油田壓力容器抗HIC鋼管選材分析范文

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摘要：本文分析了HIC原理和影響因素，總結油田鋼管酸性環境下的要求，根據GB150的限制條件提出油田壓力容器抗hic鋼管的選材要求。用蒸汽換熱器盤管材料Q345D(R-HIC)進行腐蝕試驗驗證，為此類特殊情況下的鋼管選材提供參考。

關鍵詞：壓力容器；鋼管；HIC；蒸汽換熱器

油氣田地面測試系統中介質常含硫化氫，新疆和四川含量尤高，普光氣田中高達15.5%～17%。高硫化氫往往會產生SSC和HIC，對設備和環境產生很大的危害。壓力容器標準中多關注板材和鍛件的選材，而鋼管要求較少。本文以含硫介質下各鋼管的標準要求為基礎，介紹HIC情況下鋼管的選材。

1HIC原理和影響因素

HIC成因主要是氫離子在鋼中夾雜物表面析出形成原子，并滲入到鋼中，在顯微孔洞中形成氫分子，當分子的壓力超過鋼的強度極限時就產生裂紋。HIC的產生不需要施加外部的應力，此類開裂與焊接無關，影響HIC的因素主要是鋼材中化學成分本身。抗HIC管線鋼的成分設計總原則是有效控制有害元素磷和硫的質量分數，一般要求P控制在0.015%以下以減少磷的富集；硫是極為有害的元素，減少硫質量分數可減少MnS的數量，因此要求S控制在0.002%以下。

2各標準對酸性環境下鋼管的要求

(1)SH/T3075：根據腐蝕機理的不同，將濕硫化氫腐蝕環境分為Ⅰ類和Ⅱ類。Ⅰ類主要考慮SSC腐蝕，其要求基于NACEMR0175，限制許用應力、材料狀態和碳當量CE；而Ⅱ類明確提出在符合Ⅰ類條件的基礎上，增加P、S等化學成分以提高鋼材抗HIC/SOHIC的能力(工程中往往難以區分發生HIC或OSHIC條件，實際Ⅱ類環境是按照SOHIC條件選材)。雖然適用范圍與GB150相同，但增加了腐蝕環境對壓力容器用鋼的要求，可作為特殊環境材料要求的依據。

(2)NACEMR0175/ISO15156：MR0175是油田設備防腐選材的重要依據，以PH值和H2S含量為基礎將濕硫化氫環境進行分區，主要從硬度、化學成分和熱處理方面進行控制。油田設備普遍要求符合NACE標準，認為符合此標準即可防止硫化氫腐蝕。但NACE標準是基于實驗室得出的結果，且對HIC腐蝕處理的相對簡單，沒有進一步闡述。研究表明即使材料硬度達到NACE要求，HIC也可能發生。部分研究者認為HIC發生的情況下，往往伴隨SSC腐蝕，所以考慮HIC時，NACE也是要求符合的標準。

(3)GB/T9711：石油天然氣工業中輸送鋼管訂貨技術條件制定主要依據APISPEC5L、ISO3183和GB/T9711進行。國標基本參照前者進行制定，將鋼管分為PSL1和PSL2兩個產品規范級別，附錄H增加酸性服役條件PSL2鋼管的訂購要求，同時要求進行HIC試驗。目前，X65、X70、X80、P110、L245等鋼是油氣采輸過程中經常使用的管線鋼，服役條件多為潮濕環境，輸送介質含H2S酸性物質較多。

3油田壓力容器用鋼管

國內壓力容器標準為GB150，其中材料選擇需在引用標準范圍內，而對酸性環境GB150并沒有如何規定，所以有必要在適用GB150的材料中增加特殊要求以滿足抗HIC要求。確定管道介質為Ⅱ類HIC腐蝕時，材料需滿足NACEMR0175和GB/T9711要求：選用正火鋼管，焊縫進行整體熱處理后包括管材的硬度≤22RC，表面不得有大于0.5mm的尖銳缺陷存在(管道表面有不連續缺陷會增加SSC危險性)；管材化學成分P≤0.02%，S≤0.003%；鋼管按NACETM-0177的A溶液要求進行抗SSC試驗，時間720h，溫度24℃，采用四點彎曲法，施加載荷80%實測屈服強度，要求無開裂；同時鋼管按照NACETM-0284的A溶液進行抗HIC試驗，時間96h，溫度25℃，要求CLR≤5%；CTR≤1.5%；CSR≤0.5%。

4油田壓力容器鋼管實際

案例地面測試系統中蒸汽換熱器和水套爐用于對井內油氣水進行加熱，殼體內的蛇形盤管為DN80，長度90m，介質原油、天然氣(含硫化氫5%、CO2和殘酸)和水。鑒于介質壓力和換熱效率，采用Q345D(R-HIC)材料，符合標準GB6479，同時增加上述特殊要求。接管按照進行抗SSC和HIC試驗，且要求氫鼓泡面積比的平均值＜1%。經試驗，結果CLR=0，CTR=0，CSR=0，施加載荷后無開裂，符合要求。5結語油氣田介質復雜多變，很多時候都無法提供具體的成分，即便酸性環境下，HIC也只是酸性腐蝕中的一種。雖然增加鋼管特殊要求可避免HIC發生，但考慮管材用量、HIC焊材、腐蝕試驗等會增加制作成本，設計者應與客戶進行充分的溝通以確定是否按照抗HIC要求設計，畢竟選擇適合預期使用環境的材料是設備使用者的責任。

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作者：李章偉 單位：承德江鉆石油機械有限責任公司