NBC平臺化學藥劑管道腐蝕規律分析

摘" " 要：目前針對化學藥劑管道內腐蝕情況的研究較少，因此基于NBC平臺化學藥劑管道現場運行工況采用失重試驗，利用電子顯微鏡分析化學藥劑管道的腐蝕規律，了解NBC平臺化學藥劑管道的內腐蝕狀況。研究了不同溫度（20、70 ℃）和不同壓力（0.63、3.72 MPa）下NBC平臺化學藥劑管道均勻腐蝕和局部腐蝕情況。通過實驗發現隨著溫度和壓力的增大，均勻腐蝕和局部腐蝕速率逐漸增大，產物以鐵的氧化物為主。

關鍵詞：化學藥劑管道；腐蝕規律；失重試驗

Study on corrosion law of NBC platform chemical agent pipe

GUO Jiandong

Tianjin Branch of CNOOC （China） Ltd.， Tianjin 300459， China

Abstract：At present， there are few studies on the internal corrosion of the chemical agent pipes. Therefore， based on the on-site operating conditions of NBC chemical pipeline， this paper adopted the weight loss test and electron microscope to observe and analyze the corrosion law of chemical pipes， to understand the internal corrosion status of NBC drug pipes. The uniform corrosion and localized corrosion of NBC pipes under different temperatures （20、70 ℃） and pressures （0.63、3.72 MPa） were studied. Through the test， with the increase of temperature and pressure， it is found that the rate of uniform corrosion and localized corrosion increases gradually， with the product dominated by iron oxides.

Keywords：chemical agent pipes; corrosion law; weight loss test

化學藥劑管道在海上油氣田的生產中有著重要作用。緩沖罐內的生產水中往往含有HCO3-、Cl-等一些腐蝕介質，會引起管道的腐蝕[1]。將緩蝕劑、殺菌劑等化學藥劑與緩沖罐中的生產水混合后，利用化學藥劑管道輸送，可以減緩管道腐蝕，延長管道的壽命[2-3]。但在實際生產中，許多化學藥劑管道的腐蝕情況未知，因此，研究化學藥劑管道的內腐蝕情況，對企業后續的安全平穩生產具有一定的指導意義。

目前，國內外學者對管道中緩蝕劑性能的評價方面做了大量的研究[4-8]，但對含有不同種類化學藥劑管道的腐蝕評價研究較少，無法了解其內部腐蝕情況。因此，本文通過失重實驗，對南堡35-2油田NBC平臺化學藥劑管道的腐蝕情況進行了分析和歸納，考察了不同溫度（20、70 ℃）和不同壓力（0.63、3.72 MPa）條件下NBC平臺化學藥劑管道X65鋼在腐蝕形貌、腐蝕產物等方面的腐蝕規律。

1" " NBC平臺化學藥劑管道運行工況

NBC平臺位于渤海中部海域，平臺上化學藥劑管道的運行壓力0.63～3.72 MPa，溫度20～70 ℃，流速1 m/s。緩沖罐中的生產水與緩蝕劑（BHH-01B）和殺菌劑（TS-B838）混合后，通過化學藥劑管道輸送至NBC平臺，經加熱器加熱后注入多路閥，與平臺井口采出液一同進入母管（混輸管道）。緩蝕劑（BHH-01B）類型主要為咪唑啉類衍生物，殺菌劑（TS-B838）類型為有機胍類和有機唑類衍生物。對該化學藥劑管道中的水樣進行檢測化驗，離子組分數據見表1。

2" " 失重實驗

2.1" " 試樣預處理

試樣材料采用與現場化學藥劑管道材料相同的X65鋼（化學成分見表2），將試樣制成50 mm × 10 mm × 3" mm的長條狀掛片，并設安裝孔洞。首先，將試樣表面進行打磨拋光處理；然后，依次放入盛有石油醚和乙醇的燒杯中用脫脂棉球進行清洗，再用冷風將試樣吹干；最后，采用精度為0.1 mg的電子天平稱量試樣，并放置于干燥的濾紙上待用[9]。

2.2" " 失重實驗過程

實驗采用高溫高壓反應釜測試系統（見圖1），包含N2高壓氣瓶、反應釜以及溫度與壓力控制裝置、進排氣閥等，可以實現流速（通過控制樣品架旋轉）、溫度、壓力的控制。反應釜除氧3 h，確保實驗在無氧環境中進行。

根據NBC平臺化學藥劑管道出、入口生產運行數據設計了3種工況下的高溫高壓反應釜失重實驗，實驗方案如表3所示。

實驗時先將預處理好的試樣用絕緣材料（聚四氟乙烯）安置在高溫高壓反應釜的支架上；然后將現場藥劑管道水樣倒入反應釜容器中，使用釜蓋密封；最后根據實驗方案設定每組實驗的溫度、壓力、流速等參數進行實驗。

每種工況選用4個試樣用于高溫高壓反應釜失重實驗，求其平均值作為失重實驗測試結果。

實驗時間為7 d，實驗結束后取出試樣進行超聲波去膜清洗，再置于酒精中脫水、干燥后用天平稱量，記錄腐蝕后質量。

2.3" " 腐蝕速率計算

通過腐蝕前后的質量損失計算均勻腐蝕速率值，均勻腐蝕速率計算公式見式（1）。

Vc = [87" 600（m1-m2）ρSt1]" "（ 1 ）

式中：Vc為均勻腐蝕速率，mm/a；ρ為試樣密度，g/cm3；S為試樣面積，cm2；m1為試樣腐蝕前的質量，g；m2為試樣腐蝕后的質量，g；t1為腐蝕時間，h。

基于3D顯微鏡測試的點蝕深度計算局部腐蝕速率，見式（2）[9]。

RL = [0.365 ht2]" （ 2 ）

式中：RL為局部腐蝕速率值，mm/a；h為最大點蝕深度，mm；t2為腐蝕時間，d。

參考GB/T 23258—2020《鋼質管道內腐蝕控制規范》判斷腐蝕程度。

2.4" " 腐蝕產物表征

腐蝕產物微觀形貌表征主要采用3D電子掃描顯微鏡（FEI Quanta 650 FEG）和能譜儀（ZEISS EV0 MA15）設備，表征腐蝕產物的微觀形貌結構及元素組成比例。

產物組成表征采用X射線衍射儀對腐蝕最輕微和最嚴重的兩組工況進行腐蝕產物成分分析。通過與能譜元素比例測試結果綜合分析，最終確定腐蝕產物的物質組成。

3" " 結果與討論

3.1" " 均勻腐蝕速率

三種工況條件下實驗得到的均勻腐蝕速率結果分別為0.032 1、0.056 3、0.061 0 mm/a，均為中度腐蝕。隨著溫度和壓力的升高，均勻腐蝕速率逐漸升高。

3.2" " 腐蝕產物微觀形貌

腐蝕產物微觀形貌見圖2。工況一，試樣表面覆蓋腐蝕產物程度較輕，腐蝕產物呈小顆粒狀附著或聚攏堆積在基體表面；工況二，隨著溫度的升高，腐蝕產物明顯增多并出現較重的堆積現象，試樣基體被腐蝕產物大面積覆蓋[10]；工況三，隨著壓力的增大，開始出現楔狀產物和晶粒狀產物，表層腐蝕產物堆積加重，結構呈疏松狀，化學藥劑對試樣基體的保護性能較差。通過EDS能譜分析，腐蝕產物主要含有C、O、Fe元素。

3.3" " 腐蝕產物組成

基于3種工況下試樣腐蝕速率、宏觀形貌以及微觀形貌，選取腐蝕最輕微和最嚴重的兩組工況下的試樣進行腐蝕產物成分的表征（XRD）測試實驗。

3.3.1" " 工況一

如圖3所示，試樣在工況一條件下腐蝕最輕，腐蝕產物主要為Fe。

3.3.2" " 工況三

如圖4所示，試樣在工況三條件下腐蝕最嚴重，腐蝕產物主要為Fe2O3和Fe3O4。

3.4" " 基體形貌和局部腐蝕速率

通過3D顯微鏡進一步對腐蝕后的試樣開展基體形貌表征和點蝕深度測試，結果見圖5～圖7。在工況一條件下，試樣基體表面存在數量較少、深度較淺的腐蝕坑（見圖5），最大點蝕深度為6.335 8 μm；在工況二條件下，隨著溫度升高，基體表面腐蝕坑數量增多，腐蝕坑出現橫向、縱向擴展（見圖6），最大點蝕深度增大至32.698 7 μm；在工況三條件下，隨著壓力增大，基體表面腐蝕坑數量繼續增多，面積增大（見圖7），最大點蝕深度為34.914 7 μm，局部腐蝕繼續加重。

局部腐蝕速率按式（2）計算，三種工況條件下結果分別為0.330 3、1.705 0、1.820 1 mm/a。

4" " 結論

根據南堡35-2油田NBC平臺化學藥劑管道的實際情況，設計了同材質的試樣和同條件藥劑，在表3所示的三種工況條件下進行了高溫高壓反應釜失重實驗，并通過3D顯微鏡對腐蝕產物和腐蝕后基體形貌表征進行觀察分析，研究結論如下：

1）隨著溫度和壓力的增大，均勻腐蝕和局部腐蝕速率逐漸增大。三種工況條件下均勻腐蝕速率范圍為0.032 1～0.061 0 mm/a，表明管道中的化學藥劑起到了一定的保護作用；局部腐蝕速率范圍為0.330 3～1.820 1mm/a，因此需加強預防管道的局部腐蝕，定期進行管道檢測。

2）隨著溫度和壓力的增大，腐蝕程度逐漸加重，腐蝕產物由局部呈現顆粒狀發展到逐漸堆積，腐蝕坑數量增多，腐蝕坑出現縱、橫向擴展，最后試片表面堆積了較多腐蝕產物，產物間出現溝槽狀。最大點蝕深度從6.335 8 μm增大至34.914 7 μm。腐蝕產物成分主要為Fe2O3和Fe3O4。

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作者簡介：

郭建東（1973—），男，河北豐寧人，高級 工程師，1996年畢業于集美航海學院海洋船舶架駛專業，現從事管道運維管理工作。

Email：cdjiandong@126.com

收稿日期：2023-12-25