SMSS 13Cr и DSS 22Cr в среде H₂S/CO₂-нефть-вода

Введение

Коррозионное поведение супермартенситной нержавеющей стали (СМСС) 13Cr и дуплексная нержавеющая сталь (DSS) 22Cr в среде H₂S/CO₂-масло-вода представляют значительный интерес, особенно в нефтегазовой промышленности, где эти материалы часто подвергаются воздействию таких суровых условий. Вот обзор того, как каждый материал ведет себя в этих условиях:

1. Супермартенситная нержавеющая сталь (SMSS) 13Cr:

Состав: SMSS 13Cr обычно содержит около 12-14% хрома с небольшими количествами никеля и молибдена. Высокое содержание хрома придает ему хорошую устойчивость к коррозии, а мартенситная структура обеспечивает высокую прочность.
Коррозионное поведение:
CO₂ Коррозия: SMSS 13Cr демонстрирует умеренную устойчивость к коррозии CO₂, в первую очередь за счет формирования защитного слоя оксида хрома. Однако в присутствии CO₂ локальная коррозия, такая как точечная и щелевая коррозия, является рискованной.
H₂S Коррозия: H₂S увеличивает риск сульфидного растрескивания под напряжением (SSC) и водородной хрупкости. SMSS 13Cr в некоторой степени устойчив, но не застрахован от этих форм коррозии, особенно при более высоких температурах и давлениях.
Нефтяно-водная среда: Масло иногда может служить защитным барьером, снижая воздействие коррозионных агентов на поверхность металла. Однако вода, особенно рассол, может быть очень едкой. Баланс фаз масла и воды может существенно влиять на общую скорость коррозии.
Общие проблемы:
Сульфидное растрескивание под напряжением (SSC): Мартенситная структура, хотя и прочная, подвержена SSC в присутствии H₂S.
Питтинговая и щелевая коррозия: Это серьезная проблема, особенно в средах с хлоридами и CO₂.

2. Дуплексная нержавеющая сталь (DSS) 22Cr:

Состав: DSS 22Cr содержит около 22% хрома, около 5% никеля, 3% молибдена и сбалансированную аустенитно-ферритную микроструктуру. Это обеспечивает DSS отличную коррозионную стойкость и высокую прочность.
Коррозионное поведение:
CO₂ Коррозия: DSS 22Cr более устойчив к коррозии CO₂, чем SMSS 13Cr. Высокое содержание хрома и наличие молибдена способствуют образованию стабильного и защитного оксидного слоя, который противостоит коррозии.
H₂S Коррозия: DSS 22Cr обладает высокой устойчивостью к коррозии, вызванной H₂S, включая SSC и водородное охрупчивание. Сбалансированная микроструктура и состав сплава помогают снизить эти риски.
Нефтяно-водная среда: DSS 22Cr хорошо работает в смешанных средах масло-вода, противостоя общей и локальной коррозии. Присутствие масла может повысить коррозионную стойкость, образуя защитную пленку, но это менее критично для DSS 22Cr из-за его собственной коррозионной стойкости.
Общие проблемы:
Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC): Несмотря на то, что DSS 22Cr более устойчив, чем SMSS 13Cr, он все же может быть восприимчив к SCC при определенных условиях, например, при высоких концентрациях хлоридов при повышенных температурах.
Локальная коррозия: DSS 22Cr, как правило, очень устойчив к точечной и щелевой коррозии, но они все равно могут возникнуть в экстремальных условиях.

Сравнительное резюме:

Устойчивость к коррозии: DSS 22Cr, как правило, обеспечивает более высокую коррозионную стойкость по сравнению с SMSS 13Cr, особенно в средах с H₂S и CO₂.
Прочность и выносливость: SMSS 13Cr более прочен, но подвержен таким проблемам коррозии, как поверхностный растрескивание под действием напряжения (SRN) и питтинговая коррозия.
Пригодность применения: DSS 22Cr часто предпочитают в средах с повышенным риском коррозии, например, с высоким содержанием H₂S и CO₂, тогда как SMSS 13Cr можно выбрать для применений, требующих более высокой прочности с умеренным риском коррозии.

Заключение:

При выборе между SMSS 13Cr и DSS 22Cr для использования в средах H₂S/CO₂-масло-вода, DSS 22Cr обычно является лучшим выбором для устойчивости к коррозии, особенно в более агрессивных средах. Однако при принятии окончательного решения следует учитывать конкретные условия, включая температуру, давление и относительную концентрацию H₂S и CO₂.