新型輸油氣雙金屬復(fù)合管道腐蝕及可靠性研究.pdf

1、隨著高含硫油氣田的大量開采，油氣管網(wǎng)腐蝕的問題已成為研究的焦點(diǎn)。雙金屬復(fù)合管不僅具有較高的機(jī)械力學(xué)性能和抗腐蝕能力，又可降低耐蝕合金管道的成本，在高腐蝕性油氣田中被廣泛應(yīng)用。由于國內(nèi)雙金屬復(fù)合管使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和耐蝕可靠性評價(jià)研究不足，焊縫的耐蝕性能評價(jià)尚未形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對雙金屬復(fù)合管抗腐蝕性能和可靠性還需進(jìn)一步研究。因此，開展復(fù)合管基管選材、內(nèi)襯管評價(jià)、復(fù)合管連接、結(jié)合強(qiáng)度評價(jià)等分析，有助于補(bǔ)充研究的不足，為雙金屬復(fù)合管的應(yīng)用提供依據(jù)。

2、論文選題結(jié)合了能源企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的需求，同時(shí)涉及到材料學(xué)、化學(xué)與化工、能源科學(xué)等多領(lǐng)域與學(xué)科，選題具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和基礎(chǔ)理論意義。
　　本論文以在含S2-、Cl-的油氣輸送環(huán)境中具有一定代表性的316L-20G機(jī)械式雙金屬復(fù)合管材為研究對象，以尋求316L-20G雙金屬復(fù)合管抗腐蝕的技術(shù)作為研究目的，以解釋316L-20G雙金屬復(fù)合管的腐蝕機(jī)理為基礎(chǔ)，以近代電化學(xué)研究方法為手段，較為系統(tǒng)地研究了316L-20G雙金屬復(fù)合管內(nèi)襯耐蝕合

3、金在含S2-、Cl-腐蝕介質(zhì)中的腐蝕情況與抗腐蝕技術(shù)，分析了多種腐蝕因素交互作用下的腐蝕機(jī)理，研究了復(fù)合管連接處漏失狀況下的電偶腐蝕行為，探討了不同陰極極化條件下基層金屬與內(nèi)襯合金的保護(hù)電位及機(jī)理，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了復(fù)合管連接處合金元素遷移擴(kuò)散現(xiàn)象，分析了連接處元素遷移擴(kuò)散機(jī)理與焊縫電化學(xué)腐蝕行為。根據(jù)研究結(jié)果得出如下主要結(jié)論：
　?、購?fù)合管內(nèi)襯合金316L和304號(hào)鋼在Na2S腐蝕介質(zhì)中，均表現(xiàn)出隨著Na2S濃度的增加自腐蝕電位負(fù)移、腐

4、蝕電流增加、腐蝕加?。煌瑫r(shí)在中低溫范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，自腐蝕電位負(fù)移、腐蝕電流增加，加快了管道腐蝕。借助化學(xué)平衡移動(dòng)的基本原理分析了Na2S濃度對腐蝕速度的影響；借助物質(zhì)傳遞理論解釋了溫度的升高對腐蝕性質(zhì)的影響。
　　②復(fù)合管內(nèi)襯合金316L和304號(hào)鋼在S2-與Cl-共存的腐蝕介質(zhì)中，因金屬表面鈍化膜具有一定的完整性，內(nèi)襯合金的自腐蝕電位稍有正移，自腐蝕電流較低；隨著浸蝕時(shí)間延長，由于Cl-在金屬表面發(fā)生點(diǎn)蝕，金屬表面鈍化膜

5、被破壞，自腐蝕電流急劇增大。但當(dāng)Cl-濃度增加到一定程度，達(dá)到或超過S2-濃度時(shí)，一定量的Cl-優(yōu)先與金屬離子結(jié)合，阻礙了其它陰離子（S2-）參與電極反應(yīng)，同時(shí)也使溶液中吸附的氧減少，腐蝕電流逐步降低，腐蝕反而被抑制。
　?、墼?16L-20G雙金屬復(fù)合管的基層金屬及內(nèi)襯合金的電偶腐蝕反應(yīng)中，陰極過程為氧分子還原，它受氧分子擴(kuò)散控制；陽極過程為金屬原子氧化，受電子轉(zhuǎn)移過程控制；兩種材料間存在電位差，20G處于陽極，即活性溶解狀態(tài)；

6、316L處于陰極，即被保護(hù)狀態(tài)；當(dāng)復(fù)合管連接處發(fā)生漏失，對腐蝕介質(zhì)中的20G和316L進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí)，兩者具有電位差，316L和20G在腐蝕介質(zhì)中形成電偶腐蝕電池，整體腐蝕加劇，在選擇陰極電化學(xué)保護(hù)中，20G和316L保護(hù)電位最好選在氧濃度擴(kuò)散區(qū)。
　?、芾梅瓶硕杉癊DS元素掃描對316L-20G雙金屬復(fù)合管焊縫分析，研究表明焊縫過渡層中合金元素被碳鋼稀釋，碳原子向316L不銹鋼層和焊縫區(qū)域擴(kuò)散，同時(shí)316L和焊絲中的合金元素

7、Cr、Ni向碳鋼遷移。同時(shí)，焊縫過渡層對合金元素的遷移起到了良好的隔離作用，保持了316L母材耐腐蝕性能，也降低了碳的活度，阻礙了碳的擴(kuò)散，保證了焊縫具有較好的機(jī)械性能。
　?、萃ㄟ^對316L-20G雙金屬復(fù)合管焊縫組織進(jìn)行電化學(xué)綜合腐蝕實(shí)驗(yàn)，對比交流阻抗譜的Nyquist圖和Bode圖，可以得出，316L-20G雙金屬復(fù)合管焊縫在達(dá)到交流阻抗最大后，阻抗略有減小直至相對穩(wěn)定，其數(shù)量級仍然達(dá)到105，焊縫具有良好的抗腐蝕能力，可以