隔热油管失效分析及CO2应力腐蚀试验研究

来源 :山东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhuizuizong
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近年来,隔热油管的失效事故频繁发生,不仅造成了巨大的经济损失,还带来了环境污染。因此,隔热油管的失效成为油气田中亟待解决的问题。本文采用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等方法对隔热油管接箍的失效进行了分析,提出了可能的失效机理,并设计了隔热油管钢的CO2应力腐蚀试验和不同介质下的腐蚀疲劳试验进行验证,得到以下结论:(1)失效隔热油管接箍的显微组织为回火索氏体,材料的化学成分和力学性能均符合API 5CT的标准要求。宏观断口形貌、微观裂纹及微观裂纹断裂面显示具有应力腐蚀的特征,腐蚀产物为FeCO3。结合隔热油管接箍的工作环境,接箍会受到高温高压蒸汽的膨胀力和自身重力,在二氧化碳气体和水蒸气的腐蚀作用下,裂纹在接箍外表面的钳痕和切痕处萌生,并不断扩展,最终在接箍密封圈处发生断裂。因此,隔热油管接箍的失效可能是由CO2应力腐蚀造成。(2)针对隔热油管接箍可能的失效机理,设计CO2应力腐蚀试验。选取应力腐蚀试验标准溶液为5%NaCl+0.5%CH3COOH+蒸馏水,在CO2分压为0.2 MPa、温度为100℃的环境中,所有C型环试样经过360小时的腐蚀,均未发生断裂。应力越大,C型环表面腐蚀越严重。腐蚀产物是由紧密的晶粒堆积而成的FeCO3,这与失效的油管接箍的腐蚀产物一致。为进一步模拟隔热油管的实际工作环境,选取水蒸气和0.2 MPa的CO2气体为腐蚀介质,在温度为100℃环境中,所有缺口C型环试样经过720小时腐蚀,均未发生断裂。应力越大,缺口C型环表面腐蚀越严重。试样表面先生成Fe2O3,后生成FeCO3,这与失效的油管接箍的腐蚀产物一致。(3)模拟设计腐蚀疲劳试验,验证隔热油管接箍的失效机理。在室温空气介质中,缺口试样的疲劳寿命约为600小时,试样表面没有腐蚀产物。裂纹源位于缺口根部,呈现多源性。裂纹源区呈现脆性断裂的特征,裂纹扩展区兼有脆性断裂和韧性断裂模式,瞬断区呈现韧性断裂特征。在室温蒸馏水介质中,缺口试样的疲劳寿命约为274小时,试样表层被局部腐蚀脱落。断口的裂纹源区和裂纹扩展区被致密的片状腐蚀产物覆盖,这与失效油管接箍的腐蚀产物形貌不一致,瞬断区为韧性断裂模式。在室温且CO2气体和蒸馏水共存的介质中,缺口试样的疲劳寿命约为474小时,试样表面被腐蚀成红棕色。裂纹源区显示为脆性断裂模式,裂纹扩展区中存在疲劳辉纹,腐蚀产物局部覆盖在裂纹源区与裂纹扩展区,其形貌有泥纹状和片状,这与失效油管接箍的腐蚀产物形貌不一致,瞬断区为韧性断裂模式。
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