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含CO_(2)原油對輸油泵FV520B鋼葉輪的腐蝕行為研究

文檔作者：楊旸１侯宜辰２曹宇３文檔來源：１．國家管網集團西南管道有限責任公司２．攀枝花華潤燃氣有限公司３．中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司川東北氣礦		更新日期： 2026年09月12日	點擊數：
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??????????????????????收稿日期:２０２４Ｇ０４Ｇ１１.作者簡介:楊旸,男,２０１２年畢業于西南石油大學過程裝備與控制工程專業,學士,現從事智慧管網標準、油氣管道工程數字化移交研究工作,曾獲得中國石油和化學工業聯合會科技進步獎,高級工程師,已發表論文５篇.Email:yangyang０６＠pipechina．com．cn.基金項目:國家石油天然氣管網集團有限公司(批準號:JCGL２０２１０８)資助的課題.含CO２原油對輸油泵FV５２０B鋼葉輪的腐蝕行為研究楊　旸１,侯宜辰２,曹　宇３(１．國家管網集團西南管道有限責任公司,四川成都６１００４１;２．攀枝花華潤燃氣有限公司,四川攀枝花６１７０００;３．中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司川東北氣礦,四川達州６３６１５０)　　摘　要:CO２是造成石油設備設施腐蝕嚴重的關鍵因素之一.文章針對現場CO２驅塊輸油泵葉輪發生嚴重點蝕的問題,對腐蝕速率、腐蝕形貌和電位進行了綜合分析,結果表明,FV５２０B鋼腐蝕速率隨管輸壓力和流速增大呈指數形式增大(R２＞０．９),電位發生負向偏移.隨著管輸壓力的增大,試樣表面腐蝕方向性特征逐漸消失,表現為顯著區分的點蝕區域和全面腐蝕區域;而隨著流速的增大,金屬表面呈現出溝槽狀沖刷腐蝕形貌,并且存在微小的蝕坑.這是由于在較高的管輸壓力和流速條件下氣蝕造成的.關鍵詞:含CO２原油　輸油泵葉輪　沖刷腐蝕　氣蝕doi:１０．３９６９/j．issn．１００６Ｇ８８０５．２０２４．０４．００５　　在油田地面集輸系統中,CO２導致的腐蝕現象非常普遍【１Ｇ５】.通常來說,隨著CO２分壓的增加,腐蝕速率逐漸增大,一方面,CO２腐蝕以H＋去極化過程為主,溶液中電離的H＋加速了腐蝕;另一方面,腐蝕速率的增加促進了腐蝕產物的沉積,有利于形成厚而致密的腐蝕產物膜,因此,CO２也可以通過影響腐蝕產物膜的結合能力、密度和厚度來影響鋼的腐蝕速率.此外,含CO２的多相管輸介質的輸送壓力所產生的應力也會影響管道的腐蝕,尤其是局部腐蝕引起的應力將大大降低管道的耐久性壽命,主要表現為高壓以及壓力波動導致管壁產生嚴重的應力,進而導致點蝕的萌生和發展.影響CO２腐蝕的因素眾多,包括CO２分壓、流速、陰陽離子等.目前針對含CO２的原油腐蝕防護多采用增加緩蝕劑的方法,但是在包含油、氣、水甚至是固相的條件下,緩蝕劑對單井管線的保護作用十分有限,而在集輸干線上卻能夠起到一定的保護作用【６Ｇ７】.對于輸油泵來說,由于葉輪的不斷動作,緩蝕劑難以在葉輪表面形成有效的保護膜,對腐蝕幾乎沒有任何抑制作用.因此現場輸油泵的葉輪通常采用不銹鋼代替常規鑄鐵,以提高其抗腐蝕性能,但是在可能發生氣蝕的情況下,仍然存在明顯的腐蝕問題【８Ｇ１０】.從現場失效輸油泵葉輪(材質為FV５２０B鋼)的腐蝕情況來看,主要以表面的點蝕為主.本文基于高溫高壓反應釜模式輸油泵葉輪服役環境,對其在不同管輸壓力和流速條件下的腐蝕速率、腐蝕形貌和電位的變化規律進行了綜合分析并得出相關結論,以便能夠為輸油泵葉輪腐蝕防護提供借鑒.１　實驗設置圖１所示為用于模擬輸油泵葉輪服役環境的高溫高壓反應釜(材質為３１６L不銹鋼,具有較好的抗CO２腐蝕性能),其中在旋轉軸下方安裝了３個試片(沿圓周均布,相隔角度為１２０°),安裝角度為６８°(模擬實際葉輪角度),通過旋轉電機控制轉速模擬不同的流速環境(實際管輸流量約為２m/s),并通過溫控控制實驗溫度,使其保持在４５℃(現場高凝原油的管輸溫度為４０~５０℃).為加速實驗,采用去離子水和分析純Na２SO４配制３％(質量分數)的Na２SO４實驗溶液,并持續通入純度為９９．９９％的CO２,通過壓力表監測腐蝕與防護　　石油化工設備技術,２０２４,４５(４)??２５??PetrochemicalEquipmentTechnology
反應釜內壓力,使其保持在２MPa(現場管輸壓力).圖１　用于模擬輸油泵葉輪服役環境的高溫高壓反應釜　　采用線切割方法制作與輸油泵葉輪相同的試片,尺寸為２５mm×２５mm×３mm.試片材質為FV５２０B鋼,其主要成分如表１所示.每個實驗試片首先用丙酮(或乙醚)除掉表面油膜,然后用去離子水清洗,再用乙醇除掉試片表面殘留水分,最后烘干、備用.實驗周期為４８h.實驗結束后取出試片,用標準除銹液除掉表面腐蝕產物后計算其平均腐蝕速率,然后通過三維共聚焦顯微鏡觀察其表面腐蝕、點蝕特征,查找最大點蝕位置,并計算最大蝕坑深度.以反應釜３１６L不銹鋼作為參考,通過圖１中所示的測試系統(電化學工作站)監測試片與３１６L不銹鋼之間電位差的變化,測試頻率為１h/次,測試周期為４８h.在相同環境下,FV５２０B鋼與３１６L不銹鋼的電位基本相同,并且在實驗過程中可認為３１６L不銹鋼電位不變.表１　FV５２０B鋼主要成分(質量分數)％元素CSiMnCrMoPCuNiNbFe含量０．０６０．３８０．７０１４．１０１．４１０．００９１．５２５．２８０．３６剩余２　實驗結果分析與討論２．１　管輸壓力對腐蝕速率的影響圖２(a)~圖２(b)為不同管輸壓力條件下輸油泵葉輪的腐蝕速率.從圖２(a)~圖２(b)中可以看出,隨著管輸壓力的增大,全面腐蝕速率和點蝕速率呈近似對數關系增大(R２＞０．９,其中R為均方根),但兩者的變化規律各不相同,全面腐蝕速率的增大速度逐漸放緩,而點蝕速率先迅速增大(２~４MPa)而后緩慢呈近似線性增加(４~１０MPa).這是因為雖然隨著壓力的增大,CO２在原油中的溶解度增大,但是在一定的壓力條件下,CO２存在飽和溶解度,因此當管輸壓力增大到一定程度后,全面腐蝕速率和點蝕速率的增大速度逐漸放緩.此外,在相同的壓力條件下,點蝕速率遠大于全面腐蝕速率.圖２　不同管輸壓力條件下輸油泵葉輪的腐蝕速率　　圖３(a)~圖３(f)所示為不同管輸壓力條件下輸油泵葉輪的微觀圖像.由圖３(a)~圖３(f)可見:在給定的流速條件下,當管輸壓力較小時(２~４MPa),輸油泵葉輪的微觀形貌呈現一定的方向性,由于實驗時為模擬現場工況,試片的安裝設置了一定的角度(６８°),因此試樣表面呈現相??６２??石　油　化　工　設　備　技　術２０２４年　
對明顯的沖刷腐蝕區域(主要集中于試樣的上部),但是該區域隨著管輸壓力的增大而逐漸變得模糊【１１】;當管輸壓力增大到３MPa時,試樣表面已經形成了明顯的點蝕坑,蝕坑數量增多,且蝕坑面積顯著增大;當管輸壓力增大到６MPa時,沖刷腐蝕的方向性已經消失,試樣表面腐蝕區域和未腐蝕區域的界限也無法區分,試樣表面呈現明顯點蝕狀態【１２】;而當管輸壓力增大到８MPa時,試樣表面主要表現為點蝕區域和全面腐蝕區域,壓力繼續增大到１０MPa時,這一現象表現得更加明顯.此外,結合輸油泵等動設備的工作特點,在較大管輸壓力條件下,由于CO２的溶解度較大,在介質與試樣發生碰撞時還可能導致氣蝕發生.圖３　不同管輸壓力條件下輸油泵葉輪的微觀圖像　　圖４(a)~圖４(b)所示為不同管輸壓力條件下輸油泵葉輪的電位變化.從圖４(a)中可以看出:在整個測試周期內,在不同的管輸壓力條件下,試樣的電位波動平緩;整個周期內的電位差平均值顯示,隨著管輸壓力的增大,試樣的電位發生負向偏移,說明試樣的腐蝕傾向逐漸增大【１３】,但負向偏移程度逐漸減小,尤其在管輸壓力由８MPa增大到１０MPa時,電位負向偏移僅為２．３９mV.從圖４(b)右上角的小圖中可以看出:在整個測試周期內,管輸壓力為８MPa和１０MPa時,試樣的電位變化相對較為劇烈,與實驗初期相比,電位發生了一定程度的正向偏移,說明此時主要以氣蝕誘發的點蝕過程為主,而沖刷造成的全面腐蝕有所減弱.圖４　不同管輸壓力條件下輸油泵葉輪的電位變化??７２??　第４５卷第４期楊　旸等．含CO２原油對輸油泵FV５２０B鋼葉輪的腐蝕行為研究
２．２　流速對腐蝕速率的影響圖５(a)~圖５(b)為不同流速條件下輸油泵葉輪的腐蝕速率.從圖５(a)~圖５(b)中可以看出,隨著流速的增大,全面腐蝕速率和點蝕速率呈對數函數增大(R２＞０．９)的趨勢,但點蝕速率的增大速率更高.在持續的沖刷作用影響下,隨著流速的增大,試片表面的腐蝕產物能夠迅速被帶走,使得金屬基體一直暴露于腐蝕環境中,因此流速對腐蝕速率的影響程度大于管輸壓力,并且在較低的流速條件下,點蝕速率就處于較高的水平【１４】.沖刷對金屬腐蝕速率的影響主要包括兩個方面:一是由于介質的流動,腐蝕產物被迅速帶離金屬表面,此時金屬表面的流場狀態可能處于紊流狀態,并且紊流強度與流速呈正相關,極大地促進了金屬與溶液的傳質過程,因此流速越大,腐蝕速率也就越大;二是在本文所述的實驗條件下,流速是通過旋轉葉輪提供的,在整個的實驗裝置中,沖刷導致的力學過程無法被忽視,力學作用與電化學腐蝕耦合,加劇了試樣表面的腐蝕【１５】.圖６(a)~圖６(f)所示為不同流速條件下輸油泵葉輪的微觀圖像.從圖６(a)~圖６(f)中可以看出,在不同流速條件下,金屬表面的腐蝕形貌主要以均勻腐蝕和具有方向性的溝槽狀沖刷腐蝕兩種形式存在.如前所述,流速對金屬材料腐蝕的影響主要體現在兩個方面:一方面,流速增大能夠更快地帶走金屬表面的腐蝕產物,使得金屬表面難以形成致密腐蝕產物保護層,也就使得金屬基體一直暴露在腐蝕環境中,因此也就沒有點蝕的孕育條件;另一方面,由于流體對金屬表面的沖擊作用,導致金屬表面存在沿流體運動方向的腐蝕特征,即前述的溝槽狀沖刷腐蝕形貌.圖５　不同流速條件下輸油泵葉輪的腐蝕速率圖６　不同流速條件下輸油泵葉輪的微觀圖像??８２??石　油　化　工　設　備　技　術２０２４年　
　　除明顯的溝槽狀腐蝕形貌之外,沿流體運動方向事實上還存在微小的、幾乎可以忽略不計的蝕坑,同時在沖刷產生的溝槽狀腐蝕特征附近也存在局部溝槽.在介質的旋轉運動過程中,可認為金屬附近是穩定的層流狀態,但是一方面,由于電化學腐蝕的影響,金屬表面的腐蝕產物與流體形成固液兩相,打破了穩定流動狀態,局部紊流可能會導致局部溝槽的產生;而另一方面,由于介質中含有CO２,介質中的氣相在紊流作用下非常容易析出,因此氣泡在金屬表面的破裂過程就可能導致極其微小的蝕坑的出現.　　圖７所示為不同流速條件下輸油泵葉輪的電位變化.從圖７中可以看出,在整個測試周期內,試樣的電位波動幅度較大,尤其是在較高的流速條件下(１０~２０m/s),隨著實驗時間的增加,試樣的電位發生正向偏移,這表明沖刷占主要作用,并且流速越大,電位正向偏移程度也越大,表明沖刷作用也越強.圖７　不同流速條件下輸油泵葉輪的電位變化３　結論本文針對含CO２原油對輸油泵葉輪的腐蝕行為,通過對管輸壓力和流速對腐蝕速率、腐蝕形貌和電位的影響進行綜合分析,主要得到以下結論:１)試樣全面腐蝕速率和點蝕速率隨著管輸壓力的增大而增大,電位發生明顯負向偏移,但點蝕速率約為全面腐蝕速率的３倍.當管輸壓力為２~６MPa時,試樣表面的腐蝕形貌具有一定的方向性,以點蝕為主,但是隨著管輸壓力的增大,腐蝕方向性特征逐漸消失;當壓力為８~１０MPa時,試樣表面主要分為點蝕區域和全面腐蝕區域,這可能是由于氣蝕造成的,表現為試樣電位在測試周期內發生了一定的正向偏移.２)試樣全面腐蝕速率和點蝕速率隨著流速的增大而增大,電位發生明顯負向偏移.流速增大,流體對金屬表面的沖擊作用增強,導致金屬表面存在溝槽狀沖刷腐蝕形貌,但由于介質中的氣相在紊流作用下析出,氣泡在金屬表面的破裂過程導致極了其微小的蝕坑的出現.參考文獻:[１]　張昆．混輸管道內腐蝕及影響因素分析[J]．油氣田地面工程,２００８,２７(６):３２Ｇ３３．[２]　KAIRYSK,ZHOUS,TURNBULLA,etal．CorrosionofPipelineSteelinDensePhaseCO２ContainingImpurities:ACriticalReviewofTestMethodologies[J]．CorrosionScience,２０２３,２１４:１１０９８６．[３]　SILVACA,VARELALB,KOLAWOLEFO,etal．MultiphaseＧFlowＧInducedCorrosionandCaviＧtationＧErosionDamagesofAPI５LX８０andAPI５DPGradeSSteels[J]．Wear,２０２０,４５２Ｇ４５３:２０３２８２．(下轉第３４頁)??９２??　第４５卷第４期楊　旸等．含CO２原油對輸油泵FV５２０B鋼葉輪的腐蝕行為研究
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temperaturefield,andtheabsoluteerrorvalueofthetemperaturecalculatedatabout８０％ofthenodeswithinthetestsetisbelow１％ofthemaximumtemperatureofthefurnace,whichispromisingfortheapplication．Keywords:onlineprediction;３Dtemperaturefield;industrialheatingfurnace;cGAN;unity３DvisualizationSTUDYONCORROSIONBEHAVIOROFCRUDEOILCONTAININGCO２ONFV５２０BSTEELIMPELLEROFOILPUMP[２５〗YangYang１,HouYichen２,CaoYu３(１．NationalPipeNetworkGroupSouthwestPipelineCo．,Ltd．,Chengdu,Sichuan,６１００４１;２．PanzhiＧhuaHuarunGasCo．,Ltd．,Panzhihuan,SiＧchuan,６１７０００;３．NortheastSichuanGasFieldofPetroChinaSouthwestOilandGasFieldCompany,Dazhou,Sichuan,６３６１５０)Abstract:CO２isoneofthekeyfactorsthatcausesseriouscorrosionofpetroleumequipmentandfacilities．AimingattheproblemofseriouspittingcorrosionintheimpellerofoilpumpinCO２floodingfield,thecorrosionrate,corrosionmorphologyandpotentialareanalyzedcomprehensivelyinthispaper．TheresultsshowthatthecorrosionrateofFV５２０Bsteelincreasesexponentiallywiththeincreaseofpipelinetransportpressureandflowrate(R２＞０．９),andthepotentialshiftsnegatively．Withtheincreaseofpipepressure,thecorrosiondirectivityofthespecimensurfacegraduallydisappears,indicatingadistinctpittingareaandacomprehensivecorrosionarea．Withtheincreaseofflowrate,themetalsurfacepresentsagroovederosionmorphologywithsmallpits．Thisisduetocavitationunderhighpipepressureandflowrateconditions．Keywords:crudeoilcontainingCO２;impellerofoilpump;erosioncorrosion;cavitationIDENTIFICATIONOFWINDＧINDUCEDFAＧTIGUELIFEOFONSHORESTEELＧCONCRETEHYBRIDWINDTURBINETOWER[３０]XuJiangtao１,ShiZhengui２,HuangCirong３(１．HenanTrafficTechnicianCollege,ZhumaＧdian,Henan,４６３０００;２．SINOPECXinxingPetroleumCo．,LTD．,Beijing,１０００８３;３．POWERCHINAEastChinaSurvey,DesignandResearchInstituteCo．,LTD．,Hangzhou,Zhejiang,３１１１２２)Abstract:WindＧinducedfatigueisalongＧtermaccumulationprocess,andasinglewindloadeventmaynotcauseimmediatedamagetothestructure．Theinteractionbetweendifferentmaterialsandcomponents,stressconcentration,localstress,andotherfactorsaffectthestressrelationshipofthetower,makingitdifficulttoanalyzetheaerodynamicloadsindifferentdirections．Therefore,theaccuracyofidentifyingfatiguelifeispoor．AmethodforidentifyingthewindＧinducedfatiguelifeofonshoresteelＧconcretehybridwindturbinetowerisproposed．TheSESAM/GeniEmoduleisadoptedtoconverttheactualstructureintoafiniteelementmodelandcalculatetheaerodynamicloadsindifferentdirectionsofthetower．Thenthecomprehensiveloadvalueisobtainedbycombiningtheaerodynamicloads;byanalyzingtherelationshipbetweenexternalloadandfatiguelifeofthetowerandaccumulatingthecomprehensivedamagevalue,theidentificationresultofwindinducedfatiguelifeofthetowercanbeobtained．TheexperimentalresultsindicatethatwhenapplyingtheidentificationmethoddescribedinthispapertoidentifythefatiguelifeofsteelＧconcretehybridwindturbinetowers,thefatiguedamageamountoftowersatthesamenodealsochangeswiththecontinuousincreaseofwindspeed．Therootmeansquareofthestressresponsebetweentheidentificationresultsandtheactualsituationislow,indicatingthatthismethodcanobtainhighidentificationaccuracy．Keywords:steelＧconcretehybridwindturbine;tower;windＧinducedfatigue;lifeidentification;aerodynamicloadsONREPAIRMETHODOFLOCALDAMAGEOFENAMELSTIRRINGSHAFT[３５]YanJunjie,ChenZhen,GaoKe(ChanglingBranchofSINOPECCatalystCo．,Ltd．,Yueyang,Hunan,４１４０００)Abstract:Thispaperintroducestheproblemoflocaldamageofenamelstirringshaftinacatalystproductionandanalyzesthecausesoftheproblem．Combinedwiththeactualproductionsituationofthedevice,therepairmethodofenamelstirringshaftdamageisexploredandputintopractice．Meanwhile,somesuggestionsareputforwardtopreventdamageofenamelequipmentandforreasonablerepairafterdamage．TheaboveresearchresultshavesuccessfullysolvedtheproblemoflocaldamageofenamelstirringshaftaffectingthenormalproductionofthedeviceaswellastheproblemofrepairingthedamageofenamelstirringequipmentABSTRACTS　PETROCHEMICALEQUIPMENTTECHNOLOGYStartedPublicationin１９８０．Bimonthly．Jul．２０２４Vol．４５No．４??Ⅳ??

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