双金属复合管用于海洋油气开发时的腐蚀特性*

曾顺鹏 吴印强 邓洪达 曾钢

1重庆科技学院石油与天然气工程学院 2中国石油冀东油田集输公司3中国石油西南油气田分公司川西北矿区

双金属复合管用于海洋油气开发时的腐蚀特性*

曾顺鹏1吴印强2邓洪达1曾钢3

1重庆科技学院石油与天然气工程学院 2中国石油冀东油田集输公司3中国石油西南油气田分公司川西北矿区

为了研究海洋集输系统管道内外腐蚀问题，一种双金属复合管成为目前油田的选用试验方案。试验结果表明，X65—本体区和热影响区耐腐蚀性能差，焊缝区耐蚀性很好，但随着温度升高，各区域的耐蚀性能下降，更易发生腐蚀。316L—本体比焊缝区耐蚀性较好，随着温度升高，耐腐蚀性下降，但腐蚀电流较小。X65/INCONEL625电偶对的电偶腐蚀敏感性高，随着温度升高，电偶腐蚀敏感性增大，X65出现明显腐蚀。316L/INCONEL625电偶对的电偶腐蚀敏感性低，随着温度升高，电偶腐蚀敏感性增加，但316 L没有出现明显腐蚀。

油气集输；双金属复合管；电偶腐蚀电流；电偶腐蚀敏感性

海洋油气集输管道常常受到管内、管外复杂环境的腐蚀，为了研究海洋集输系统管道内外腐蚀问题，一种双金属复合管[1-2]成为目前油田的选用试验方案。为了确定输送管X65/316 L的焊接结构在海洋油气工况环境中的耐蚀特性，在模拟油田产出水介质和外部海水介质中分别测试316L—INCONEL625焊接结构（316L—）和X65—INCONEL625焊接结构（X65—）的电化学腐蚀速率和电偶腐蚀速率，为安全应用复合双金属管提供可靠依据。

1 试验材料与方法

X65/316L双金属复合管与INCONEL625焊接，试样沿与焊缝垂直的方向切开，在焊接接头附近基体区、热影响区、焊缝区等5个不同的区域截取试样，其中取3个热影响区试样。试样规格为10 mm× 10 mm×5 mm方形试样薄片。

试验溶液采用去离子水和分析纯化学试剂配制，模拟海水溶液和天然气采出水溶液，试验装置的压力为常压，采用恒温水浴和恒温油浴控制的温度分别为20、45和90℃。

将试样按照ASTM E45—05标准处理后，采用O LYMPUS—GX51金相显微镜和日立冷场发射电子显微镜S—4800分析焊缝附近不同区域化学成分。电偶检测的平行样数量为3～5个，尺寸为Ø2～3 mm×100 mm的圆柱型试样。分别测定电偶对的电偶电流随时间的变化曲线，根据HB5374—87不同金属电偶电流测定方法评定电偶腐蚀敏感性。

2 试验结果与分析

2.1 X65—在模拟海水中腐蚀行为

从不同温度下外管X65—INCONEL625焊接结构各区域试样典型的极化曲线可见，X65的本体区和热影响区的阳极极化曲线上不存在明显钝化现象，但焊缝区的阳极极化曲线上存在明显的钝化现象，同时焊缝区的极化曲线明显正移，该现象与其高含量Cr、Ni和Mo相关。

通过分析极化曲线可获得不同试样的自腐蚀电位和自腐蚀电流。在温度20℃和45℃时，X65钢的本体区和热影响区的自腐蚀电位较负，大约在-600 mV，X65钢的本体区与热影响区的自腐蚀电位之间的差别不明显；而INCONEL625焊缝区的自腐蚀电位较正，大约在-200mV，与X65钢本体区的电位差大约为400 mV。在温度为20和45℃时，X65钢本体区及热影响区的自腐蚀电流很高，而INCONEL625焊缝区的自腐蚀电流很小，两者相差两个数量级；相对于20、45℃时X65钢本体区和热影响区的自腐蚀电流增大了三倍多，INCONEL625焊缝区的电流增幅很小。结合自腐蚀电位和自腐蚀电流的试验结果可看出，INCONEL625焊缝区的耐蚀性很好，热影响区容易发生腐蚀，本体区次之。热影响区发生腐蚀与其不均匀性组织密切相关。温度升高，各区域的耐蚀性均下降，对X65钢本体区和热影响区的影响尤为显著，对INCONEL625焊缝区的影响较小。

从不同温度下X65钢与焊丝INCONEL625偶接后电偶电流随时间的变化曲线可以看出，腐蚀电流开始短时间内快速增大到了最大值，并在最大值附近保持了一段时间。随着时间的延长，腐蚀电流逐渐减小；而随着温度升高，电偶腐蚀电流增大。通过比较不同温度条件下电偶电流可看出，较高温度条件下电偶电流较大。2种温度下X65钢与INCONEL625的电偶腐蚀敏感性皆为E级（最严重的级别），两者间偶接后存在严重的电偶腐蚀敏感性，同时随着温度升高，X65钢与INCONEL625电偶对的电偶腐蚀敏感性增大。

2.2 316L—在模拟采出水中腐蚀行为

316L不锈钢与焊丝INCONEL625连接前后电位发生变化。通过分析极化曲线，各测试区域自腐蚀电位相差不大，说明焊接对316L不锈钢的自腐蚀电位影响很小。随着温度升高，自腐蚀电位变负，焊接工艺对316L不锈钢耐蚀性的影响很小[3]。

不同温度下316L不锈钢与焊丝INCONEL625偶接后的电偶电流随时间发生变化，随着时间的延长，电流值达到一个稳定值。整个试验过程中的电流都较小；而随着温度升高，电流略有增大，但仍很小。3种温度下316L不锈钢与焊丝INCONEL625偶接后的电偶腐蚀敏感性皆为A级（基本无电偶腐蚀敏感性）。

3 结论

（1）X65—本体区和热影响区耐腐蚀性能差，焊缝区耐蚀性很好，但随着温度升高，各区域的耐蚀性能下降，更易发生腐蚀。

（2）316L—本体比焊缝区耐蚀性较好，随着温度升高，耐腐蚀性下降，但腐蚀电流较小。

（3）X65/INCONEL625电偶对的电偶腐蚀敏感性高，随着温度升高，电偶腐蚀敏感性增大，X65出现明显腐蚀。

（4）316L/INCONEL625电偶对的电偶腐蚀敏感性低，随着温度升高，电偶腐蚀敏感性增加，但316L没有出现明显腐蚀。

[1]李胜利，李自力，周长李．海洋油气田水线以上设施的腐蚀与防护[J]．石油化工腐蚀与防护，2009，26（3）：19-22.

[2]罗世勇，贾旭，徐阳，等．机械复合管在海底管道中的应用[J]．管道技术与设备，2012（1）：1-3.

[3]Emel Taban，Eddy Deleu，Alfred Dhooge，Erdinc Kalu．Laser Welding of Modified 12%Cr Stainless steel：Strength，Fatigue，Toughness，Microstructure and Corrosion Properties[J]．Materials and Design，2009（30）：1 193-1 200.

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.017

基金论文：重庆市教委自然科学基金项目（KJ131403）资助。