海洋非粘結復合軟管骨架層腐蝕及磨蝕分析方法

海底管(guan)線是海洋工程基礎(chu)結(jie)構的(de)關鍵組成部分，隨著石油(you)   氣(qi)工業的(de)發展，復合軟(ruan)管(guan)作為生產、注入(ru)、外輸及服務的(de)管(guan)線，在海洋油(you)氣(qi)田過程中的(de)應用越(yue)來(lai)越(yue)廣泛。骨(gu)(gu)架層作為復合軟(ruan)管(guan)   內(nei)(nei)層結(jie)構，與軟(ruan)管(guan)內(nei)(nei)部輸送(song)介質直接接觸，設(she)計(ji)時需考慮輸送(song)介質對(dui)骨(gu)(gu)架層鋼帶的(de)腐蝕(shi)和(he)磨蝕(shi)影響，在確定骨(gu)(gu)架層鋼帶厚度時要(yao)考慮   的(de)腐蝕(shi)／磨蝕(shi)余量，骨(gu)(gu)架層鋼帶厚度滿足設(she)計(ji)要(yao)求。

規范也指出，腐蝕(shi)(shi)(shi)退化可(ke)(ke)能發生在(zai)管(guan)內(nei)存在(zai)液態(tai)水(shui)和腐蝕(shi)(shi)(shi)成(cheng)分的(de)區域，因此需(xu)對管(guan)材(cai)(cai)(cai)性(xing)能進(jin)行(xing)評估。骨(gu)架(jia)層(ceng)的(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)問題(ti)(ti)可(ke)(ke)通過選取(qu)(qu)合(he)適(shi)的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)來避(bi)免，API規范推薦的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)有碳鋼(gang)、鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、高(gao)(gao)合(he)金不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)以及鎳基合(he)金。其中，碳鋼(gang)用于(yu)非腐蝕(shi)(shi)(shi)環境(jing)，高(gao)(gao)合(he)金鋼(gang)用于(yu)腐蝕(shi)(shi)(shi)環境(jing)，這(zhe)幾種材(cai)(cai)(cai)料(liao)可(ke)(ke)隨內(nei)部輸送環境(jing)的(de)嚴苛程度(du)進(jin)行(xing)選取(qu)(qu)。骨(gu)架(jia)層(ceng)與管(guan)內(nei)輸送流體(ti)直接接觸，通常(chang)選材(cai)(cai)(cai)為不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。骨(gu)架(jia)層(ceng)的(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)會造成(cheng)壓潰強度(du)的(de)降(jiang)低，可(ke)(ke)通過選取(qu)(qu)合(he)適(shi)等級的(de)鋼(gang)材(cai)(cai)(cai)來避(bi)免腐蝕(shi)(shi)(shi)問題(ti)(ti)。確定(ding)腐蝕(shi)(shi)(shi)速率的(de)主要(yao)參數(shu)包括溫度(du)、CO2局部壓力、氯化物含量(liang)、H2S含量(liang)、氧氣含量(liang)以及游離水(shui)的(de)數(shu)量(liang)。通常(chang)304/304L材(cai)(cai)(cai)料(liao)適(shi)合(he)絕大(da)多數(shu)的(de)應用，      別的(de)316/136L建(jian)議在(zai)特定(ding)的(de)高(gao)(gao)溫流體(ti)（100℃～130℃）和H2S、CO2含量(liang)較(jiao)高(gao)(gao)的(de)情況(kuang)下使(shi)用，對于(yu)環境(jing)溫度(du)在(zai)130℃以上(shang)且H2S、CO2含量(liang)較(jiao)高(gao)(gao)情況(kuang)下，可(ke)(ke)選用高(gao)(gao)合(he)金不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。

磨蝕

對于(yu)在(zai)有   含(han)砂(sha)濃度(du)的(de)(de)(de)油氣(qi)(qi)田(tian)中應用的(de)(de)(de)復合軟(ruan)管(guan)，如果(guo)輸送流(liu)體(ti)中含(han)有夾雜的(de)(de)(de)固體(ti)，需(xu)考慮管(guan)內介(jie)質出砂(sha)對骨(gu)(gu)架(jia)層造成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)磨蝕(shi)，在(zai)軟(ruan)管(guan)彎曲部分(fen)尤為顯著(zhu)。此外，出砂(sha)還會骨(gu)(gu)架(jia)層鋼(gang)帶上(shang)的(de)(de)(de)保護涂(tu)層，從而(er)加(jia)重(zhong)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)影響，因(yin)此需(xu)要通過(guo)基于(yu)試(shi)(shi)驗數據(ju)的(de)(de)(de)計算方法計算磨蝕(shi)、磨蝕(shi)率和(he)腐(fu)蝕(shi)。規范中建議通過(guo)試(shi)(shi)驗或基于(yu)試(shi)(shi)驗的(de)(de)(de)分(fen)析數據(ju)來證(zheng)明骨(gu)(gu)架(jia)層有足夠的(de)(de)(de)蝕(shi)性，軟(ruan)管(guan)骨(gu)(gu)架(jia)層設計滿足使用壽命要求。磨蝕(shi)率取(qu)決于(yu)流(liu)速(su)、含(han)砂(sha)量、氣(qi)(qi)體(ti)成(cheng)(cheng)分(fen)（是否存在(zai)腐(fu)蝕(shi)介(jie)質）以(yi)及溫度(du)等因(yin)素，其預測模型要以(yi)相關試(shi)(shi)驗所(suo)得(de)的(de)(de)(de)磨蝕(shi)率進行校準。

磨蝕計算方法

在軟(ruan)管使用(yong)壽命期間，需計(ji)算(suan)(suan)給(gei)(gei)定流(liu)體流(liu)速下的(de)磨蝕或(huo)腐蝕率(lv)(lv)，并且須證(zheng)明計(ji)算(suan)(suan)所得磨蝕率(lv)(lv)不會導致(zhi)骨架層的(de)失(shi)效。該文結合規范要求給(gei)(gei)出了磨蝕率(lv)(lv)的(de)簡要計(ji)算(suan)(suan)方法(fa)。計(ji)算(suan)(suan)磨蝕要考慮以(yi)下兩點：

（1）磨(mo)蝕(shi)、腐蝕(shi)管線(xian)耐(nai)靜水(shui)壓(ya)潰能(neng)力不能(neng)低于使用(yong)壽命期間的設計(ji)要求(qiu)；

（2）磨蝕(shi)(shi)、腐蝕(shi)(shi)管線的拉伸(shen)載荷能(neng)力不能(neng)小(xiao)于設計要求。磨蝕(shi)(shi)率在高彎(wan)曲區域   嚴重(zhong)，影響磨蝕(shi)(shi)的重(zhong)要參數(shu)包括流速、出砂數(shu)量及形狀尺寸、骨架層截面形狀和(he)材料。CO2的局部壓力和(he)流體溫度(du)對骨架層的磨蝕(shi)(shi)或(huo)腐蝕(shi)(shi)特性也(ye)有重(zhong)要影響。

dnv規范定義的(de)磨蝕是指由(you)于(yu)固體顆粒在材(cai)料(liao)表面(mian)碰撞(zhuang)，對材(cai)料(liao)造成的(de)損傷，并給出復(fu)合軟(ruan)(ruan)管(guan)磨蝕、磨損計算程序的(de)要求。軟(ruan)(ruan)管(guan)的(de)弧形區域會(hui)有類似普通(tong)彎管(guan)的(de)磨蝕，軟(ruan)(ruan)管(guan)的(de)曲率(lv)半(ban)徑通(tong)常(chang)大于(yu)相(xiang)鄰的(de)硬(ying)管(guan)，軟(ruan)(ruan)管(guan)骨(gu)架(jia)層(ceng)相(xiang)對于(yu)硬(ying)管(guan)   為粗糙(cao)的(de)表面(mian)會(hui)對磨蝕率(lv)有   的(de)影響(xiang)。對于(yu)輸(shu)送介質含砂(sha)的(de)軟(ruan)(ruan)管(guan)，需給定骨(gu)架(jia)層(ceng)內徑及軟(ruan)(ruan)管(guan)   小曲率(lv)半(ban)徑，根據彎管(guan)計算方法來確定磨蝕率(lv)。

彎管(guan)通常是管(guan)線系統中   易遭受磨(mo)蝕(shi)的區域，受限于管(guan)線系統的尺寸和(he)生產(chan)率，磨(mo)蝕(shi)會(hui)造成嚴重(zhong)的性能退化。當流體方向(xiang)在(zai)彎管(guan)處(chu)改(gai)變時，顆粒不會(hui)隨流體改(gai)變，反而會(hui)撞擊到彎管(guan)處(chu)的管(guan)壁。