什么是“抗硫化氫腐蝕管材鋼管”20G無縫鋼管抗硫嗎？

什么是“抗硫化氫腐蝕管材鋼管”20G無縫鋼管抗硫嗎？

在石化行業中,硫化氫(H₂S)腐蝕有其普遍性和高度危害性.通過對H₂S腐蝕機理的剖析,介紹了因濕H₂S腐蝕而引起的氫鼓泡、氫致開裂、硫化物應力腐蝕開裂和應力誘導氫致開裂等腐蝕形態,指出液相中H₂S的質量濃度、pH、溫度及其他因素與上述腐蝕有關.同時通過實際案例從設計角度分析管材的基本要求,論述了不同情況下的選材標準.研究抗H2S腐蝕管材對延長管道的使用壽命,防止事故的發生,提高經濟效益都有著十分重要的意義。 

石油和天然氣作為國民經濟發展的重要能源已被世界各國所重視。目前,我國石油、天然氣資源的輸送主要依靠管道來實現,管材一般為鋼制螺旋焊管。由于管道穿越地段地形復雜,所處環境不僅在空間上不同,而且還隨時間的變化遭受各種介質的侵蝕。特別是酸性介質,對管道腐蝕相當嚴重。 采用標準：GB/T 4157-2006 NACE TM0177-2005 ASTM G39-1999 ISO7539-2-1989 GB/T15970.2-2000 測試方法： A法 標準拉伸 B法 彎曲試驗 C法 C型環試驗 D法 懸臂梁試驗，4點彎曲法 評定結果：符合性判斷（有無EC裂紋，是否斷裂） >>SSC-A法-標準拉伸 制樣CAD圖紙及實物圖（樣品數為3個一組） >>SSC-四點彎曲 ISO 7539和ASTM G39制樣CAD圖紙及實物圖（樣品數為3個一組） 試驗周期均為35天，出報告需2工作日。

石油和天然氣作為國民經濟發展的重要能源已被世界各國所重視。目前?我國石油、天然氣資源的輸送主要依靠管道來實現?管材一般為鋼制螺旋焊管。由于管道穿越地段地形復雜?所處環境不僅在空間上不同?而且還隨時間的變化遭受各種介質的侵蝕。特別是酸性介質?對管道腐蝕相當嚴重。

硫化氫（ H₂S） 是最具腐蝕作用的有害介質之一?我國石油和天然氣產品中含有的H₂S 濃度較高?產生的H2S 腐蝕較嚴重?對管道的抗H₂S腐蝕性能要求更高［1-2］。隨著以羅家寨氣田為代表的高含硫氣田的大規模開發?客觀要求必須進行抗H₂S 腐蝕管材的研究。

研究抗H₂S 腐蝕管材?對于延長管道使用壽命?防止事故的發生?提高經濟效益都有著十分重要的意義。

1.抗H2S腐蝕管材選材原則

針對含硫油氣輸送管道可能出現的金屬失重腐蝕、氫致開裂（HIC）和硫化物應力開裂（SSCC） 在含硫集輸管道選材時?必須考慮管材的耐一般腐蝕性能和抗應力腐蝕性能［3］。

俄羅斯專家認為 在與H₂S 接觸時管線的最大危險不是一般的腐蝕（ 金屬失重腐蝕）而是與金屬的滲氫有關的開裂 SSCC 現象的出現比一般腐蝕快得多。所以在有H₂S 存在的管線中 管材的抗應力腐蝕性能尤為重要。為防止H₂S 應力腐蝕“NACE MR—0175”標準推薦：在酸性介質中?管道的硬度極限為248HV500或22HRC。而從管材的化學成分來講?減少鋼中氧、硫等雜質含量?可增加抗硫化物應力腐蝕的能力。加拿大Grizzly Valley 集輸系統采用了含硫干氣輸送工藝?管道長度超過1770km，主要由?273mm ×5?2mm、?508mm×9?5mm、?610mm×11?4mm 三種直徑與壁厚的管線組成。全部管線按規定采用CSA—Z245?1等級52（359）并對含硫干氣輸送用管鋼材的化學成分提出了明確的要求［4］詳見表1。

碳當量（CE）不應超過0?45％ 并且由下列公式決定：

另外要求鋼管的最大洛氏硬度（HRC）為20HRC?同時要求鋼管的最大維氏硬度（HV）值為238。

美國得克薩斯州對含H₂S濃度超過0?01％的天然氣管線也有明確規定：為保證材料的抗破裂特性?要求對管材進行夏比V形缺口沖擊試驗全部焊縫都應作射線探傷?并消除內應力。對管材抗應力腐蝕能力的判定 目前國際通用兩種標準?一種是美國NACE標準；一種是英國BP標準。

2.抗H₂S 腐蝕管材的類型

從天然氣管道建設的發展趨勢來看?以下兩種類型的管道更具有發展前景：一種是低成本、耐腐蝕、抗硫應力脆裂、可焊性好、硬度高的特種合金鋼?另一種為人工合成玻璃鋼管道。

2?1　特種合金鋼

2?1?1 HDR 雙相不銹鋼

HDR屬超低碳、高鉻（H）、雙相（D）、耐蝕（R）不銹鋼?是由約50％奧氏體和約50％鐵素體雙相組成?具有奧氏體不銹鋼的韌性以及與鐵素體不銹鋼相當的耐應力腐蝕開裂性能?既有很高的力學性能又有良好的可焊性和耐腐蝕、耐磨蝕性能?適合在酸性介質中使用。

由于HDR的成分原因?其表面形成一層富含鉻、鎳、鉬、氮元素的致密氧化保護膜?有效阻止了離子對HDR內部基體的腐蝕。隨著時間的增長?表面的保護膜更趨完善、致密?有效阻止了腐蝕的擴大?是優良的抗腐蝕材料。另外?有試驗表明HDR抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、晶界腐蝕的性能在不銹鋼系列中也是最突出的^［5］。

2?1?2　18－8型不銹鋼

不銹鋼中的18—8型是最低級的不銹鋼?304（AISI 型號） 即是。該類材料易產生焊縫晶間腐蝕和點蝕?主要原因是由焊縫附近的Cr 以化合物析出產生的?要在焊接工藝中注意以下幾點：固熔退火、限制碳含量、采用合適焊條等。更好的辦法是添加微量元素?如鈦和鈮?即1Cr18Ni9Ti （ 已經在川內氣田站場廣泛采用） 、0Cr18Ni9Ti 、00Cr18Ni9Ti 等?？p隙腐蝕和點蝕的形成機理的區別是：當形成氧化膜保護時所形成的腐蝕是縫隙腐蝕；當氧含量降低?氧化膜不易形成或氧化膜剝落時形成點蝕；溫度升高點蝕加重?點蝕的數量和強烈程度主要由附生物的附著程度決定?流動介質中的不銹鋼點蝕大大降低^［5］ 。

2?2　人工合成玻璃鋼

2?2?1 PE管

PE管是以聚乙烯樹脂為主要原料?加入必要的添加劑?通過生產線連續擠出成型的。它是經過CAB、PVC、ABS、PV、PE等各種材質逐漸演變而來的。PE管的耐腐蝕性能強?除少數強氧化劑外?可耐多種化學介質的侵蝕?無電化學腐蝕。它還有使用壽命長、超低摩阻、耐沖擊性好、連接性可靠、質輕、焊接工藝簡單等優點?故可作為含硫油氣管道輸送用管。

2?2?2　玻璃鋼增強復合管

根據玻璃鋼管道耐壓高的特點?以耐熱、防腐的聚氯乙烯管（PVC）為內襯?以強度高、剛度和熱固性好的玻璃鋼為中間體?以抗沖擊、耐老化的高密度聚乙烯為外管?經過專門工藝復合而成。特點是質量輕（僅為鋼管的1／3）、耐壓高、耐腐蝕、抗拉強度高、安裝方便、內壁光滑?克服了玻璃鋼管道抗滲透性差、機械強度低的弱點。管道連接有螺紋、承插、法蘭方式。耐壓可根據玻璃鋼中間體的厚度進行選擇生產?一般在2～16MPa?可用于原油集輸、注水、注聚合物和氣田井場的排污管道。缺點是不易修補?管線損壞后需整根更換［6］。

2?2?3　鋼塑增強復合管

根據增強體及工藝不同可分為鋼絲網增強塑料復合管、鋼板網增強塑料復合管、鋼絲織網增強塑料復合管［6］。

（1）鋼絲網增強塑料復合管。以焊接成型的網狀鋼絲骨架為增強體?以熱塑性高密度聚乙烯塑料為連續基材?在生產線上制成新型雙面防腐耐壓管材。它較好地解決了因金屬基復合材料界面區出現塑料物理特性（如彈性模量、熱膨脹系數、導熱系數等）和化學性質等不連續形成的脫層缺陷?具有比塑料管高的強度、剛性和耐沖擊性?有類似鋼管的低熱膨脹性、抗蠕變性和防紫外線照射性；導熱系數低?內壁光潔、不結垢 水頭損失比網管低30％。管線連接一般有電熱熔和法蘭連接兩種?管材質量輕?施工方便?管材承壓為1?8～3?5MPa 使用溫度為—40～70℃ 管材使用壽命可達50a。缺點是抗外力破壞性差?耐溫不是很高（一般低于75℃）?修復要求高?需專業人員和專用機具才能進行。

（2）鋼板網增強塑料復合管。以沖孔后的鋼帶為增強體?經生產線進行骨架成型?然后經焊接、注塑?內外包覆高密度聚乙烯一次復合而成。特點與鋼絲網增強塑料復合管基本相同 工作壓力一般在1～1?6MPa?連接通常采用電熱熔和法蘭連接方式?具有管材造價較低的優點。

（3） 鋼絲織網增強塑料復合管。借鑒高壓橡膠管的制造工藝?先擠出塑料芯管?經過鋼絲纏繞機或編織機在芯管上纏繞或編織單層（ 或多層） 優質鋼絲做增強骨架?然后擠出一個膠層 使鋼絲與內外層結合良好 最后擠出外層塑料復合而成。特點與鋼絲網、鋼板網增強塑料復合管基本相同 工作壓力通常取決于編織網的層數 一般在1?6MPa左右?大口徑管材造價優勢明顯。

總體來看 合金鋼的性能優越?當前應用也比較廣泛?但目前成本和規模還達不到工業化要求。而人工合成玻璃鋼管道更具有廣闊的發展前景。它具備了強度大、韌性好、耐腐蝕和抗機械破壞等優異性能?且造價低廉 運輸方便 易于施工、維護。

3.結論

對于含硫油氣集輸管道 由于硫化氫的電化學腐蝕以及氫的存在 致使管道鋼的斷裂韌性及材料的物理、化學、機械性能下降?在輸送過程中容易產生應力腐蝕開裂、氫致開裂的損傷現象 從而破壞集輸管道的安全性?影響管道的使用壽命。因此在選材時要特別考慮管材的抗應力腐蝕性能 多向油氣管道建設發達國家學習和取經 向國際標準靠攏。同時我國應加強抗H₂S腐蝕材料的試驗和研究工作?開發出新型、適用的抗H₂S腐蝕管材。

抗硫鋼管適用于含H₂S（含量不大于30g/M3）、的酸性天然氣的場合?？沽蜾摴艿闹圃觳牧现饕欠乐沽蚧_裂、氫致開裂。跟據“NACE MR0175” 規定。原材料硬度不高于22HRC ,NI 含量不高于1%、對其進行熱軋、退火、正火、回火處理后就可以選用。對于A105 材質，經過熱處理后其硬度不大于187HBW, 對于A234 材質經過熱處理后其硬度不大于197HBW就可以選用。國內20#鋼相對應的的材質是美標的A234牌號鋼材，經過熱處理能達到抗硫要求。

參考文獻

［1］Streisselberger A Fluess P Bauer J ?et al? Modern line pipe steels designed for sophisticated subsea projects for s weet and sour gas ［A］.Proc 9th Inter Of f shore and Polar Engi neering Conf［ C］ ．Brest ：The Publisher of ISOPE -1999-125—131．

［2］Mendoza R?Alanis M?Perez R?et al ．On the processing of Fe —C —Mn —Nb steels to produce plates for pipelines with sour gas resistance［J］ ．Mater Sci Eng A -2002?337（1—2） ：115—120．

［3］王健?郭成華．抗硫輸氣管道選材［ J］ ．天然氣與石油?2003-21（4） ：13—15．

［4］Lawson V B．Pipeline failures in the grizzly valley sour gas gathering system［J］ ．Mat Perfor m．1988-27（4） ．

［5］ 武玉增．船舶海水管系管材腐蝕及防腐技術探討［ J］ ．船舶? 2005-12（6） ：43—46．

［6］丁明安．新型防腐管材在油田集輸工程中的應用［ J］ ．管道技術與設備-2003-5：42—44．

抗硫化氫腐蝕油套管

抗H₂S腐蝕特殊扣油套管，是指用于含H₂S酸性腐蝕環境下具有一定氣密封的采油、氣套管。管體材質采用獨特研制的用于生產抗H₂S應力腐蝕的鉻-鉬鋼，鋼種具有高淬透性和回火穩定性，在一定溫度下回火可獲得細小而均勻的回火索氏體，通過成份的微調和針對不同鋼級的熱處理，其硬度和強度完全滿足相應鋼級要求，同時表現出優異的抗SSSC能力。油套管連接接頭采用無縫鋼管廠家自主研發設計的氣密封扣型，適用于不同復雜、苛刻工況。目前，無縫鋼管廠家抗H₂S應力腐蝕特殊扣油套管已通過國內權威機構檢測，并在國內各大油田廣泛使用，其中抗H₂S應力腐蝕C110鋼級CBS3套管已通過《ISO 13679石油和天然氣工業.套管及油管螺紋連接試驗程序》嚴苛的高評價要求的CAL Ⅳ級試驗評價。  

1、無縫鋼管廠家常用抗H₂S應力腐蝕鋼級：

　　CB80S、CB80SS、C90、CB90S、CB90SS、T95、CB95S 、CB95SS、C110、CB110S、CB110SS。 

　　抗硫等級——“S”表示普通抗硫；“SS”表示高抗硫  

2、油套管連接接頭采用無縫鋼管廠家自主研發設計的氣密封扣型：

　　CBS1：無縫鋼管廠家氣密性一型特殊扣（油管和套管）

　　CBS2：無縫鋼管廠家氣密性二型特殊扣（油管和套管）

　　CBS3：無縫鋼管廠家氣密性三型特殊扣（油管和套管）

　　CBSJ：經濟型低壓密封特殊扣（油管和套管）

　　CB-NUFJ：無縫鋼管廠家直連型氣密封特殊扣（油管和套管）

　　EU-HT/BC-HT：高抗扭矩對頂特殊扣油套管　 

3、執行標準（部分）：

　　API Spec 5CT 套管和油管規范

　　ANSI/NACE MR0175/ISO 15156  石油天然氣工業油氣開采中含H2S環境用材料

　　ANSI/NACE TM0177 H2S環境中金屬抗硫化物應力開裂和應力腐蝕開裂的實驗室評價

　　API Spec 5B 套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗規范

　　ISO 13679/GB/T 21267石油和天然氣工業套管及油管螺紋連接試驗程序

　　......

4、理化性能：

5、腐蝕性能

6、接頭性能

7、產品規格范圍：

 外徑：Φ60.32mm~Φ219.08mm；壁厚：4.83mm~22.2mm。

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