AMPP Paper 18025-2022
Коррозия гибких труб в замкнутых пространствах. Важность высокого пересыщения растворенных продуктов коррозии.

Стандартный №

AMPP Paper 18025-2022

Дата публикации

2022

Разместил

Association for Materials Protection and Performance (AMPP)

Последняя версия

AMPP Paper 18025-2022

сфера применения

Углубленный анализ механизмов коррозии в замкнутых пространствах

В этом исследовании систематически анализировался механизм образования пересыщения продуктов коррозии в замкнутых пространствах и его критическая роль в защите от коррозии, нацеленной на уникальную коррозионную среду гибких трубопроводов в нефтегазовой промышленности. Гибкие трубопроводы состоят из плотно упакованных стальных кабелей, окруженных внутренней и внешней термопластиковыми оболочками, образующими кольцевое пространство. Эта уникальная структура создает типичную замкнутую коррозионную среду.

---

Экспериментальная разработка и методологические инновации

Исследовательская группа разработала сложную экспериментальную установку и провела систематические испытания при строго контролируемых параметрах окружающей среды. Эксперименты охватывали три критических температурных градиента (10 °C, 25 °C и 60 °C), два различных соотношения V/S (0,7 и 2,4 мл/см²) и различные условия обработки поверхности (обезжиривание и шлифование).

Экспериментальные параметры	Условие 10℃	Условие 25℃	Условие 60℃
Итоговая средняя концентрация Fe²⁺ (ppm)	1230	556	95
Итоговое значение SRFeCO₃	181	34	1,8
Скорость коррозии (мм/год)	0,014	0,006	~0,005
Время до пика (дни)	100+	50	5

---

Решающее влияние температуры на кинетику осаждения FeCO₃

Результаты ясно показывают, что температура оказывает решающее влияние на SRFeCO₃. При 10 ° C система может поддерживать значения SRFeCO₃ вплоть до 181 в течение нескольких месяцев, тогда как при 60 ° C SRFeCO₃ быстро падает почти до уровня насыщения. Это явление объясняется кинетикой осаждения FeCO₃, которая значительно ускоряется с ростом температуры.

Сравнительный анализ моделей скорости осаждения

В этом исследовании сравнивались три различные модели скорости осаждения FeCO₃: модель Джонсона и Томсона, модель Ван Ханника и модель Sun. Подгонка экспериментальных данных показала, что модель Sun после оптимизации параметров (A=31, B=64,85 кДж/моль) лучше всего предсказывала экспериментальные наблюдения. Сравнение моделей показало, что прогнозы скорости осаждения для одних и тех же условий пересыщения различались на два порядка величины.

---

Важнейшая роль соотношения V/S и эффективной площади коррозии

В реальных условиях эксплуатации гибких трубопроводов поверхность стального кабеля часто покрыта маслом, смазкой или лентой, а фактическая площадь коррозии может составлять всего 4–14% от общей площади поверхности. Это явление значительно увеличивает эффективное соотношение V/S, увеличивая время, необходимое для накопления растворенных продуктов коррозии до защитной концентрации.

Фактическое отношение площади коррозии	Эффективное отношение V/S (мл/см²)	Время до насыщения	Сложность образования защитной пленки
100%	0,1	3 дня	Низкая
14%	0,7	Значительно увеличенная	Средняя
4%	2.4	Значительно расширенный	Высокий

---

Новый метод прогнозирования равновесного давления H₂S

Основываясь на том факте, что скорость осаждения FeS намного выше, чем у FeCO₃, это исследование установило инновационный метод прогнозирования равновесного давления H₂S с использованием SRFeCO₃. Расчеты показывают, что в экспериментально наблюдаемом диапазоне концентраций Fe²⁺ равновесное давление H₂S постоянно ниже 1 Па и значительно уменьшается с уменьшением парциального давления CO₂.

Влияние параметров окружающей среды на давление H₂S

Когда парциальное давление CO₂ уменьшается с 0,1 МПа до 0,01 МПа, прогнозируемое давление H₂S для того же SRFeCO₃ уменьшается на порядок. Это открытие имеет важные последствия для оценки риска коррозии сероводорода в гибких трубах, особенно в условиях низкой проницаемости H₂S.

---

Проблемы моделирования окружающей среды для испытаний на коррозионную стойкость

Исследование подчеркивает ключевую проблему краткосрочных испытаний на коррозионную стойкость: определение наиболее представительной среды испытаний. Естественные переходные процессы могут вызывать большие колебания концентраций Fe²⁺, SRFeCO₃ и pH во время воздействия. Даже если глобальные параметры идентичны, условия испытаний разной продолжительности могут существенно различаться.

Рекомендации по применению и внедрению в инженерной области

На основе результатов исследований предлагаются следующие рекомендации по внедрению в инженерной области:

1. Оценка температурной чувствительности: В условиях эксплуатации при низких температурах (<30℃) следует в полной мере учитывать положительное влияние долгосрочного поддержания высокого SRFeCO₃ на защиту от коррозии
2. Эффективный мониторинг площади коррозии: Регулярно оценивайте фактическое соотношение площади коррозии на поверхности кабеля и точно рассчитывайте эффективное соотношение V/S
3. Оценка риска H₂S: Используйте диапазон SRFeCO₃, а не одну концентрацию Fe²⁺ для оценки коррозионной активности окружающей среды
4. Разработка стандарта испытаний: Испытания на коррозионную усталость и коррозию под напряжением должны учитывать естественные переходные изменения SRFeCO₃

---

Развитие технологий и стандарт разработка

Данное исследование знаменует собой важный прогресс в понимании механизмов коррозии в замкнутых средах. Традиционные методы оценки коррозии в первую очередь основаны на условиях открытой системы. В данном исследовании впервые систематически установлена количественная связь между пересыщением продуктов коррозии и защитными характеристиками в замкнутой среде, что обеспечивает научную основу для стандартов проектирования и прогнозирования срока службы гибких трубопроводов. Будущие направления исследований должны включать изучение динамики осаждения в более широком диапазоне температур, а также влияние различных составов воды на морфологию кристаллов и защитные характеристики FeCO₃. Кроме того, разработка экспериментальных методов, которые могут точно моделировать динамические изменения SRFeCO₃ в реальных условиях эксплуатации, будет представлять собой значительную техническую задачу.