海洋非粘結復合軟管骨架層腐蝕及磨蝕分析方法

海底管線是海洋工程基礎結構的關鍵組成部分，隨著石油   氣工業(yè)的發(fā)展，復合軟管作為生產(chǎn)、注入、外輸及服務的管線，在海洋油氣田過程中的應用越來越廣泛。骨架層作為復合軟管   內(nèi)層結構，與軟管內(nèi)部輸送介質(zhì)直接接觸，設計時需考慮輸送介質(zhì)對骨架層鋼帶的腐蝕和磨蝕影響，在確定骨架層鋼帶厚度時要考慮   的腐蝕／磨蝕余量，骨架層鋼帶厚度滿足設計要求。

規(guī)范也指出，腐蝕退化可能發(fā)生在管內(nèi)存在液態(tài)水和腐蝕成分的區(qū)域，因此需對管材性能進行評估。骨架層的腐蝕問題可通過選取合適的材料來避免，API規(guī)范推薦的材料有碳鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、高合金不銹鋼以及鎳基合金。其中，碳鋼用于非腐蝕環(huán)境，高合金鋼用于腐蝕環(huán)境，這幾種材料可隨內(nèi)部輸送環(huán)境的嚴苛程度進行選取。骨架層與管內(nèi)輸送流體直接接觸，通常選材為不銹鋼。骨架層的腐蝕會造成壓潰強度的降低，可通過選取合適等級的鋼材來避免腐蝕問題。確定腐蝕速率的主要參數(shù)包括溫度、CO2局部壓力、氯化物含量、H2S含量、氧氣含量以及游離水的數(shù)量。通常304/304L材料適合絕大多數(shù)的應用，      別的316/136L建議在特定的高溫流體（100℃～130℃）和H2S、CO2含量較高的情況下使用，對于環(huán)境溫度在130℃以上且H2S、CO2含量較高情況下，可選用高合金不銹鋼的材料。

磨蝕

對于在有   含砂濃度的油氣田中應用的復合軟管，如果輸送流體中含有夾雜的固體，需考慮管內(nèi)介質(zhì)出砂對骨架層造成的磨蝕，在軟管彎曲部分尤為顯著。此外，出砂還會骨架層鋼帶上的保護涂層，從而加重腐蝕的影響，因此需要通過基于試驗數(shù)據(jù)的計算方法計算磨蝕、磨蝕率和腐蝕。規(guī)范中建議通過試驗或基于試驗的分析數(shù)據(jù)來證明骨架層有足夠的蝕性，軟管骨架層設計滿足使用壽命要求。磨蝕率取決于流速、含砂量、氣體成分（是否存在腐蝕介質(zhì)）以及溫度等因素，其預測模型要以相關試驗所得的磨蝕率進行校準。

磨蝕計算方法

在軟管使用壽命期間，需計算給定流體流速下的磨蝕或腐蝕率，并且須證明計算所得磨蝕率不會導致骨架層的失效。該文結合規(guī)范要求給出了磨蝕率的簡要計算方法。計算磨蝕要考慮以下兩點：

（1）磨蝕、腐蝕管線耐靜水壓潰能力不能低于使用壽命期間的設計要求；

（2）磨蝕、腐蝕管線的拉伸載荷能力不能小于設計要求。磨蝕率在高彎曲區(qū)域   嚴重，影響磨蝕的重要參數(shù)包括流速、出砂數(shù)量及形狀尺寸、骨架層截面形狀和材料。CO2的局部壓力和流體溫度對骨架層的磨蝕或腐蝕特性也有重要影響。

dnv規(guī)范定義的磨蝕是指由于固體顆粒在材料表面碰撞，對材料造成的損傷，并給出復合軟管磨蝕、磨損計算程序的要求。軟管的弧形區(qū)域會有類似普通彎管的磨蝕，軟管的曲率半徑通常大于相鄰的硬管，軟管骨架層相對于硬管   為粗糙的表面會對磨蝕率有   的影響。對于輸送介質(zhì)含砂的軟管，需給定骨架層內(nèi)徑及軟管   小曲率半徑，根據(jù)彎管計算方法來確定磨蝕率。

彎管通常是管線系統(tǒng)中   易遭受磨蝕的區(qū)域，受限于管線系統(tǒng)的尺寸和生產(chǎn)率，磨蝕會造成嚴重的性能退化。當流體方向在彎管處改變時，顆粒不會隨流體改變，反而會撞擊到彎管處的管壁。