苏里格气田集输管道管材的耐蚀性评价

罗慧娟，张志浩

西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安710018

苏里格气田集输管道管材的耐蚀性评价

罗慧娟，张志浩

西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安710018

为了更好地了解苏里格气田集输管道所用管材在微含H2S、低含CO2和湿气输送工艺条件下的耐蚀性，对常用的20#、L360、L450钢进行了化学成分测试、腐蚀速率测定和抗H2S腐蚀性能评价。试验结果表明，三种试验钢材的化学成分均符合相关标准要求；在苏里格气田地下水环境下，三种钢材腐蚀等级为中、低级，耐蚀性能为L450>L360>20#，基本满足苏里格气田实际工况下的耐蚀要求；L450管道钢具有良好的抗HIC性能和较好的抗SSC性能，完全满足苏里格气田微含硫腐蚀条件下的适用性要求。

输气管道；管材；化学成分；耐蚀性能；L450钢

0 引言

苏里格气田油藏面积大、储量丰富，是典型的“三低”气田，其气质条件较好，微含H2S，低含CO2。然而，由于苏里格气田复杂的地理环境、湿气输送地面工艺以及天然气处理过程中产生的含油含醇污水等原因，其集输管道仍然存在腐蚀问题。

本文对苏里格气田常用的三种集输管道用管材20#、L360、L450钢在苏里格气田地下水环境下和含H2S/CO2酸性环境下的耐蚀性能进行适用性评价，以便更好地了解管材的耐腐蚀性能是否满足使用环境的需求。

1 管材化学成分测试

管材的化学成分对管材的可焊性、延迟裂纹的倾向性及应力腐蚀开裂敏感性和氢致开裂敏感性有重要的影响。管材试样中C、S元素含量用CS-444型分析仪测定，其余元素含量用Spectrovae-2000型直读光谱仪测定。测定了三种管材（20#、L360、L450）试样的主要化学成分，见表1，测试结果表明均符合相关标准的要求。

表1 三种管材的化学成分/wt%

2 管材耐水腐蚀性能

金属材料的耐蚀性是反映其抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力。分别在苏里格气田某天然气处理厂污水池、1#集气站和2#集气站的气液分离器中取三组水样，将试验用的20#、L360、L450三种钢分为3组，共9个试样，悬挂在室温下水样中，静态暴露浸泡168 h。试验装置如图1所示。

图1 静态暴露试验装置示意

试验结束后，经过清洗的试样，表面基本呈麻状面均匀腐蚀形貌，无明显局部腐蚀坑。在低倍显微镜下检查，所有试样均未发现任何表面开裂或裂纹。

依据SY/T 0026-1999《水腐蚀性测试方法》的腐蚀速率计算方法和评级标准，最终的评定结果如表2所示。

从试验结果可以看出，相对于20#钢L360和L450两种钢具有较好的耐腐蚀性能。主要是由于这两种管道钢中添加了一定量的合金元素，并且采用了控轧控冷的新型轧制工艺，获得了较为细小的晶粒尺寸，在细晶作用和合金元素的共同作用下，使得材料的耐蚀性能得到了提高，从而具有了较广的适用性，因而在腐蚀性较强的2#集气站水样中，也表现出了较高的耐蚀性。

表2 三种试验钢材在不同水样中的腐蚀速率和腐蚀等级

3 L450钢抗H2S腐蚀性能

为确保硫化物环境中服役管道的安全性和可靠性，对于制管用钢必须进行抗硫化物腐蚀性能评价。材料的抗硫化物应力腐蚀开裂（SSC）性能和抗氢致开裂性能（HIC）与材料的成分、冷热加工工艺、组织结构等因素有密切的关系。选择耐蚀性能评价较好的L450管材，依据有关标准考核母材及焊缝的抗HIC和SSC性能，以便为油气管道的安全性和可靠性提供依据。

3.1 L450钢的力学性能

通过对L450钢试验卷板的力学性能测试，结果表明其拉伸性能、冲击韧性、冷弯性能均满足标准要求，具体数据见表3。

3.2 L450钢的金相组织

对L450钢试验卷板进行了金相分析，板厚中心部位和表面附近的金相组织如图2所示，均为铁素体+珠光体混合组织，非金属夹杂物、晶粒度见表4，均满足技术要求。

图2 L450钢试验卷板的微观组织

表4 L450钢晶粒度、非金属夹杂物、带状组织分析结果

3.3 L450钢的抗氢致开裂性能

依据国家标准GB 8650《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》对L450钢的抗HIC性能进行评价。试验结果表明：所有试样（包括卷板母材、焊缝、热影响区）外表面均未发现鼓泡现象，性能均满足要求；金相剖面后放大100倍观察，均未发现裂纹。评定结果为：横向、纵向试样的CSR、CLR、CTR均为0，详见表5。

表5 抗HIC试验结果

L450钢是采用控轧控冷工艺的微合金化钢种，具有较高的韧性和强度，金相分析表明，L450钢微观组织以铁素体为主，含有少量的珠光体，带状珠光体组织缺陷不突出。此外，L450钢的S元素质量分数较低（0.002%），Mn/C比值较高。上述因素导致L450钢具有良好的抗HIC性能。对于L450钢焊缝试样来说，焊缝与母材从成分、组织、强度几个主要方面匹配均较好，分析未发现明显的带状珠光体组织缺陷存在，同时，硬度测试表明，焊缝与母材的硬度分布较为均匀，差异性不大。这些原因使得L450钢焊缝试样同样具有良好的抗HIC性能。

3.4 L450钢的抗硫化物应力腐蚀性能

依据国家标准GB 4157《金属抗硫化物应力腐蚀开裂恒负荷拉伸试验方法》对L450钢的抗硫化物应力腐蚀性能进行评价[5-6]。加载方式采用四点弯曲，腐蚀溶液为H2S饱和5%NaCl+0.5%冰乙酸，测试试样在低应力（施加材料屈服强度σs的60%）和高应力（施加材料屈服强度σs的72%）下工艺板抗SSC的能力。试验结果见表6～7。

表6 0.6σs应力水平下抗SSC实验结果

表7 0.72σs应力水平下抗SSC实验结果

试验结果表明：在较低应力条件下，无论L450钢母材还是焊缝试样，其SSC敏感性均不明显，即表现出良好的抗SSC性能。在较高应力条件下，L450管道钢母材和焊缝试样的SSC敏感性也不显著，焊缝试样的热影响区取样在高倍观察条件下均未出现微裂纹，母材的横向取样有轻微裂纹出现，这主要是显微组织原因所造成的[7]。

4 结论

（1）三种集输管道用管材20#、L360、L450钢的化学成分测定结果均符合相关标准要求。

（2）静态暴露试验下，三种钢材在所取水液中的腐蚀等级属于中、低级，基本能满足苏里格气田实际工况环境下耐蚀要求；耐蚀性能L450>L360> 20#钢，不建议在腐蚀性较强的水环境下使用20#钢，若在该试验环境使用时应考虑采取相应的防腐措施。

（3）L450钢母材及工艺板的抗HIC性能试验表明：所有试样（包括钢管母材、焊缝、热影响区取样）外表面均未发现氢鼓泡现象，即L450钢母材及工艺板具有良好的抗HIC性能。

（4）L450钢工艺板（包括母材、焊缝和热影响区取样）在所选的0.6σs应力下的抗SSC性能普遍较好，在0.72σs高应力下抗SSC性能也较好，完全可满足苏里格气田微含硫工况下的抗腐蚀性能要求。

[1]刘海峰，王毅辉，吴斌.输油管道改输气的材料评价方法[J].天然气工业，2000，20（6）:92-94.

[2]GB/T13304.1-2008，钢分类第1部分：按化学成分分类[S].

[3]SY/T0026-1999，水腐蚀性测试方法[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]褚武扬，谷飚，高克玮.应力腐蚀机理研究的新进展[J].腐蚀科学与防护技术，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]赵明纯，单以银，李玉海，等.显微组织对管道钢硫化物应力腐蚀开裂的影响[J].金属学报，2001，37（10）：1 087-1 092.

《中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书》发布

21世纪，天然气将成为全球能源由高碳向低碳转变的重要桥梁，2025年左右将取代煤炭成为世界第二大能源，21世纪后半叶天然气消费量将超过石油，成为世界第一大能源，而深化天然气产业改革也成为能源供给革命的重要内容。3月24日，《中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书（2014-2015）》（简称《蓝皮书》）在京发布。

《蓝皮书》分析宏观外部环境对中国油气产业发展的影响，从产业整体发展角度重点分析中国油气产业发展现状和趋势，并对中国油气产业国际合作、对外贸易等进行分析与展望。《蓝皮书》指出，2015年全球石油供过于求将致使国际油价总体维持低迷，而国内成品油市场供需总体平衡，石油消费需求增速将放缓。面对当前我国成品油市场存在的问题和进行价格市场化改革的大趋势，需要建立反映市场供求状况和资源稀缺成品的价格形成机制，既能反映国际市场价格变化，又能体现国内市场、生产成本情况和社会承受能力，避免国际市场价格非正常波动影响国内市场。

针对国家“一带一路”战略发展背景，《蓝皮书》分别从油气合作、为国家提供安全可靠的油气进口来源和发展带动沿线相关产业等方面，为油气企业提供决策方向和参考，提出中国能源对外合作将从被动应对向主动作为转变，从一对一单点合作向一对多整体协同转变，从而带来新机遇。

《蓝皮书》由中国石油企业协会和中国石油大学中国油气产业发展研究中心联合发布，目前已连续发布5版。

（本刊摘录）

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

罗慧娟（1982-），女，宁夏盐池人，工程师，2008年毕业于西南石油大学，硕士，主要从事油气田管道及设备腐蚀与防护工作。

2014-08-14