油田压力容器抗HIC钢管选材分析范文

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摘要：本文分析了HIC原理和影响因素，总结油田钢管酸性环境下的要求，根据GB150的限制条件提出油田压力容器抗hic钢管的选材要求。用蒸汽换热器盘管材料Q345D(R-HIC)进行腐蚀试验验证，为此类特殊情况下的钢管选材提供参考。

关键词：压力容器；钢管；HIC；蒸汽换热器

油气田地面测试系统中介质常含硫化氢，新疆和四川含量尤高，普光气田中高达15.5%～17%。高硫化氢往往会产生SSC和HIC，对设备和环境产生很大的危害。压力容器标准中多关注板材和锻件的选材，而钢管要求较少。本文以含硫介质下各钢管的标准要求为基础，介绍HIC情况下钢管的选材。

1HIC原理和影响因素

HIC成因主要是氢离子在钢中夹杂物表面析出形成原子，并渗入到钢中，在显微孔洞中形成氢分子，当分子的压力超过钢的强度极限时就产生裂纹。HIC的产生不需要施加外部的应力，此类开裂与焊接无关，影响HIC的因素主要是钢材中化学成分本身。抗HIC管线钢的成分设计总原则是有效控制有害元素磷和硫的质量分数，一般要求P控制在0.015%以下以减少磷的富集；硫是极为有害的元素，减少硫质量分数可减少MnS的数量，因此要求S控制在0.002%以下。

2各标准对酸性环境下钢管的要求

(1)SH/T3075：根据腐蚀机理的不同，将湿硫化氢腐蚀环境分为Ⅰ类和Ⅱ类。Ⅰ类主要考虑SSC腐蚀，其要求基于NACEMR0175，限制许用应力、材料状态和碳当量CE；而Ⅱ类明确提出在符合Ⅰ类条件的基础上，增加P、S等化学成分以提高钢材抗HIC/SOHIC的能力(工程中往往难以区分发生HIC或OSHIC条件，实际Ⅱ类环境是按照SOHIC条件选材)。虽然适用范围与GB150相同，但增加了腐蚀环境对压力容器用钢的要求，可作为特殊环境材料要求的依据。

(2)NACEMR0175/ISO15156：MR0175是油田设备防腐选材的重要依据，以PH值和H2S含量为基础将湿硫化氢环境进行分区，主要从硬度、化学成分和热处理方面进行控制。油田设备普遍要求符合NACE标准，认为符合此标准即可防止硫化氢腐蚀。但NACE标准是基于实验室得出的结果，且对HIC腐蚀处理的相对简单，没有进一步阐述。研究表明即使材料硬度达到NACE要求，HIC也可能发生。部分研究者认为HIC发生的情况下，往往伴随SSC腐蚀，所以考虑HIC时，NACE也是要求符合的标准。

(3)GB/T9711：石油天然气工业中输送钢管订货技术条件制定主要依据APISPEC5L、ISO3183和GB/T9711进行。国标基本参照前者进行制定，将钢管分为PSL1和PSL2两个产品规范级别，附录H增加酸性服役条件PSL2钢管的订购要求，同时要求进行HIC试验。目前，X65、X70、X80、P110、L245等钢是油气采输过程中经常使用的管线钢，服役条件多为潮湿环境，输送介质含H2S酸性物质较多。

3油田压力容器用钢管

国内压力容器标准为GB150，其中材料选择需在引用标准范围内，而对酸性环境GB150并没有如何规定，所以有必要在适用GB150的材料中增加特殊要求以满足抗HIC要求。确定管道介质为Ⅱ类HIC腐蚀时，材料需满足NACEMR0175和GB/T9711要求：选用正火钢管，焊缝进行整体热处理后包括管材的硬度≤22RC，表面不得有大于0.5mm的尖锐缺陷存在(管道表面有不连续缺陷会增加SSC危险性)；管材化学成分P≤0.02%，S≤0.003%；钢管按NACETM-0177的A溶液要求进行抗SSC试验，时间720h，温度24℃，采用四点弯曲法，施加载荷80%实测屈服强度，要求无开裂；同时钢管按照NACETM-0284的A溶液进行抗HIC试验，时间96h，温度25℃，要求CLR≤5%；CTR≤1.5%；CSR≤0.5%。

4油田压力容器钢管实际

案例地面测试系统中蒸汽换热器和水套炉用于对井内油气水进行加热，壳体内的蛇形盘管为DN80，长度90m，介质原油、天然气(含硫化氢5%、CO2和残酸)和水。鉴于介质压力和换热效率，采用Q345D(R-HIC)材料，符合标准GB6479，同时增加上述特殊要求。接管按照进行抗SSC和HIC试验，且要求氢鼓泡面积比的平均值＜1%。经试验，结果CLR=0，CTR=0，CSR=0，施加载荷后无开裂，符合要求。5结语油气田介质复杂多变，很多时候都无法提供具体的成分，即便酸性环境下，HIC也只是酸性腐蚀中的一种。虽然增加钢管特殊要求可避免HIC发生，但考虑管材用量、HIC焊材、腐蚀试验等会增加制作成本，设计者应与客户进行充分的沟通以确定是否按照抗HIC要求设计，毕竟选择适合预期使用环境的材料是设备使用者的责任。

参考文献：

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[3]NACEMR0175油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料[P].

[4]牛韧.论湿硫化氢环境下管道设计材料的选择[J].石油化工腐蚀与防护,2003，(6).

作者：李章伟 单位：承德江钻石油机械有限责任公司