油气田气田腐蚀与防腐技术优秀课件.ppt
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1、1油气田腐蚀与防护技术油气田腐蚀与防护技术张诚中原油田采油工程技术研究院2汇报内容汇报内容目录3一、腐蚀简介腐蚀的损失:腐蚀的损失:直接损失:直接损失:腐蚀造成直接损失约为GDP的4%,石化行业中腐蚀损失一般高于6%。中国2008年GDP约为30万亿人民币,即腐蚀损失约1.2万亿人民币。汶川大地震直接经济损失为8451亿元。腐蚀损失约是汶川大地震损失的1.4 倍。每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料,约相当于金属年产量的1/3。全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失超过了亿美元,是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的倍。间接损失:间接损失:停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康、造成
2、严重事故。腐蚀的定义:材料在周围环境介质的作用下,逐步发生的物理化学变化而引起的性能降级。包括非金属,比如陶瓷材料等。4腐蚀是不可避免的 对于绝大多数材料,在自然界存在时G=H-TS 电化学腐蚀 材料防腐缓蚀剂等其他手段腐蚀速率要求不得超过0.076mm/a,三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计493.2.1 防腐材料选择程序、选材依据:列出对材质的要求利用经验找出可能使用的材质根据应考虑的因素进行适应性评价试验选择最经济的材料三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计503.2.2影响材料在腐蚀性环境开裂的主要因素 1)冶金因素:化学成分、热处理、微观结构、屈服和拉伸强度/
3、硬度、冷加工变形、制造流程 2)应力状态 残余应力、外部应力、应力加载方式 3)硫化氢环境材料临界应力强度因子KISSC三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计513.2.3选用碳钢和低合金钢时需要考虑的因素选用碳钢和低合金钢时需要考虑的因素化学成分、制造方法、成形方式、强度、材料的硬度和局部变化、冷加工量、热处理条件、材料微观结构、微观结构的均匀性、晶粒大小和材料的纯净度;H2S分压或在水相中的当量浓度;水相中的Cl-浓度;水相酸碱值;是否存在元素硫或其他氧化剂;非产层流体侵入或与非产层流体接触;温度;应力状态及总拉伸应力(外加应力和残余应力);1.暴露时间。三、材料选用与防腐蚀设计
4、三、材料选用与防腐蚀设计523.2.4耐蚀合金选用时需要考虑的因素:(1)气相中CO2分压;(2)气相中H2S分压;(3)使用的温度;(4)水相的碱性(pH值);(5)Cl-或其他卤化物的浓度;(6)是否有元素硫存在。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计53三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计材料类别在H2S环境中潜在的开裂机理备注SSCSCCGHSC奥氏体不锈钢SPS某些冷加工的合金,因含有马氏体所以对SSC或HSC敏感固溶镍基合金SPS冷加工状态和/时效状态的镍基合金含有次生相,而且当与钢形成电偶时,可能对HSC敏感。这些合金在很强的冷加工和充分时效的状态下,与钢耦
5、合时,可能产生HSC铁素体不锈钢PP马氏体不锈钢PSP不管是否含有残余奥氏体,含Ni和Mo的合金都可能遭受SCC双相不锈钢SPS当温度低于最高使用和实验温度时,开裂敏感性可能最高,因此应考虑超过任一温度的范围值。沉淀硬化不锈钢PPP沉淀硬化镍基合金SPP冷加工状态和/或时效状态的某些镍基合金含有次生相,而且当与钢形成电偶时,可能对HSC敏感54三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计3.2.53.2.5材料材料初步选择初步选择55三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计563.2.63.2.6材料服役安全性能评价材料服役安全性能评价(1 1)抗应力腐蚀性能测定方法)抗应力腐蚀性
6、能测定方法 NACE TM 0177-2005提供了四种测定应力腐蚀实验方法和判别标准。包括:(1)方法A(恒载荷拉伸实验)(2)方法B(弯梁实验)(3)方法C(C形环法)(4)方法D(双悬臂梁,DCB实验)另有慢拉伸速率应变法(SSRT法)等。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计57(2)材料耐氢脆能力测定方法:要求:裂纹面积比(CSR)2%,裂纹长度比(CLR)15%,裂纹厚度比(CTR)5%三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计58(3)材料电化学腐蚀速率测定:模拟环境,油气井用材料经常采用高温高压反应釜进行挂片试验,测定腐蚀失重速率以及点蚀情况。经常需要测定电偶腐
7、蚀的腐蚀速率。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计缺陷在于:缺陷在于:所得腐蚀数据是概率值所得腐蚀数据是概率值 大多数的腐蚀破坏以局部腐蚀为主大多数的腐蚀破坏以局部腐蚀为主 腐蚀速率并非是不变的腐蚀速率并非是不变的 承受应力或氢侵入时腐蚀速率会增加承受应力或氢侵入时腐蚀速率会增加(1)(1)需要研究所承受的应力、腐蚀产物膜的性能需要研究所承受的应力、腐蚀产物膜的性能以及氢的渗透与破坏。以及氢的渗透与破坏。59 (4)耐蚀性评价中应注意的几个问题(1)任何时候,任何情况下都不要假定或推测材料的使用环境条件,不要在“可能”、“大概”的前提下去选择材料。(2)既要考虑材料的优点,更要注意
8、材料的弱点和可能发生的腐蚀问题。(3)使用不同材料组合时,要考虑材料之间的相容性。(4)材料的性能不是恒定的,经过实际使用时由于应力作用下的形变和环境氢的渗入,材料性能本身可能发生改变。因此需要重视设备实际使用经验,积累腐蚀数据、案例,特别是设备腐蚀破坏事故的有关资料。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计60三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计(1)系统中油、气、水的流动方向发生突变的位置。在这些部位往往容易产生湍流和流速的急剧变化。(2)系统中存在死角、缝隙、旁路支管、障碍物或其它呈突出状态的部位。这些部位容易腐蚀,原因有三:一是这些部位容易产生滞留区,沉积物或腐蚀产
9、物的积聚容易引发形成闭塞电池;二是这些区域形状特点会造成这些部位的局部腐蚀气体的分压升高;三是这些部位容易发生湍流引起冲刷腐蚀。(3)设备装置的受应力区。如焊缝、铆接处、螺纹连接处,经受温度交替变化或应力循环变化的区域。这些部位易产生应力腐蚀、焊缝腐蚀、缝隙腐蚀和腐蚀疲劳等。(4)设备中两种金属接触部位,易发生电偶腐蚀。3.3 防腐蚀结构设计防腐蚀结构设计3.3.1易发生腐蚀的部位易发生腐蚀的部位61三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计 3.3.2 高酸性气田腐蚀控制对管柱及采气站场结构设计的一般要求:(1)注意材料的相容性和设备之间的相互腐蚀性影响。避免强电偶连接和大阴极小阳极的
10、连接方式。(2)管柱和设备的结构应尽可能简单,减少腐蚀电池形成的机会。(3)管壁的表面状态应当均匀、平滑、清洁,上扣机具不应造成大的压痕(如普光采用的微压痕钳上扣)。(4)结构上应尽量避免缝隙、液体停滞、应力集中、局部过热等不均匀因素。(5)管柱和流体通道内应避免流速突然变化和发生湍流。(6)防止单质硫沉积和水合物的形成62尽量集中附件、简化主体设计不良良入孔安全阀排出管排出管入孔安全阀三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计63表面;应简单、平滑、清洁,避免尖角和切痕。焊缝应整理和打磨,除去凹出物,填充孔隙,突出的紧固件愈少愈好尖角粗糙雪痕圆角平滑不良良I不良(焊接缺陷)良良(磨去凸
11、出物良(填充孔隙)最好较好三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计643.3.3 防腐蚀结构设计的若干细则(1)排液防止液体停滞 金属结构和设备的外形应避免积水,减少易积水的间隙,凹槽和坑洼;贮罐和容器的内部形状应有利于液体排放;管道系统内部要流线化,使流动顺畅;三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计65不良(聚积沉淀)不良(液体停滞)良良(卧式容器向出口倾斜)贮罐和容器应有利于排液三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计66(2)消除温度不均避免局部过热:被焊组件的厚度不要相差很大;和高温气体接触的设备,要避免局部地区温度偏低。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与
12、防腐蚀设计67不良(钢支柱散热)良(避免形成冷凝液)保温时避免形成“冷点“热气体冷凝液隔热材料热气体三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计68(3)避免(或减少)电偶腐蚀影响 用绝缘材料把异金属部件隔离;降低异金属部件之间的电位差异;降低电偶对结合处环境的腐蚀性,保持干燥;增加异金属部件在溶液中的距离(不要靠得太近)使腐蚀电池溶液通路的电阻增加;三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计69用绝缘的方法防止电偶腐蚀绝缘垫片绝缘垫片绝缘套管管道阀三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计70(4)避免缝隙 选择适当的联接方式,对于不可拆卸联接,只要 允许,应优先选用;当设计
13、中缝隙不可以避免时,可以采取适当措施 防止形成闭塞条件;固体悬浮物质的沉积以及SRB腐蚀是造成缝隙的另一个重要原 因。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计71缝隙用焊接代替铆接和螺纹联接不良不良好不良(螺纹联接)良(钎焊)三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计72(5)减少冲刷(磨损)改善流体的流动状态,减少湍流和涡旋的形成;流速要适当。避免流动方向突然改变,以减小流体的冲击作用。管道系统中流动截面积不要突然改变,以避免扰动流动状态。减少气体中夹带悬浮固体物质,除去气体和蒸气中的冷凝液滴,可以大大降低液流和气流对设备的磨损。三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计
14、73冲刷避免流动方向突然变化d良不良最小3ddd最小长度3d最小半径3d不良良良三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计74消除残余应力影响的措施(1)避免局部应力集中(2)考虑设备在运行中因热膨胀、震动、冲击等原因可能引起的变形。(3)用热处理、振动时效、超声波时效消除残余应力,如焊接残余应力。(4)用表面喷丸、喷砂、锤打等方法消除表面用表面喷丸、喷砂、锤打等方法消除表面拉应力并引入压应力,可以增加合金材料抵拉应力并引入压应力,可以增加合金材料抵抗应力腐蚀破裂的能力,也可以大幅度提高抗应力腐蚀破裂的能力,也可以大幅度提高材料材料抗腐蚀疲劳抗腐蚀疲劳的能力。的能力。三、材料选用与防腐蚀
15、设计三、材料选用与防腐蚀设计(6 6)消除应力)消除应力 7510-410-310-210-110010110210310410-410-310-210-1100101102103104SM-2050C276SM-2535、SM-2550、028、G3、825、718、925H2S 分压(atm)CO2 分压(atm)3.4 3.4 普光气田的防腐普光气田的防腐蚀设计实例蚀设计实例三、材料选用与防腐蚀设计三、材料选用与防腐蚀设计1)高含H2S与CO22)高温高压,流体在井筒内可能处于超临界状态3)地层水矿化度高,Cl-含量高4)不含凝析油,有元素硫析出3.4.1材料选择材料选择76整套油管全部
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