УДК 620.196.9
коррозионная стойкость и склонность к коррозионно-механическому разрушению новых трубных сталей в сероводородсодержащих средах нефтепромыслов севера россии
© Иванов Евгений Сергеевич, канд. хим. наук, ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт коррозии». Россия, 105318, Москва, ул. Щербаковская, 3. Тел.:+7 (495) 369 03 65
Бродский Михаил Львович,
ЗАО «Объединенная металлургическая компания». Россия, 115184, Москва, Озерковская наб., 28, стр. 2. Тел.: +7 (495) 232 77 71
Тимонин Алексей Викторович
Институт трубной продукции Китайской национальной нефтяной компании, г. Сиань, КНР Статья поступила 15.04.2009 г.
Приведены результаты исследования стойкости против различных видов коррозионного и коррозионно-механического разрушения нефтегазопроводных труб производства ОМК из новых трубных сталей, отличающихся низким содержанием углерода (06-0,7%). Показано, что данные стали удовлетворяют требованиям соответствующих ТУ по показателям коррозионной стойкости, не склонны к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН), водородному растрескиванию типа «расслоение» (HIC), новодороживанию.
Стали можно рекомендовать для труб газопромыслового назначения и газопроводов, транспортирующих агрессивные сероводород-содержащие среды.
Ключевые слова: трубные стали; коррозионная стойкость; СКРН; HIC; наводороживание; трубопровод; агрессивные сероводород-содержащие среды.
Одним из главных стратегических путей развития трубного производства, трубопроводного транспорта на современном этапе является решение проблем безопасности, надежности и снижение аварийности трубопроводных систем. Решение этих проблем возможно в условиях, гарантирующих требуемый уровень потребительских свойств трубной продукции.
При этом следует учитывать, что за последние годы значительно возросла агрессивность добываемой продукции газоконденсатных и нефтяных месторождений. Это связано, прежде всего, с увеличением в добываемом газе такого агрессивного компонента, как сероводород. Наличие сероводорода, влаги, хлорид-ионов приводит к значительному увеличению коррозии и появлению специфических видов разрушений стали, таких как водородное расслоение, блистеринг, сероводородное растрескивание под напряжением, остролокализованная питтинговая коррозия.
ОАО «Газпром» все сероводородсодержащие месторождения газа в зависимости от парциального давления И2Б по степени агрессивности подразделяет на четыре типа:
- не коррозионноагрессивные при р < 10-4 МПа;
- малоагрессивные, малосернистые при 10-4 МПа < рИг5 < 10-2 МПа;
- среднеагрессивные, среднесернистые при 10-2МПа < рИг5 < 1,5 МПа;
- высокоагрессивные, высокосернистые при рИг5 >1,5 МПа.
В связи с этим возросли требования к трубным сталям. Основными направлениями в этой работе являют-
ся: поиск сталей новых марок оптимального химического состава, с высокими прочностными свойствами, стойкостью к воздействию отрицательных температур (хладостойкость), повышенной стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию и т.п.
В последнее время в ОМК перешли к изготовлению труб из новых низколегированных сталей категории прочности К52, которые должны заменить обычные углеродистые стали типа Ст3, Ст20, 09Г2С, 17Г1С и т.п.
Наиболее перспективны разработанные в последнее время низколегированные стали 18ГФБ, 06ГБ, 07ГФБ-У, которые по данным ООО «Газпром ВНИИ-ГАЗ», ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина» [1] обладают улучшенными механическими характеристиками, свариваемостью, хладостойкостью, ударной вязкостью, стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию, наводороживанию, коррозионно-усталостному разрушению.
В ТУ 14-1-5514-2005 «Прокат толстолистовой из низколегированной стали, стойкой к сероводородному растрескиванию» регламентируются требования к горячекатаному стальному листу из этих сталей по химическому составу, механическим свойствам, загрязненности неметаллическими включениями (НВ), качеству поверхности листов, по параметрам стойкости 09 против сероводородного растрескивания. В ТУ 1381- ^ 013-05757848-2005 «Трубы стальные электросварные, ^ газопроводные, диаметром 530-1220 мм, стойкие • против сероводородного растрескивания» определе- > ны весьма жесткие требования к основному металлу 5 (листовой прокат), к сварному соединению, методам г
испытаний по показателям, изложенным в технических требованиях. Особенно жесткие требования предъявляются по стойкости к водородному и сероводородному растрескиванию по стандартам NACE TM 0177-2006 и NACE TM 0284-2005, к микроструктуре металла трубы и сварного соединения, загрязненности НВ. На наружной и внутренней поверхностях трубы из этих сталей не должно быть трещин, дефектов в виде плен, расслоений, рванин, грубых рисок.
В ОАО ВМЗ начат опытный выпуск труб из сталей 06ГБ и 07ГФБ-У диам. от 530 мм. Однако детальных исследований коррозионной стойкости этих сталей в минерализованных сероводородсодержащих средах, пластовых водах нефтегазопромыслов Севера России до настоящего времени не проводилось. Неизвестно влияние этих агрессивных сред на водородное растрескивание типа «расслоение» (HIC), сульфидное коррозионное растрескивание (СКРН), коррозионно-усталостное разрушение, механические свойства сталей.
Цель работы — оценить коррозионную стойкость сталей 06ГБ и 07ГФБ-У и сварного шва в агрессивных сероводородсодержащей среде по стандарту NACE TM 0177-2005 и в среде, имитирующей пластовые воды нефтепромыслов Севера России, влияние этих сред на механические характеристики, СКРН, HIC, на-водороживание; а также определить электрохимическое поведение этих сталей.
Для исследований в ОАО «ВНИИКоррозии» ВМЗ были предоставлены образцы сталей 06ГБ, 07ГФБ-У, вырезанные из опытных труб, изготовленных в ТЭСЦ-3 и ТЭСЦ-4. Для различных видов испытаний образцы имели следующий вид:
- для коррозионных испытаний — пластины размерами 40x20x3 мм, шлифованные до Иа = 0,63;
- для испытаний на водородное растрескивание (HIC) — пластины размерами 100x20x4 мм, шлифованные до R = 0,63 (по эскизу Приложения А ТУ 1303006.3-593377520-2003);
- для испытаний на стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН) по методу «А» (Стандарт NACE TM 01772005) — в виде цилиндрических образцов диам. »5 мм с рабочей частью длиной 30 мм и общей длиной 55 мм. Образцы были изготовлены в соответствии с эскизом Приложения Б ТУ 1303-006.3-593377520-2003; рабочая часть — шлифованная до R.J = 0,63. Эти же образцы использовали для механических испытаний после выдержки в агрессивных средах.
Механические характеристики образцов сталей 06ГБ и 07ГФБ-У представлены в табл. 1 (данные ВМЗ). Металлографические исследования (по данным ВМЗ) показали, что микроструктура металла исследованных g сталей однотипна — ферритно-перлитная, с размером Я зерна номером 9-10 по ГОСТ 5639-82; содержание ^ неметаллических включений (макс./мин.): ОТ 0,5/0,5; Ï ОС 0,0/0,0; СП 0,3/0,6; СХ 1,0/0,6; полосчатость 0/0. | В качестве агрессивных сред использовали:
| - среда по стандарту NACE TM 0177-2005 сле-
s дующего состава, г/л: NaCl — 50; СН3СООН — 5;
H2S — до насыщения; рН = 3^4. Эта среда рекомендуется американским обществом инженеров для испытаний трубных сталей, используемых в нефтегазодобывающей промышленности;
- модель сточной воды Усинского нефтегазового месторождения (Север России) состава, г/л: Cl- — 34,79; SO^- — 0,675; HCO- — 0,451; Ca2+ — 5,0; Mg2+ — 1,58; H2S — 50 мг/л; общая минерализация — 56,8; рН = 6,1.
Коррозионные испытания проводили в неподвижных растворах без доступа кислорода. Образцы сталей перед испытаниями обезжиривали ацетоном, затем содовым раствором, промывали проточной водопроводной водой, затем дистиллятом, высушивали фильтровальной бумагой и после выдержки в течение суток в эксикаторе с CaCl2 взвешивали на аналитических весах ВЛР-200 с точностью до четвертого знака. Затем образцы помещали в сосуд для испытаний и выдерживали в течение необходимого времени. По завершении испытаний образцы вынимали, осушали фильтровальной бумагой, удаляли продукты коррозии вначале мягкой карандашной резинкой, а затем остатки — в растворе состава: H2S04 — 84 г/л; лимонная кислота — 100 г/л; тиомочевина — 10 г/л.
После удаления продуктов коррозии образцы промывали проточной водопроводной водой, затем дистиллятом, осушали фильтровальной бумагой и выдерживали сутки в эксикаторе с плавленым CaCl2. Далее на образцах с помощью микроскопа МБС-9 определяли характер коррозионных поражений, взвешивали, определяли потерю массы образца и рассчитывали скорость коррозии К, г/(м2-ч) по формуле: К = Am-104/ST, где Am — потеря массы образца, г; S — площадь поверхности, см2; т — время испытаний, ч. Испытание проводили на трех образцах; результат -среднее арифметическое из трех измерений; относительная погрешность результата не превышала 5%.
Электрохимические исследования включали в себя: измерение стационарных электродных потенциалов сталей и снятие поляризационных кривых. Для исследований использовали потенциостат ЭЛ-02-06, изготовленный в Институте физической химии и электрохимии РАН, позволяющий проводить электрохимический эксперимент по определенным программам.
Механические испытания образцов проводили на разрывной машине ZD10/51 после 720 ч выдержки в агрессивной среде при 25±2 °C в специальных сосудах с обратными холодильниками. Перед испытаниями с образцов удаляли рыхлые продукты коррозии (протирка ветошью), затем образцы обезжиривали ацетоном и устанавливали в захваты разрывной машины; скорость растяжения 10 мм/мин. Определение временного сопротивления ств, предела текучести ст02, относительного удлинения 5 и относительного сужения ty проводили в соответствии с ГОСТ 1497-89. Результаты, представленные в таблицах 1, 7, 8 — среднее арифметическое из пяти измерений.
Испытания на СКРН и водородное растрескивание (HIC) проводили в соответствии со стандартами
NACE ТМ 0177-2005 и ТМ 0284-2005 на специальных образцах и на кольцевой установке, подобной установке фирмы Сог^Ъ с помощью которой создавали растягивающие напряжения.
Испытания проводили следующим образом: образец по
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.