能也較好，完全可滿足蘇里格氣田微含硫工況下的抗腐蝕性能要求。

[1]劉海峰，王毅輝，吳斌.輸油管道改輸氣的材料評價方法[J].天然氣工業(yè)，2000，20（6）:92-94.

[2]GB/T13304.1-2008，鋼分類第1部分：按化學成分分類[S].

[3]SY/T0026-1999，水腐蝕性測試方法[S].

[4]Houyi Ma，Xiaoliang Cheng，Guiqiu Li，et al.The influence of hydrogensulfideoncorrosionofironunderdifferent conditions[J].Corrosion Science，2000（10）:1 669-1 683.

[5]褚武揚，谷飚，高克瑋.應力腐蝕機理研究的新進展[J].腐蝕科學與防護技術，1995，7（2）：97-101.

[6]Makarenko V D，Petrovskii V A，Chernov V Yu，et al．A phenomenologicalmodelfor hydrogen sulfide stress corrosion cracking in petroleum tube steels[J]．Chemicaland Petroleum Engineering，2004，40（1）：51-53.

[7]趙明純，單以銀，李玉海，等.顯微組織對管道鋼硫化物應力腐蝕開裂的影響[J].金屬學報，2001，37（10）：1 087-1 092.

《中國油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析與展望報告藍皮書》發(fā)布

21世紀，天然氣將成為全球能源由高碳向低碳轉變的重要橋梁，2025年左右將取代煤炭成為世界第二大能源，21世紀后半葉天然氣消費量將超過石油，成為世界第一大能源，而深化天然氣產(chǎn)業(yè)改革也成為能源供給革命的重要內(nèi)容。3月24日，《中國油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析與展望報告藍皮書（2014-2015）》（簡稱《藍皮書》）在京發(fā)布。

《藍皮書》分析宏觀外部環(huán)境對中國油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，從產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展角度重點分析中國油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，并對中國油氣產(chǎn)業(yè)國際合作、對外貿(mào)易等進行分析與展望?！端{皮書》指出，2015年全球石油供過于求將致使國際油價總體維持低迷，而國內(nèi)成品油市場供需總體平衡，石油消費需求增速將放緩。面對當前我國成品油市場存在的問題和進行價格市場化改革的大趨勢，需要建立反映市場供求狀況和資源稀缺成品的價格形成機制，既能反映國際市場價格變化，又能體現(xiàn)國內(nèi)市場、生產(chǎn)成本情況和社會承受能力，避免國際市場價格非正常波動影響國內(nèi)市場。

針對國家“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展背景，《藍皮書》分別從油氣合作、為國家提供安全可靠的油氣進口來源和發(fā)展帶動沿線相關產(chǎn)業(yè)等方面，為油氣企業(yè)提供決策方向和參考，提出中國能源對外合作將從被動應對向主動作為轉變，從一對一單點合作向一對多整體協(xié)同轉變，從而帶來新機遇。

《藍皮書》由中國石油企業(yè)協(xié)會和中國石油大學中國油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心聯(lián)合發(fā)布，目前已連續(xù)發(fā)布5版。

（本刊摘錄）

Assessment of Corrosion Resistance of Pipeline Material in Sulige Gas Field

Luo Huijuan，Zhang Zhihao
Xi’an Changqing Technology Engineering Co.，Ltd.，Xi’an 710018，China

In order to better understand the corrosion resistance performance of pipe materials of gas transportation pipeline under micro hydrogen sulfide，carbon dioxide，moisture construction conditions in Sulige Gas Field，three kinds of steel materials i.e.20#，L360 and L450 were tested in chemical composition，corrosion rate，and assessed in hydrogen sulfide corrosion resistance.The test results show that the chemical constituents of these steel materials in conformity with the relevant standards；In underground water environment of Sulige Gas Field，the corrosion rates of the steelmaterials are medium and low grade，corrosion resistance of L450 is best and L360 is better than 20#，which meet the actualcondition requirements of corrosion resistance；Steel L450 has better resistance to hydrogen induced cracking（HIC）and sulfide stress corrosion（SSC），which fully meets the fitness-for-service requirement under micro sulfur corrosion condition in Sulige Gas Field.

gas pipeline；pipe material；chemicalconstituent；corrosion resistance performance；steelL450

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.02.020

羅慧娟（1982-），女，寧夏鹽池人，工程師，2008年畢業(yè)于西南石油大學，碩士，主要從事油氣田管道及設備腐蝕與防護工作。

2014-08-14