油田壓力容器抗HIC鋼管選材

李章偉(承德江鉆石油機械有限責任公司， 河北 承德 067000)

油田壓力容器抗HIC鋼管選材

李章偉(承德江鉆石油機械有限責任公司， 河北 承德 067000)

本文分析了HIC原理和影響因素，總結油田鋼管酸性環境下的要求，根據GB150的限制條件提出油田壓力容器抗HIC鋼管的選材要求。用蒸汽換熱器盤管材料Q345D(R-HIC)進行腐蝕試驗驗證，為此類特殊情況下的鋼管選材提供參考。

壓力容器；鋼管；HIC；蒸汽換熱器

油氣田地面測試系統中介質常含硫化氫，新疆和四川含量尤高，普光氣田中高達15.5%～17%。高硫化氫往往會產生SSC和HIC，對設備和環境產生很大的危害。壓力容器標準中多關注板材和鍛件的選材，而鋼管要求較少。本文以含硫介質下各鋼管的標準要求為基礎，介紹HIC情況下鋼管的選材。

1 HIC原理和影響因素

HIC成因主要是氫離子在鋼中夾雜物表面析出形成原子，并滲入到鋼中，在顯微孔洞中形成氫分子，當分子的壓力超過鋼的強度極限時就產生裂紋。HIC的產生不需要施加外部的應力，此類開裂與焊接無關，影響HIC的因素主要是鋼材中化學成分本身。

抗HIC管線鋼的成分設計總原則是有效控制有害元素磷和硫的質量分數，一般要求P控制在0.015%以下以減少磷的富集；硫是極為有害的元素，減少硫質量分數可減少MnS的數量，因此要求S控制在0.002%以下。

2 各標準對酸性環境下鋼管的要求

(1)SH/T 3075：根據腐蝕機理的不同，將濕硫化氫腐蝕環境分為Ⅰ類和Ⅱ類。Ⅰ類主要考慮SSC腐蝕，其要求基于NACE MR0175，限制許用應力、材料狀態和碳當量CE；而Ⅱ類明確提出在符合Ⅰ類條件的基礎上，增加P、S等化學成分以提高鋼材抗HIC/SOHIC的能力(工程中往往難以區分發生HIC或OSHIC條件，實際Ⅱ類環境是按照SOHIC條件選材)。雖然適用范圍與GB150相同，但增加了腐蝕環境對壓力容器用鋼的要求，可作為特殊環境材料要求的依據。

(2) NACE MR0175/ISO 15156：MR0175是油田設備防腐選材的重要依據，以PH值和H2S含量為基礎將濕硫化氫環境進行分區，主要從硬度、化學成分和熱處理方面進行控制。油田設備普遍要求符合NACE標準，認為符合此標準即可防止硫化氫腐蝕。但NACE標準是基于實驗室得出的結果，且對HIC腐蝕處理的相對簡單，沒有進一步闡述。研究表明即使材料硬度達到NACE要求，HIC也可能發生。部分研究者認為HIC發生的情況下，往往伴隨SSC腐蝕，所以考慮HIC時，NACE也是要求符合的標準。

(3)GB/T 9711：石油天然氣工業中輸送鋼管訂貨技術條件制定主要依據API SPEC 5L、ISO3183和GB/T 9711進行。國標基本參照前者進行制定，將鋼管分為PSL1和PSL2兩個產品規范級別，附錄H增加酸性服役條件PSL2鋼管的訂購要求，同時要求進行HIC試驗。目前，X65、X70、X80、P110、L245等鋼是油氣采輸過程中經常使用的管線鋼，服役條件多為潮濕環境，輸送介質含H2S酸性物質較多。

3 油田壓力容器用鋼管

國內壓力容器標準為GB150，其中材料選擇需在引用標準范圍內，而對酸性環境GB150并沒有如何規定，所以有必要在適用GB150的材料中增加特殊要求以滿足抗HIC要求。

確定管道介質為Ⅱ類HIC腐蝕時，材料需滿足NACE MR0175和GB/T 9711要求：選用正火鋼管，焊縫進行整體熱處理后包括管材的硬度≤22RC，表面不得有大于0.5mm的尖銳缺陷存在(管道表面有不連續缺陷會增加SSC危險性)；管材化學成分P≤0.02%，S≤0.003%；鋼管按NACE TM-0177的A溶液要求進行抗SSC試驗，時間720h，溫度24℃，采用四點彎曲法，施加載荷80%實測屈服強度，要求無開裂；同時鋼管按照NACE TM-0284的A溶液進行抗HIC試驗，時間96h，溫度25℃，要求CLR≤5%；CTR≤1.5%；CSR≤0.5%。

4 油田壓力容器鋼管實際案例

地面測試系統中蒸汽換熱器和水套爐用于對井內油氣水進行加熱，殼體內的蛇形盤管為DN80，長度90m，介質原油、天然氣(含硫化氫5%、CO2和殘酸)和水。鑒于介質壓力和換熱效率，采用Q345D(R-HIC)材料，符合標準GB 6479，同時增加上述特殊要求。接管按照進行抗SSC和HIC試驗，且要求氫鼓泡面積比的平均值＜1%。經試驗，結果CLR=0，CTR=0，CSR=0，施加載荷后無開裂，符合要求。

抗SSC試驗前后試樣照片

抗HIC試驗前后試樣照片

5 結語

油氣田介質復雜多變，很多時候都無法提供具體的成分，即便酸性環境下，HIC也只是酸性腐蝕中的一種。雖然增加鋼管特殊要求可避免HIC發生，但考慮管材用量、HIC焊材、腐蝕試驗等會增加制作成本，設計者應與客戶進行充分的溝通以確定是否按照抗HIC要求設計，畢竟選擇適合預期使用環境的材料是設備使用者的責任。

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