我国西部天然气田常存在高压、高含CO2、高矿化度、高含Cl-等苛刻工况,为了提升油气处理工艺系统的安全性和经济性,压力容器主要采用内涂层压力容器和内覆耐蚀合金复合板压力容器[1-2]。内涂层常常发生鼓包、脱落等失效,这增加了开罐检修的次数,也严重影响了装置安全生产[3-4],因此对内涂层的选型、涂敷工艺等应提出更高的要求。双金属复合板因具有良好的力学性能和优异的耐蚀性[5-6],且在使用过程中维护工作量也较低,所以在天然气处理工艺中得到了越来越广泛的应用。

然而,两种金属的合金成分、导热系数和热处理温度存在差异,双金属复合板制造过程会导致不锈钢层的耐蚀性下降[7],且在酸性腐蚀环境作用下,复合板压力容器内衬层易发生点蚀[8-9]。点蚀发生的位置具有随机性,同时在外加载荷条件下腐蚀孔容易穿透或诱发应力腐蚀开裂等危害性缺陷,这对压力容器的安全服役产生极大威胁[10]。

笔者考虑316L+Q345R复合板压力容器的典型运行工况,在复合板试片上预制了不同深度的点蚀坑,通过实验室腐蚀试验,探讨不同点蚀坑的发展进程及其穿透至碳钢基材后给复合板带来的腐蚀风险,为复合板的点蚀维修、安全运行评估等提供重要的科学依据。

1. 试验

1.1 试样制备

试验样品来自某公司生产的复合板容器封头开孔余料,该复合板采用爆炸复合制成,再经过卷筒、焊接等工序拼接成容器本体[11],制造标准依据NB/T 47002.1-2019《压力容器用爆炸焊接复合板》。复合板材料为316L不锈钢（厚度3 mm）+Q345R钢（厚度16 mm）。其中Q345R钢属于低合金高强钢,综合力学性能和工艺性较好；而316L不锈钢属于铬镍钼高合金钢,具有抗腐蚀和耐高温等性能,其屈服强度比Q345R钢低[12]。两种金属材料的化学成分如表1所示。

将复合板样品加工成小试片,尺寸为60 mm×20 mm×7 mm,开ϕ6 mm孔用于悬挂安装,如图1所示。为了分析不同点蚀坑深度对复合板压力容器服役安全的影响,利用数控钻床在内衬层表面中部预制直径相同、深度不同的点蚀坑。其中1号试片点蚀坑处于不锈钢层,2号试片点蚀坑底部刚触及碳钢层,3号试片点蚀坑完全穿透至碳钢层。每个试片点蚀坑的直径和深度精确测量结果如表2所示。为了提高试验精度,采用树脂和704硅胶对试片暴露的碳钢层进行固化密封。

图 1 试片加工尺寸

Figure 1. Processing size of specimen

1.2 浸泡腐蚀试验

采用高温高压反应釜,模拟塔里木油田典型介质组分和工况环境（见表3）,对上述制备的1~3号试片进行浸泡腐蚀试验,试验时间为336 h。试验结束后,利用超景深显微镜对试片及预制的点蚀坑进行形貌观察和尺寸测量,并采用扫描电镜（SEM）及能谱仪（EDS）分析点蚀坑的腐蚀形貌及成分。同时根据试验前后点蚀坑的深度,利用式（1）计算点蚀速率。

式中：v为点蚀速率,mm/a；r为点蚀坑深度的增加值,mm；t为试验时间,h。

表 3 浸泡腐蚀试验参数

Table 3. Immersion corrosion test parameters

温度/℃	压力/MPa	介质组分
		w（CO）2/%	ρ（Cl-）/（mg·L-1）	ρ（Ca2+）/（mg·L-1）	ρ（Mg2+）/（mg·L-1）	/（mg·L-1）	ρ（K+）/（mg·L-1）	ρ（Na+）/（mg·L-1）	/（mg·L-1）
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