什么是“抗硫化氢腐蚀管材钢管”20G无缝钢管抗硫吗？

作者：董经理¹³³³⁷⁸⁸³⁰⁸⁶ 更新时间：2023-04-02 点击数：

什么是“抗硫化氢腐蚀管材钢管”20G无缝钢管抗硫吗？

在石化行业中,硫化氢(H₂S)腐蚀有其普遍性和高度危害性.通过对H₂S腐蚀机理的剖析,介绍了因湿H₂S腐蚀而引起的氢鼓泡、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂和应力诱导氢致开裂等腐蚀形态,指出液相中H₂S的质量浓度、pH、温度及其他因素与上述腐蚀有关.同时通过实际案例从设计角度分析管材的基本要求,论述了不同情况下的选材标准.研究抗H2S腐蚀管材对延长管道的使用寿命,防止事故的发生,提高经济效益都有着十分重要的意义。

石油和天然气作为国民经济发展的重要能源已被世界各国所重视。目前,我国石油、天然气资源的输送主要依靠管道来实现,管材一般为钢制螺旋焊管。由于管道穿越地段地形复杂,所处环境不仅在空间上不同,而且还随时间的变化遭受各种介质的侵蚀。特别是酸性介质,对管道腐蚀相当严重。采用标准：GB/T 4157-2006 NACE TM0177-2005 ASTM G39-1999 ISO7539-2-1989 GB/T15970.2-2000 测试方法： A法标准拉伸 B法弯曲试验 C法 C型环试验 D法悬臂梁试验，4点弯曲法评定结果：符合性判断（有无EC裂纹，是否断裂） >>SSC-A法-标准拉伸制样CAD图纸及实物图（样品数为3个一组） >>SSC-四点弯曲 ISO 7539和ASTM G39制样CAD图纸及实物图（样品数为3个一组）试验周期均为35天，出报告需2工作日。

石油和天然气作为国民经济发展的重要能源已被世界各国所重视。目前我国石油、天然气资源的输送主要依靠管道来实现管材一般为钢制螺旋焊管。由于管道穿越地段地形复杂所处环境不仅在空间上不同而且还随时间的变化遭受各种介质的侵蚀。特别是酸性介质对管道腐蚀相当严重。

硫化氢（ H₂S）是最具腐蚀作用的有害介质之一我国石油和天然气产品中含有的H₂S 浓度较高产生的H2S 腐蚀较严重对管道的抗H₂S腐蚀性能要求更高［1-2］。随着以罗家寨气田为代表的高含硫气田的大规模开发客观要求必须进行抗H₂S 腐蚀管材的研究。

研究抗H₂S 腐蚀管材对于延长管道使用寿命防止事故的发生提高经济效益都有着十分重要的意义。

1.抗H2S腐蚀管材选材原则

针对含硫油气输送管道可能出现的金属失重腐蚀、氢致开裂（HIC）和硫化物应力开裂（SSCC）在含硫集输管道选材时必须考虑管材的耐一般腐蚀性能和抗应力腐蚀性能［3］。

俄罗斯专家认为在与H₂S 接触时管线的最大危险不是一般的腐蚀（金属失重腐蚀）而是与金属的渗氢有关的开裂 SSCC 现象的出现比一般腐蚀快得多。所以在有H₂S 存在的管线中管材的抗应力腐蚀性能尤为重要。为防止H₂S 应力腐蚀“NACE MR—0175”标准推荐：在酸性介质中管道的硬度极限为248HV500或22HRC。而从管材的化学成分来讲减少钢中氧、硫等杂质含量可增加抗硫化物应力腐蚀的能力。加拿大Grizzly Valley 集输系统采用了含硫干气输送工艺管道长度超过1770km，主要由∅273mm ×5∙2mm、∅508mm×9∙5mm、∅610mm×11∙4mm 三种直径与壁厚的管线组成。全部管线按规定采用CSA—Z245∙1等级52（359）并对含硫干气输送用管钢材的化学成分提出了明确的要求［4］详见表1。

抗H2S钢管.png

碳当量（CE）不应超过0∙45％并且由下列公式决定：

抗H2S钢管-1.png

另外要求钢管的最大洛氏硬度（HRC）为20HRC同时要求钢管的最大维氏硬度（HV）值为238。

美国得克萨斯州对含H₂S浓度超过0∙01％的天然气管线也有明确规定：为保证材料的抗破裂特性要求对管材进行夏比V形缺口冲击试验全部焊缝都应作射线探伤并消除内应力。对管材抗应力腐蚀能力的判定目前国际通用两种标准一种是美国NACE标准；一种是英国BP标准。

2.抗H₂S 腐蚀管材的类型

从天然气管道建设的发展趋势来看以下两种类型的管道更具有发展前景：一种是低成本、耐腐蚀、抗硫应力脆裂、可焊性好、硬度高的特种合金钢另一种为人工合成玻璃钢管道。

2∙1　特种合金钢

2∙1∙1 HDR 双相不锈钢

HDR属超低碳、高铬（H）、双相（D）、耐蚀（R）不锈钢是由约50％奥氏体和约50％铁素体双相组成具有奥氏体不锈钢的韧性以及与铁素体不锈钢相当的耐应力腐蚀开裂性能既有很高的力学性能又有良好的可焊性和耐腐蚀、耐磨蚀性能适合在酸性介质中使用。

由于HDR的成分原因其表面形成一层富含铬、镍、钼、氮元素的致密氧化保护膜有效阻止了离子对HDR内部基体的腐蚀。随着时间的增长表面的保护膜更趋完善、致密有效阻止了腐蚀的扩大是优良的抗腐蚀材料。另外有试验表明HDR抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、晶界腐蚀的性能在不锈钢系列中也是最突出的^［5］。

2∙1∙2　18－8型不锈钢

不锈钢中的18—8型是最低级的不锈钢304（AISI 型号）即是。该类材料易产生焊缝晶间腐蚀和点蚀主要原因是由焊缝附近的Cr 以化合物析出产生的要在焊接工艺中注意以下几点：固熔退火、限制碳含量、采用合适焊条等。更好的办法是添加微量元素如钛和铌即1Cr18Ni9Ti （已经在川内气田站场广泛采用）、0Cr18Ni9Ti 、00Cr18Ni9Ti 等。缝隙腐蚀和点蚀的形成机理的区别是：当形成氧化膜保护时所形成的腐蚀是缝隙腐蚀；当氧含量降低氧化膜不易形成或氧化膜剥落时形成点蚀；温度升高点蚀加重点蚀的数量和强烈程度主要由附生物的附着程度决定流动介质中的不锈钢点蚀大大降低^［5］。

2∙2　人工合成玻璃钢

2∙2∙1 PE管

PE管是以聚乙烯树脂为主要原料加入必要的添加剂通过生产线连续挤出成型的。它是经过CAB、PVC、ABS、PV、PE等各种材质逐渐演变而来的。PE管的耐腐蚀性能强除少数强氧化剂外可耐多种化学介质的侵蚀无电化学腐蚀。它还有使用寿命长、超低摩阻、耐冲击性好、连接性可靠、质轻、焊接工艺简单等优点故可作为含硫油气管道输送用管。

2∙2∙2　玻璃钢增强复合管

根据玻璃钢管道耐压高的特点以耐热、防腐的聚氯乙烯管（PVC）为内衬以强度高、刚度和热固性好的玻璃钢为中间体以抗冲击、耐老化的高密度聚乙烯为外管经过专门工艺复合而成。特点是质量轻（仅为钢管的1／3）、耐压高、耐腐蚀、抗拉强度高、安装方便、内壁光滑克服了玻璃钢管道抗渗透性差、机械强度低的弱点。管道连接有螺纹、承插、法兰方式。耐压可根据玻璃钢中间体的厚度进行选择生产一般在2～16MPa可用于原油集输、注水、注聚合物和气田井场的排污管道。缺点是不易修补管线损坏后需整根更换［6］。

2∙2∙3　钢塑增强复合管

根据增强体及工艺不同可分为钢丝网增强塑料复合管、钢板网增强塑料复合管、钢丝织网增强塑料复合管［6］。

（1）钢丝网增强塑料复合管。以焊接成型的网状钢丝骨架为增强体以热塑性高密度聚乙烯塑料为连续基材在生产线上制成新型双面防腐耐压管材。它较好地解决了因金属基复合材料界面区出现塑料物理特性（如弹性模量、热膨胀系数、导热系数等）和化学性质等不连续形成的脱层缺陷具有比塑料管高的强度、刚性和耐冲击性有类似钢管的低热膨胀性、抗蠕变性和防紫外线照射性；导热系数低内壁光洁、不结垢水头损失比网管低30％。管线连接一般有电热熔和法兰连接两种管材质量轻施工方便管材承压为1∙8～3∙5MPa 使用温度为—40～70℃ 管材使用寿命可达50a。缺点是抗外力破坏性差耐温不是很高（一般低于75℃）修复要求高需专业人员和专用机具才能进行。

（2）钢板网增强塑料复合管。以冲孔后的钢带为增强体经生产线进行骨架成型然后经焊接、注塑内外包覆高密度聚乙烯一次复合而成。特点与钢丝网增强塑料复合管基本相同工作压力一般在1～1∙6MPa连接通常采用电热熔和法兰连接方式具有管材造价较低的优点。

（3）钢丝织网增强塑料复合管。借鉴高压橡胶管的制造工艺先挤出塑料芯管经过钢丝缠绕机或编织机在芯管上缠绕或编织单层（或多层）优质钢丝做增强骨架然后挤出一个胶层使钢丝与内外层结合良好最后挤出外层塑料复合而成。特点与钢丝网、钢板网增强塑料复合管基本相同工作压力通常取决于编织网的层数一般在1∙6MPa左右大口径管材造价优势明显。

总体来看合金钢的性能优越当前应用也比较广泛但目前成本和规模还达不到工业化要求。而人工合成玻璃钢管道更具有广阔的发展前景。它具备了强度大、韧性好、耐腐蚀和抗机械破坏等优异性能且造价低廉运输方便易于施工、维护。

3.结论

对于含硫油气集输管道由于硫化氢的电化学腐蚀以及氢的存在致使管道钢的断裂韧性及材料的物理、化学、机械性能下降在输送过程中容易产生应力腐蚀开裂、氢致开裂的损伤现象从而破坏集输管道的安全性影响管道的使用寿命。因此在选材时要特别考虑管材的抗应力腐蚀性能多向油气管道建设发达国家学习和取经向国际标准靠拢。同时我国应加强抗H₂S腐蚀材料的试验和研究工作开发出新型、适用的抗H₂S腐蚀管材。

抗硫钢管适用于含H₂S（含量不大于30g/M3）、的酸性天然气的场合。抗硫钢管的制造材料主要是防止硫化开裂、氢致开裂。跟据“NACE MR0175” 规定。原材料硬度不高于22HRC ,NI 含量不高于1%、对其进行热轧、退火、正火、回火处理后就可以选用。对于A105 材质，经过热处理后其硬度不大于187HBW, 对于A234 材质经过热处理后其硬度不大于197HBW就可以选用。国内20#钢相对应的的材质是美标的A234牌号钢材，经过热处理能达到抗硫要求。

参考文献

［1］Streisselberger A Fluess P Bauer J et al∙ Modern line pipe steels designed for sophisticated subsea projects for s weet and sour gas ［A］.Proc 9th Inter Of f shore and Polar Engi neering Conf［ C］．Brest ：The Publisher of ISOPE -1999-125—131．

［2］Mendoza RAlanis MPerez Ret al ．On the processing of Fe —C —Mn —Nb steels to produce plates for pipelines with sour gas resistance［J］．Mater Sci Eng A -2002337（1—2）：115—120．

［3］王健郭成华．抗硫输气管道选材［ J］．天然气与石油2003-21（4）：13—15．

［4］Lawson V B．Pipeline failures in the grizzly valley sour gas gathering system［J］．Mat Perfor m．1988-27（4）．

［5］武玉增．船舶海水管系管材腐蚀及防腐技术探讨［ J］．船舶 2005-12（6）：43—46．

［6］丁明安．新型防腐管材在油田集输工程中的应用［ J］．管道技术与设备-2003-5：42—44．

抗硫化氢腐蚀油套管

抗H₂S腐蚀特殊扣油套管，是指用于含H₂S酸性腐蚀环境下具有一定气密封的采油、气套管。管体材质采用独特研制的用于生产抗H₂S应力腐蚀的铬-钼钢，钢种具有高淬透性和回火稳定性，在一定温度下回火可获得细小而均匀的回火索氏体，通过成份的微调和针对不同钢级的热处理，其硬度和强度完全满足相应钢级要求，同时表现出优异的抗SSSC能力。油套管连接接头采用无缝钢管厂家自主研发设计的气密封扣型，适用于不同复杂、苛刻工况。目前，无缝钢管厂家抗H₂S应力腐蚀特殊扣油套管已通过国内权威机构检测，并在国内各大油田广泛使用，其中抗H₂S应力腐蚀C110钢级CBS3套管已通过《ISO 13679石油和天然气工业.套管及油管螺纹连接试验程序》严苛的高评价要求的CAL Ⅳ级试验评价。

1、无缝钢管厂家常用抗H₂S应力腐蚀钢级：

　　CB80S、CB80SS、C90、CB90S、CB90SS、T95、CB95S 、CB95SS、C110、CB110S、CB110SS。

　　抗硫等级——“S”表示普通抗硫；“SS”表示高抗硫

2、油套管连接接头采用无缝钢管厂家自主研发设计的气密封扣型：

　　CBS1：无缝钢管厂家气密性一型特殊扣（油管和套管）

　　CBS2：无缝钢管厂家气密性二型特殊扣（油管和套管）

　　CBS3：无缝钢管厂家气密性三型特殊扣（油管和套管）

　　CBSJ：经济型低压密封特殊扣（油管和套管）

　　CB-NUFJ：无缝钢管厂家直连型气密封特殊扣（油管和套管）

　　EU-HT/BC-HT：高抗扭矩对顶特殊扣油套管　

3、执行标准（部分）：

　　API Spec 5CT 套管和油管规范

　　ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 石油天然气工业油气开采中含H2S环境用材料

　　ANSI/NACE TM0177 H2S环境中金属抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的实验室评价

　　API Spec 5B 套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范

　　ISO 13679/GB/T 21267石油和天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序

　　......

4、理化性能：

钢级	名称	屈服强度MPa		抗拉强度	伸长率	冲击韧性	硬度 max	适用范围（PH2S）
				MPa
		min	max	min			HRC
80	CB80S	552	655	655	按API 5CT公式计算	按API 5CT中L80要求	23	0.34KPa-100KPa
	CB80SS							PH2S>100KPa
90	C90	621	724	689		按API 5CT中C90要求	25.4	≥0.34KPa
	CB90S							0.34KPa-100KPa
	CB90SS							>100KPa
95	T95	655	758	724		按API 5CT中T95要求	25.4	≥0.34KPa
	CB95S							0.34KPa-100KPa
	CB95SS							PH2S>100KPa
110	CB110S	758	862	793		按API 5CT中C110要求	30	≥0.34KPa
								0.34KPa-100KPa
	CB110SS/C110							PH2S>100KPa

5、腐蚀性能

钢级	抗腐蚀性能要求
	H2S应力腐蚀实验（SSC）
	按NACE TM 0177 A法 A溶液，720小时不发生开裂
	ф6.35 试样	ф3.81试样
	加载SYMS值
C90 T95 CB110S	80%	72%
CB80S CB90S CB95S C110	85%	76%
CB80SS CB90SS CB95SS	90%	80%
C90 T95（PSL-2）	90%	80%

6、接头性能

接头形式	抗内压和抗挤毁	抗拉伸效率	抗压缩效率	适用井况
CBS1	等同管体	100%管体	60%管体	较不苛刻的井况，浅、中层油气井等
CBS2		100%管体	60%管体	苛刻的井况，中、深层油气井等
CBS3		100%管体	60%管体	较苛刻的井况，深井、超深井、水平井等
CBS3C		100%管体	100%管体	较苛刻的井况，深井、超深井、水平井等
CBSJ		100%管体	60%管体	低压气密封井、普通水平井、大位移井等
CB-NUFJ		45%~66%管体	45%~66%管体	修复井、尾喷管等
EU-HT/BC-HT	等同API EU/BC性能			普通油井

7、产品规格范围：

外径：Φ60.32mm~Φ219.08mm；壁厚：4.83mm~22.2mm。

什么是“抗硫化氢腐蚀管材钢管”20G无缝钢管抗硫吗？

什么是“抗硫化氢腐蚀管材钢管”20G无缝钢管抗硫吗？

1.抗H2S腐蚀管材选材原则

2.抗H₂S 腐蚀管材的类型

2∙1　特种合金钢

2∙1∙1 HDR 双相不锈钢

2∙1∙2　18－8型不锈钢

2∙2　人工合成玻璃钢

2∙2∙1 PE管

2∙2∙2　玻璃钢增强复合管

2∙2∙3　钢塑增强复合管

3.结论

参考文献

抗硫化氢腐蚀油套管

1、无缝钢管厂家常用抗H₂S应力腐蚀钢级：

2、油套管连接接头采用无缝钢管厂家自主研发设计的气密封扣型：

3、执行标准（部分）：

4、理化性能：

5、腐蚀性能

6、接头性能

7、产品规格范围：

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1.抗H2S腐蚀管材选材原则

2.抗H2S 腐蚀管材的类型

2∙1 特种合金钢

2∙1∙1 HDR 双相不锈钢

2∙1∙2 18－8型不锈钢

2∙2 人工合成玻璃钢

2∙2∙1 PE管

2∙2∙2 玻璃钢增强复合管

2∙2∙3 钢塑增强复合管

3.结论

参考文献

抗硫化氢腐蚀油套管

1、无缝钢管厂家常用抗H2S应力腐蚀钢级：

2、油套管连接接头采用无缝钢管厂家自主研发设计的气密封扣型：

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4、理化性能：

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