Titaanisulamist õlipuutoru korrosioonikindluse uuring

Titaanisulami korrosioonikindluse olemus seisneb selles, et titaan on termodünaamiliselt ebastabiilne element, mille standardne elektroodipotentsiaal on ainult -1,63 V (standard vesiniku elektrood HSE). Seetõttu on titaanist ja titaanisulamitest väga lihtne õhus või isegi vees moodustada pidev, tihe ja väga õhuke pinnaga oksiidkile, mis koosneb sisemisest Ti2O3 kihist ja välisest TiO2 kihist ning mis pakseneb edasi. redoksreaktsioon kulgeb edasi. Titaanisulami pinda kattev oksiidkile takistab reaktsioonilaengu ülekannet ja vähendab või pärsib titaanisulami lahustumist söövitavas keskkonnas, mille tulemuseks on passivatsioon.

Titaanisulamil on aga suurem positiivne potentsiaal kui teistel sulamitel. Erinevate sulamitega ühendamisel on titaanisulam kaitstud katoodina, mis kiirendab ühendatud metalli korrosiooni ja võib põhjustada konstruktsioonikahjustusi. Seetõttu on kodu- ja välismaised teadlased läbi viinud ka teatud uuringuid titaanisulami korrosioonikindluse kohta puurtorudes ja õlikorpuses.

1. Titaanisulamist puurtoru
Peng jt. hindas titaanisulamist puurtorude väsimust. Tulemused näitasid, et õhus pikeneb terase kvaliteedi tõusuga puurtoru väsimise eluiga, samas kui puurimismudas on titaanisulamist puurtoru väsimustõhusus parim. Joonisel 3a on näidatud erinevate puurtoru näidiste väsimuskõverad toatemperatuuril H2S muda all. H2S-muda olemasolu vähendab oluliselt iga puurtoru näidise väsimuse kestust, mis näitab, et puurtoru on H2S-muda suhtes väga tundlik. H2S-mudakeskkonnas on titaanisulamist puurtorude väsimisaeg oluliselt pikem kui teraspuurtorude, nagu G105, S135 ja V150, oma. Joonisel 3b on kujutatud erinevate puurtorude SN kõverad H2S mudas 100 kraadi juures. Võrreldes toatemperatuuri õhuga on G105, S135, V150 ja Ti proovide väsimisiga oluliselt lühem. H2S-muda ja temperatuuri ühendusteguril on puurtoru väsimuse kestusele suurem mõju kui ühel teguril. Selle ühendamise tingimuse korral on titaanpuurtoru väsimusel siiski suurem eelis kui teistel puurtorudel.

Joonis 3 G105, S135, V150 ja Ti puurtoru näidiste väsimuskõverad erinevates töötingimustes

Chen et al. kasutas uut pinnatöötluse mikrokaarega oksüdatsioonitehnoloogiat, et lisada oksüdatsioonilahusele erineva kontsentratsiooniga naatriumvolframaadi TC4 titaanisulamist puurtoru pinnale mikrokaare oksüdatsiooni. Uuringud on näidanud, et volframi doping võib tõhusalt parandada TC4 titaanisulamist puurtoru kõvadust ja korrosioonikindlust. Ja kui naatriumvolframaadi kontsentratsioon on 3 g/l, on titaanisulamist puurtoru mikrokaare oksüdatsioonikihi terviklik jõudlus parim.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et titaanisulamist puurtoru korrosiooniväsimus kõrgel temperatuuril ja kõrge väävlisisaldusega keskkonnas on parem kui terasest puurtorudel ning TC4 titaanisulami pinnatöötlus võib tõhusalt parandada puurtoru kõvadust ja korrosioonikindlust. Siiski on veel vähe uuringuid titaanisulamist puurtoru korrosioonikindluse parandamise kohta pinnatöötlusega, mis annab ka suuna tulevasteks uuringuteks.

2. Titaanisulamist õlikest
Wang et al. uuris titaanisulamist materjali TC4, mida saab kasutada õlikestena. Nad leidsid, et happelises korrosioonikeskkonnas on TC4 sulami pinnal lokaalne elektrokeemiline korrosioon, peamiselt punktkorrosioon. CO2 sisaldavas komplekteerimisvedelikus on TC4 sulami korrosiooniaste tõsisem, kuid CO2 sisaldavas kihistu vees on korrosioonikindlus parem. Ülaltoodud kahes CO{5}}sisaldavas söövitavas keskkonnas on TC4 sulamil suurepärane vastupidavus pingekorrosioonipragunemisele. Võrreldes maismaakeskkonnaga on TC4 sulam süvamerekeskkonnas pingekorrosioonipragude suhtes tundlikum.

Samal ajal Wang et al. uuris ka TC4 titaanisulami korrosioonikindluse mehhanismi erinevates pingekoormustingimustes ja leidis, et elastse pingega koormatud proovi pinnale tekkisid lohud, kuid täppide moodustumise aste oli suhteliselt kerge ja pinnakihi kiht näitas n-tüüpi pooljuhti. omadused ja neil oli katioonide selektiivne läbilaskvus. Kui plastilise pinge all oleva proovi pinnasüvendid olid sügavamad ja laiemad ning pinnakihi pooljuhttüüp muudeti p-tüüpi, adsorbeerusid ja hävisid anioonid nagu Cl- ja CO32- kergemini. kaitsekile ja kontaktis substraadiga läbi kaitsekile, mille tulemuseks on TC4 titaanisulami korrosioonikindluse vähenemine.

Praegu on ebakonventsionaalsete nafta- ja gaasimaardlate töötingimused karmid. Kõrge temperatuur vähendab torude ja korpuse voolavuspiiri ja elastsusmoodulit ning kõrge rõhk suurendab torude ja korpuse rõhku. H2S, CO2 ja Cl- eraldi või koos toimel muutub torude ja korpuse korrosioon üha tõsisemaks. Titaanisulamist torud ja ümbris võivad tõhusalt lahendada aukude korrosioonitõrgete probleemi, kuid praegused uuringud titaanisulamist torude ja korpuse korrosioonikindluse kohta on endiselt puudulikud ja vajavad täiendavaid uuringuid.

3. Titaanisulamist õlikaevu torud
Schutz et al. võrdles UNS R55400 sulamist torujuhtmete korrosioonikindlust teiste naftaväljade titaanisulamist torujuhtmetega. UNS R55400 torujuhtme arenduse laboratoorsed korrosioonikatsete andmed näitasid, et titaanisulam oli naftaväljade tööstusega seotud väga happelises ja mittehappelises kloriidirikkas veekeskkonnas parandanud vastupidavust SSC-le ning kohalikule punkti- ja pragukorrosioonile.

Tabelis 2 on toodud erinevat tüüpi titaanisulamite ligikaudsed keskkonnateenuste piirid erinevates naftaväljade keskkondades. On näha, et titaanisulamitel UNS R55400 ja UNS R56404 on parim jõudlus happelises ja mittehappelises kloriidirikkas veekeskkonnas ning kõrgeim tugevus on UNS R58640 beeta-titaanisulam.

Wei et al. uuris anniilimistemperatuuri mõju Ti-Mo titaanisulami mikrostruktuuri arengule ja korrosioonikäitumisele vesinikkloriidhappes. Nad leidsid, et kui lõõmutamistemperatuur ületas 850 kraadi, kiirendasid titaanisulami pinnale moodustunud MoO3 ja TiO2 passivatsioonikiled lahustumist, korrosioonikiirus suurenes ning tekkisid -faasi- ja -faasilised mikrogalvaanilised rakud. Lisaks näitab passiveerimiskile n-tüüpi pooljuhtide omadusi, mis ei sõltu lõõmutamistemperatuurist.

Ülaltoodud uurimistulemuste põhjal on leitud, et lõõmutamistemperatuur, kõrge happesus ja happevaba kloriidirikas veekeskkond mõjutavad titaanisulamite korrosioonikindlust. Sellel järeldusel on titaanisulamite materjalide optimeerimisel tulevikus suunav tähtsus.