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首页 YouTube 作者：coolfensi 2022年10月08日热度：54 评论：0

时间：2022-10-8 10:20 热度：54°

原副标题：撷取：某泵脱落其原因

摘要:某泵自墩粗端,距管转角套管约211 mm 处出现脱落。通过宏观经济检视、成份分析、梳齿预测、金相检测等方法对泵脱落其原因展开了预测。结果显示:操作自然环境中存有 H2S和 CO2,泵造影组织中存有铑参杂物,泵上由工具和卡具造成的机械设备受损造成局部通气和应力集中,使泵在湿 H2S自然环境下造成了形变锈蚀脱落。

关键字:泵;脱落;一氧化碳;形变锈蚀脱落;参杂物

中图科同盘属:TE931 历史文献标志码:B 文章序号:1001-4012(2022)05-0040-04

气田采用的泵入役条件十分严酷,除了要忍受液注力、空气阻力等复杂接头处有效载荷的作用,还要承受沃苏什卡油、水、CO2、H2S、纯水和病菌等多种腐蚀电介质的破坏,泵失灵事故多发,给气田的安全生产带来很大所苦。某炼油厂 S-142井自大石第73根泵在采用约 700d后出现脱落,其有效载荷为20~21t。

该脱落泵结构形式为管端加厚型,脱落位于墩粗端,距管转角套管约211mm,脱落足部的管圆柱体为74.9mm,壁厚为5.7mm,材料为 N80Q 钢,泵内电介质为油、气和水,电介质中含有 CaCl2,CO2,H2S,泉温(单位表面积液体电介质中所含的各种阳离子、分子和化合物的总量)为10000mg/L。为查清泵脱落其原因,笔者在该脱落泵上采样并展开一系列化学检测和预测。

1 化学检测

1.1 宏观经济检视

泵脱落出现在距管转角套管211 mm 处,该段泵套管侧略粗,脱落足部剖面圆柱体为74.9mm。管内、外存有渗漏,壁存有机械设备受损,呈有规律排列的泵Ramanathapuram持伤痕和凹陷。切开泵后由此可见外壁表面存有锈蚀坑,脱落面旋转轴泵横向,较杜博韦。泵没有出现明显形变,在脱落底下同时由此可见相连接剖面的展毛裂缝和垂直剖面的伊瓦诺裂缝(蟹蛛科花1)。

1.2 成份预测

在脱落泵上采样并展开成份预测,结果如表1所示。

在SY/T6194—2003《石油天然气工业勘探井套管或泵用钢管》表 C.5中规定,第一组中的 H, J,K 和 N 钢级所有泵中的硫、磷元素质量分数应不大于0.030%,其他化学元素含量未作规定,泵以能达到相应的力学性能为准。

1.3 梳齿预测

1.3.1 宏观经济形貌

泵主脱落面旋转轴泵横向,为横向脱落。在脱落底下同时存有着横向裂缝和横向裂缝,主断裂面粗糙、有渗漏,清洗后由此可见人字形花样,脱落面的壁厚无明显减薄,无宏观经济塑性形变,无剪切唇。断裂源呈多源特征,壁裂缝源于机械设备受损,外壁裂缝源于锈蚀坑(蟹蛛科花2)。

1.3.2 微观形貌

根据泵脱落的特点,取主脱落面和横向裂缝剖面展开微观形貌预测。主脱落面和横向裂缝剖面微观形貌基本相同,主要为氢脆准解理+韧窝+空洞+伊瓦诺裂缝。主脱落面较粗糙,其裂缝扩展区的微观形貌在低倍下呈人字形花样[1],在高倍下为氢脆准解理+韧窝+伊瓦诺裂缝;外壁表面由此可见锈蚀坑和坑底裂纹,裂纹尖端有剪切韧窝[2][见图 3a), 3b)]。横向裂缝剖面的微观形貌在低倍下呈放射状,在高倍下为氢脆准解理+空洞+沿晶伊瓦诺裂缝 +少量韧窝;其裂缝扩展区的微观形貌为韧窝+氢脆准解理+伊瓦诺裂缝[蟹蛛科花3c),3d)]。

1.4 金相检测

对脱落泵展开金相检测。梳齿剖面处造影组织为回火索氏体+铁素体+贝氏体,呈沿轴向分布的带状组织特征,铑参杂物等级为 A1.5,B0.5 [蟹蛛科花4a),4c)]。在壁表面存有氢鼓泡,同时观察氢鼓泡处造成的裂缝,裂缝扩展尖端呈台阶串接的特点[蟹蛛科花4b)]。由梳齿剖面微观形貌可知,裂纹扩展区呈穿晶和沿晶的混合特征,内、壁的锈蚀坑和机械设备受损是裂缝源区,在裂缝中和裂缝周围存在较多的铑参杂物。在主剖底下可以检视到已扩展较深的伊瓦诺裂缝,伊瓦诺裂缝和内、壁裂缝的扩展形态相同[蟹蛛科花4d)]。

1.5 能谱预测

取泵内垢物和梳齿表面附着物展开锈蚀产物的 X射线能谱(EDS)预测。表2为 EDS预测结果, 结果显示锈蚀产物主要含有氧、镁、铝、硅、硫、氯、钾、钙、铁等元素,其中硫元素含量较高。

1.6 硬度测试

在泵横截底下划分的 4 个象限区域内的外部、中部和内部分别展开硬度测试,同时还在泵外壁表面以及表面机械设备受损足部展开硬度测试,结果如表3所示。

硬度测试结果显示,泵沿厚度方向中心足部的硬度明显高于内、壁的;泵表面机械设备受损足部的硬度明显高于表面正常足部的。

2 综合预测

脱落泵的造影组织为回火索氏体+铁素体+ 贝氏体,存有带状组织[3]和铑参杂物,反映了该泵经过了淬火+回火,符合SY/T6194—2003中对 N80Q 级泵热处理的要求。造影组织中检视到氢鼓泡和伊瓦诺裂缝[4-5],裂缝尖端呈氢致脱落特征。泵脱落宏观经济上呈脆性脱落特征[6-7],微观上呈典型的氢致脱落特征。泵脱落是湿 H2S+CO2 引起的硫化物形变锈蚀脱落(SSCC)[8-9]。

SSCC在工程上是一种常见的破坏现象,其开裂的特点是阴极充氢导致氢脆裂缝。可出现 SSCC 的材料包括低碳钢、低合金钢、高强钢、不锈钢等,开裂倾向随材料的强度升高而增加。在湿 H2S电介质中,材料抗 SSCC 能力受温度、H2S浓度、电介质 pH 值、形变大小[10-11]及分布状态、材料成份和组织形态、金属焊接质量和表面质量、热处理状态等多种因素的影响。

从电介质因素方面来说,湿 H2S是低合金钢出现 SSCC的敏感电介质。该脱落泵工作电介质为油、气和水,电介质中含有 CaCl2,CO2,H2S;EDS预测结果显示,锈蚀产物中硫元素含量较高。由于水和 CO2 的存有,电介质呈酸性,造成 H + 去极化锈蚀,而电介质中 H2S的存在阻止了腐蚀反应生成的 H 原子向 H2 转变,使 H 原子向材料内部扩散,造成材料造成阴极充氢,形成氢鼓泡和氢致脱落。湿 H2S引起的脱落包括SSCC、氢致脱落(HIC)、形变导向氢致开裂(SOHIC)及氢鼓泡(HB),其破坏敏感度随 H2S 浓度的增加而增加,在饱和湿 H2S中达最大值。

从材料成份和造影组织形态方面来说,钢中影响 H2S锈蚀的主要化学元素是锰和硫,锰元素易使设备在焊接过程中造成马氏体和贝氏体,这些高强度、低韧性的造影组织表现出较高硬度,这对设备抗SSCC极为不利;硫元素则在钢中形成 MnS, FeS等铑参杂物,使局部造影组织疏松,在湿 H2S自然环境下易诱发 HIC,SOHIC和 HB。检视脱落泵的造影组织发现,在裂缝中和裂缝的周围存有较多的铑参杂物,表明铑参杂物对诱发湿 H2S自然环境下的 HIC 或 SOHIC 有促进作用。针对脱落泵中存有带状组织的问题,张旺峰等[12]的研究结果显示,材料组织中存有与施加形变方向相连接的带状组织,可以起到阻碍裂缝扩展的作用,从而提高其SSCC抗力。

材料硬度对 SSCC 敏感性的影响很大,对于在湿 H2S 介质中使用的材料,其硬度应控制在 22HRC以下。脱落泵整体硬度偏高,特别是表面机械设备受损足部的硬度明显高于周围正常足部。机械受损造成材料局部通气和形变集中[13-14],对裂缝的形成起促进作用,使该足部对形变锈蚀脱落更加敏感,加速了泵形变锈蚀裂缝的造成。

3 结论

泵脱落是湿 H2S自然环境下造成的SSCC。操作电介质中存有 H2S和 CO2 是泵造成 SSCC 的主要其原因,泵表面工具和卡具引起的机械设备受损造成材料局部通气和形变集中以及造影组织中存有铑参杂物,这些都对裂缝的形成起到促进作用,同时加速了泵形变锈蚀裂缝的造成。

参考历史文献:

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