NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道腐蝕規(guī)律分析

摘" " 要：目前針對(duì)化學(xué)藥劑管道內(nèi)腐蝕情況的研究較少，因此基于NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況采用失重試驗(yàn)，利用電子顯微鏡分析化學(xué)藥劑管道的腐蝕規(guī)律，了解NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道的內(nèi)腐蝕狀況。研究了不同溫度（20、70 ℃）和不同壓力（0.63、3.72 MPa）下NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道均勻腐蝕和局部腐蝕情況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著溫度和壓力的增大，均勻腐蝕和局部腐蝕速率逐漸增大，產(chǎn)物以鐵的氧化物為主。

關(guān)鍵詞：化學(xué)藥劑管道；腐蝕規(guī)律；失重試驗(yàn)

Study on corrosion law of NBC platform chemical agent pipe

GUO Jiandong

Tianjin Branch of CNOOC （China） Ltd.， Tianjin 300459， China

Abstract：At present， there are few studies on the internal corrosion of the chemical agent pipes. Therefore， based on the on-site operating conditions of NBC chemical pipeline， this paper adopted the weight loss test and electron microscope to observe and analyze the corrosion law of chemical pipes， to understand the internal corrosion status of NBC drug pipes. The uniform corrosion and localized corrosion of NBC pipes under different temperatures （20、70 ℃） and pressures （0.63、3.72 MPa） were studied. Through the test， with the increase of temperature and pressure， it is found that the rate of uniform corrosion and localized corrosion increases gradually， with the product dominated by iron oxides.

Keywords：chemical agent pipes; corrosion law; weight loss test

化學(xué)藥劑管道在海上油氣田的生產(chǎn)中有著重要作用。緩沖罐內(nèi)的生產(chǎn)水中往往含有HCO3-、Cl-等一些腐蝕介質(zhì)，會(huì)引起管道的腐蝕[1]。將緩蝕劑、殺菌劑等化學(xué)藥劑與緩沖罐中的生產(chǎn)水混合后，利用化學(xué)藥劑管道輸送，可以減緩管道腐蝕，延長(zhǎng)管道的壽命[2-3]。但在實(shí)際生產(chǎn)中，許多化學(xué)藥劑管道的腐蝕情況未知，因此，研究化學(xué)藥劑管道的內(nèi)腐蝕情況，對(duì)企業(yè)后續(xù)的安全平穩(wěn)生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)管道中緩蝕劑性能的評(píng)價(jià)方面做了大量的研究[4-8]，但對(duì)含有不同種類化學(xué)藥劑管道的腐蝕評(píng)價(jià)研究較少，無(wú)法了解其內(nèi)部腐蝕情況。因此，本文通過(guò)失重實(shí)驗(yàn)，對(duì)南堡35-2油田NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道的腐蝕情況進(jìn)行了分析和歸納，考察了不同溫度（20、70 ℃）和不同壓力（0.63、3.72 MPa）條件下NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道X65鋼在腐蝕形貌、腐蝕產(chǎn)物等方面的腐蝕規(guī)律。

1" " NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道運(yùn)行工況

NBC平臺(tái)位于渤海中部海域，平臺(tái)上化學(xué)藥劑管道的運(yùn)行壓力0.63～3.72 MPa，溫度20～70 ℃，流速1 m/s。緩沖罐中的生產(chǎn)水與緩蝕劑（BHH-01B）和殺菌劑（TS-B838）混合后，通過(guò)化學(xué)藥劑管道輸送至NBC平臺(tái)，經(jīng)加熱器加熱后注入多路閥，與平臺(tái)井口采出液一同進(jìn)入母管（混輸管道）。緩蝕劑（BHH-01B）類型主要為咪唑啉類衍生物，殺菌劑（TS-B838）類型為有機(jī)胍類和有機(jī)唑類衍生物。對(duì)該化學(xué)藥劑管道中的水樣進(jìn)行檢測(cè)化驗(yàn)，離子組分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。

2" " 失重實(shí)驗(yàn)

2.1" " 試樣預(yù)處理

試樣材料采用與現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)藥劑管道材料相同的X65鋼（化學(xué)成分見表2），將試樣制成50 mm × 10 mm × 3" mm的長(zhǎng)條狀掛片，并設(shè)安裝孔洞。首先，將試樣表面進(jìn)行打磨拋光處理；然后，依次放入盛有石油醚和乙醇的燒杯中用脫脂棉球進(jìn)行清洗，再用冷風(fēng)將試樣吹干；最后，采用精度為0.1 mg的電子天平稱量試樣，并放置于干燥的濾紙上待用[9]。

2.2" " 失重實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)采用高溫高壓反應(yīng)釜測(cè)試系統(tǒng)（見圖1），包含N2高壓氣瓶、反應(yīng)釜以及溫度與壓力控制裝置、進(jìn)排氣閥等，可以實(shí)現(xiàn)流速（通過(guò)控制樣品架旋轉(zhuǎn)）、溫度、壓力的控制。反應(yīng)釜除氧3 h，確保實(shí)驗(yàn)在無(wú)氧環(huán)境中進(jìn)行。

根據(jù)NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道出、入口生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了3種工況下的高溫高壓反應(yīng)釜失重實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方案如表3所示。

實(shí)驗(yàn)時(shí)先將預(yù)處理好的試樣用絕緣材料（聚四氟乙烯）安置在高溫高壓反應(yīng)釜的支架上；然后將現(xiàn)場(chǎng)藥劑管道水樣倒入反應(yīng)釜容器中，使用釜蓋密封；最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)定每組實(shí)驗(yàn)的溫度、壓力、流速等參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

每種工況選用4個(gè)試樣用于高溫高壓反應(yīng)釜失重實(shí)驗(yàn)，求其平均值作為失重實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為7 d，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取出試樣進(jìn)行超聲波去膜清洗，再置于酒精中脫水、干燥后用天平稱量，記錄腐蝕后質(zhì)量。

2.3" " 腐蝕速率計(jì)算

通過(guò)腐蝕前后的質(zhì)量損失計(jì)算均勻腐蝕速率值，均勻腐蝕速率計(jì)算公式見式（1）。

Vc = [87" 600（m1-m2）ρSt1]" "（ 1 ）

式中：Vc為均勻腐蝕速率，mm/a；ρ為試樣密度，g/cm3；S為試樣面積，cm2；m1為試樣腐蝕前的質(zhì)量，g；m2為試樣腐蝕后的質(zhì)量，g；t1為腐蝕時(shí)間，h。

基于3D顯微鏡測(cè)試的點(diǎn)蝕深度計(jì)算局部腐蝕速率，見式（2）[9]。

RL = [0.365 ht2]" （ 2 ）

式中：RL為局部腐蝕速率值，mm/a；h為最大點(diǎn)蝕深度，mm；t2為腐蝕時(shí)間，d。

參考GB/T 23258—2020《鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范》判斷腐蝕程度。

2.4" " 腐蝕產(chǎn)物表征

腐蝕產(chǎn)物微觀形貌表征主要采用3D電子掃描顯微鏡（FEI Quanta 650 FEG）和能譜儀（ZEISS EV0 MA15）設(shè)備，表征腐蝕產(chǎn)物的微觀形貌結(jié)構(gòu)及元素組成比例。

產(chǎn)物組成表征采用X射線衍射儀對(duì)腐蝕最輕微和最嚴(yán)重的兩組工況進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物成分分析。通過(guò)與能譜元素比例測(cè)試結(jié)果綜合分析，最終確定腐蝕產(chǎn)物的物質(zhì)組成。

3" " 結(jié)果與討論

3.1" " 均勻腐蝕速率

三種工況條件下實(shí)驗(yàn)得到的均勻腐蝕速率結(jié)果分別為0.032 1、0.056 3、0.061 0 mm/a，均為中度腐蝕。隨著溫度和壓力的升高，均勻腐蝕速率逐漸升高。

3.2" " 腐蝕產(chǎn)物微觀形貌

腐蝕產(chǎn)物微觀形貌見圖2。工況一，試樣表面覆蓋腐蝕產(chǎn)物程度較輕，腐蝕產(chǎn)物呈小顆粒狀附著或聚攏堆積在基體表面；工況二，隨著溫度的升高，腐蝕產(chǎn)物明顯增多并出現(xiàn)較重的堆積現(xiàn)象，試樣基體被腐蝕產(chǎn)物大面積覆蓋[10]；工況三，隨著壓力的增大，開始出現(xiàn)楔狀產(chǎn)物和晶粒狀產(chǎn)物，表層腐蝕產(chǎn)物堆積加重，結(jié)構(gòu)呈疏松狀，化學(xué)藥劑對(duì)試樣基體的保護(hù)性能較差。通過(guò)EDS能譜分析，腐蝕產(chǎn)物主要含有C、O、Fe元素。

3.3" " 腐蝕產(chǎn)物組成

基于3種工況下試樣腐蝕速率、宏觀形貌以及微觀形貌，選取腐蝕最輕微和最嚴(yán)重的兩組工況下的試樣進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物成分的表征（XRD）測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

3.3.1" " 工況一

如圖3所示，試樣在工況一條件下腐蝕最輕，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe。

3.3.2" " 工況三

如圖4所示，試樣在工況三條件下腐蝕最嚴(yán)重，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe2O3和Fe3O4。

3.4" " 基體形貌和局部腐蝕速率

通過(guò)3D顯微鏡進(jìn)一步對(duì)腐蝕后的試樣開展基體形貌表征和點(diǎn)蝕深度測(cè)試，結(jié)果見圖5～圖7。在工況一條件下，試樣基體表面存在數(shù)量較少、深度較淺的腐蝕坑（見圖5），最大點(diǎn)蝕深度為6.335 8 μm；在工況二條件下，隨著溫度升高，基體表面腐蝕坑數(shù)量增多，腐蝕坑出現(xiàn)橫向、縱向擴(kuò)展（見圖6），最大點(diǎn)蝕深度增大至32.698 7 μm；在工況三條件下，隨著壓力增大，基體表面腐蝕坑數(shù)量繼續(xù)增多，面積增大（見圖7），最大點(diǎn)蝕深度為34.914 7 μm，局部腐蝕繼續(xù)加重。

局部腐蝕速率按式（2）計(jì)算，三種工況條件下結(jié)果分別為0.330 3、1.705 0、1.820 1 mm/a。

4" " 結(jié)論

根據(jù)南堡35-2油田NBC平臺(tái)化學(xué)藥劑管道的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了同材質(zhì)的試樣和同條件藥劑，在表3所示的三種工況條件下進(jìn)行了高溫高壓反應(yīng)釜失重實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)3D顯微鏡對(duì)腐蝕產(chǎn)物和腐蝕后基體形貌表征進(jìn)行觀察分析，研究結(jié)論如下：

1）隨著溫度和壓力的增大，均勻腐蝕和局部腐蝕速率逐漸增大。三種工況條件下均勻腐蝕速率范圍為0.032 1～0.061 0 mm/a，表明管道中的化學(xué)藥劑起到了一定的保護(hù)作用；局部腐蝕速率范圍為0.330 3～1.820 1mm/a，因此需加強(qiáng)預(yù)防管道的局部腐蝕，定期進(jìn)行管道檢測(cè)。

2）隨著溫度和壓力的增大，腐蝕程度逐漸加重，腐蝕產(chǎn)物由局部呈現(xiàn)顆粒狀發(fā)展到逐漸堆積，腐蝕坑數(shù)量增多，腐蝕坑出現(xiàn)縱、橫向擴(kuò)展，最后試片表面堆積了較多腐蝕產(chǎn)物，產(chǎn)物間出現(xiàn)溝槽狀。最大點(diǎn)蝕深度從6.335 8 μm增大至34.914 7 μm。腐蝕產(chǎn)物成分主要為Fe2O3和Fe3O4。

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作者簡(jiǎn)介：

郭建東（1973—），男，河北豐寧人，高級(jí) 工程師，1996年畢業(yè)于集美航海學(xué)院海洋船舶架駛專業(yè)，現(xiàn)從事管道運(yùn)維管理工作。

Email：cdjiandong@126.com

收稿日期：2023-12-25