在油氣田的開發(fā)與油氣生產(chǎn)中,管道腐蝕不僅給工程造成巨大的損失,也會(huì)造成環(huán)境的污染甚至威脅生命安全。因此,油氣儲運(yùn)工程中管道腐蝕預(yù)防和治理成為了目前的研究重點(diǎn)[1]。對油氣儲運(yùn)腐蝕與防護(hù)危害較大的介質(zhì)多為酸性,如H2S、CO2和Cl-。CO2分壓越高,腐蝕介質(zhì)的pH越低,氫的去極化作用越強(qiáng),腐蝕反應(yīng)速率就愈大。但是,鋼管表面容易形成Fe2+飽和溶液層,促進(jìn)具有一定保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜FeCO3與FeS的形成,這有可能抵消CO2分壓升高本身對腐蝕的推動(dòng)力,使腐蝕速率下降。隨著CO2分壓繼續(xù)增高,腐蝕產(chǎn)物膜因內(nèi)應(yīng)力過大而發(fā)生破裂,腐蝕速率繼續(xù)增大[2-8]。已有研究也證明[9],L360QS鋼的H2S/CO2腐蝕速率隨CO2分壓增大而增加,表面腐蝕產(chǎn)物膜不夠完整,部分膜發(fā)生脫落,膜的保護(hù)性降低。

Cl-的影響可分為兩個(gè)方面[10]：一方面,Cl-的存在可降低金屬表面鈍化膜形成的可能性,且對已形成的鈍化膜起到加速破壞作用,從而促進(jìn)金屬的局部腐蝕；另一方面,Cl-的存在使CO2在水基介質(zhì)中的溶解度降低,從而降低金屬的腐蝕速率。當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度較低（低于5 000 mg/L）時(shí),上述第二方面起主導(dǎo)作用,在碳鋼表面形成的致密腐蝕產(chǎn)物膜膜與基體結(jié)合力強(qiáng),碳鋼腐蝕速率較低,耐蝕性好；但當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度增加一倍（至10 000 mg/L）時(shí),碳鋼在含H2S/CO2介質(zhì)中形成的腐蝕產(chǎn)物膜致密性明顯降低,膜的保護(hù)性下降,導(dǎo)致碳鋼腐蝕速率增大；進(jìn)一步提高溶液中Cl-質(zhì)量濃度,由于CO2溶解度下降,溶液pH升高,CaCO3沉淀傾向增大,抑制了金屬腐蝕,腐蝕速率明顯下降,但發(fā)生垢下腐蝕及局部腐蝕的傾向增大。

L360QS鋼廣泛應(yīng)用于高含硫氣田原料氣集輸管道工程中,具有高韌性、高強(qiáng)度、抗脆斷以及抗硫化物應(yīng)力開裂和抗氫致誘導(dǎo)開裂的特點(diǎn)。筆者針對某L360Q鋼集輸管線的現(xiàn)場服役環(huán)境,采用一系列理化檢驗(yàn)方法,分析了L360QS鋼管線的腐蝕原因。

1. 理化檢驗(yàn)與結(jié)果

1.1 工作環(huán)境

該管線的工作環(huán)境為H2S、CO2和Cl-共存的環(huán)境,原料氣組分及氣田水組分分別如表1和表2所示。由表1可知,原料氣中存在一定量的H2S及CO2,而在H2S、CO2共存體系中,材料的腐蝕速率對CO2分壓依賴性較強(qiáng)[11]。由表2可知,氣田水中的Cl-質(zhì)量濃度較高。

表 1 原料氣組分

Table 1. Components of raw material gas

組分	摩爾分?jǐn)?shù)/%	組分	摩爾分?jǐn)?shù)/%
CH4	89.85~87.40	C6H14	0.02~0.09
C2H6	1.15~1.23	C7H16	0.01~0.05
C3H8	0.11~0.14	H2S	3.0~4.5
C4H10	0.04~0.06	CO2	5.6~6.2
	0.02~0.03	N2	0.2~0.3

表 2 氣田水的理化參數(shù)

Table 2. Physical and chemical parameters of gas field water

項(xiàng)目	變化范圍	平均值
密度/（g·cm-3）	1.06~1.13	1.108
總礦化度/（g·L-1）	90~200	110
ρ（Cl-）/（mg·L-1）	70 858~126 592	98 725
/（mg·L-1）	675~708	691.5
ρ（HCO3-）/（mg·L-1）	830~1 857	1 343.5
ρ（Ca2+）/（mg·L-1）	6 012~11 423	8 717.5
ρ（Mg2+）/（mg·L-1）	365~2 432	1 398.5
ρ（Na++K+）/（mg·L-1）	37 320~67 109	52 214.5

1.2 宏觀觀察

圖1為失效L360QS鋼管線內(nèi)壁的宏觀形貌,可見黑色腐蝕產(chǎn)物膜,附著力較強(qiáng)。

圖 1 L360QS鋼管線內(nèi)壁的宏觀形貌

Figure 1. Macro-morphology of inner wall of L360QS steel pipeline

1.3 化學(xué)成分分析

采用Spectro M10型直讀光譜儀對L360QS鋼管線的化學(xué)成分進(jìn)行分析,結(jié)果如表3所示。結(jié)果顯示,L360QS鋼管線的化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,鋼中存在少量的Cu和Cr元素,可以確保其具有一定的耐蝕性,少量Nb和Mo可在一定程度上提高該鋼的強(qiáng)韌性。