我國西部天然氣田常存在高壓、高含CO2、高礦化度、高含Cl-等苛刻工況,為了提升油氣處理工藝系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性,壓力容器主要采用內(nèi)涂層壓力容器和內(nèi)覆耐蝕合金復(fù)合板壓力容器[1-2]。內(nèi)涂層常常發(fā)生鼓包、脫落等失效,這增加了開罐檢修的次數(shù),也嚴(yán)重影響了裝置安全生產(chǎn)[3-4],因此對內(nèi)涂層的選型、涂敷工藝等應(yīng)提出更高的要求。雙金屬復(fù)合板因具有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐蝕性[5-6],且在使用過程中維護(hù)工作量也較低,所以在天然氣處理工藝中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
然而,兩種金屬的合金成分、導(dǎo)熱系數(shù)和熱處理溫度存在差異,雙金屬復(fù)合板制造過程會導(dǎo)致不銹鋼層的耐蝕性下降[7],且在酸性腐蝕環(huán)境作用下,復(fù)合板壓力容器內(nèi)襯層易發(fā)生點蝕[8-9]。點蝕發(fā)生的位置具有隨機性,同時在外加載荷條件下腐蝕孔容易穿透或誘發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂等危害性缺陷,這對壓力容器的安全服役產(chǎn)生極大威脅[10]。
筆者考慮316L+Q345R復(fù)合板壓力容器的典型運行工況,在復(fù)合板試片上預(yù)制了不同深度的點蝕坑,通過實驗室腐蝕試驗,探討不同點蝕坑的發(fā)展進(jìn)程及其穿透至碳鋼基材后給復(fù)合板帶來的腐蝕風(fēng)險,為復(fù)合板的點蝕維修、安全運行評估等提供重要的科學(xué)依據(jù)。
1. 試驗
1.1 試樣制備
試驗樣品來自某公司生產(chǎn)的復(fù)合板容器封頭開孔余料,該復(fù)合板采用爆炸復(fù)合制成,再經(jīng)過卷筒、焊接等工序拼接成容器本體[11],制造標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)NB/T 47002.1-2019《壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板》。復(fù)合板材料為316L不銹鋼（厚度3 mm）+Q345R鋼（厚度16 mm）。其中Q345R鋼屬于低合金高強鋼,綜合力學(xué)性能和工藝性較好；而316L不銹鋼屬于鉻鎳鉬高合金鋼,具有抗腐蝕和耐高溫等性能,其屈服強度比Q345R鋼低[12]。兩種金屬材料的化學(xué)成分如表1所示。
| 材料 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | |
| 內(nèi)襯層（316L不銹鋼） | 0.024 | 0.50 | 1.19 | 0.036 | 0.001 2 | 17.7 | 2.01 | 10 |
| 基層（Q345R鋼） | 0.018 | 0.45 | 1.40 | 0.010 | 0.005 | 0.014 | 0.000 2 | 0.010 |
將復(fù)合板樣品加工成小試片,尺寸為60 mm×20 mm×7 mm,開?6 mm孔用于懸掛安裝,如圖1所示。為了分析不同點蝕坑深度對復(fù)合板壓力容器服役安全的影響,利用數(shù)控鉆床在內(nèi)襯層表面中部預(yù)制直徑相同、深度不同的點蝕坑。其中1號試片點蝕坑處于不銹鋼層,2號試片點蝕坑底部剛觸及碳鋼層,3號試片點蝕坑完全穿透至碳鋼層。每個試片點蝕坑的直徑和深度精確測量結(jié)果如表2所示。為了提高試驗精度,采用樹脂和704硅膠對試片暴露的碳鋼層進(jìn)行固化密封。
| 試片編號 | 直徑/mm | 深度/mm |
|---|---|---|
| 1 | 2.44 | 1.40 |
| 2 | 2.44 | 2.36 |
| 3 | 2.44 | 3.90 |
1.2 浸泡腐蝕試驗
采用高溫高壓反應(yīng)釜,模擬塔里木油田典型介質(zhì)組分和工況環(huán)境（見表3）,對上述制備的1~3號試片進(jìn)行浸泡腐蝕試驗,試驗時間為336 h。試驗結(jié)束后,利用超景深顯微鏡對試片及預(yù)制的點蝕坑進(jìn)行形貌觀察和尺寸測量,并采用掃描電鏡（SEM）及能譜儀（EDS）分析點蝕坑的腐蝕形貌及成分。同時根據(jù)試驗前后點蝕坑的深度,利用式（1）計算點蝕速率。
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(1) |
式中：v為點蝕速率,mm/a；r為點蝕坑深度的增加值,mm；t為試驗時間,h。
