失效分析案例举例

失效分析案例举例

案例1 油井套管腐蚀

0、背景介绍：

1、套管腐蚀形貌

2、腐蚀产物ＸＲＤ分析

3、油套管材质的金相和非金属夹杂分析

4、管壁ＳＲＢ分析检测

5、腐蚀试验

6、结论

背景介绍：中原油田全油田有100多口井套管

腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。油井套管的最大穿孔速度为0.48ｍｍ年。

1套管腐蚀形貌

对现场取出损坏的套管进行解剖分析。套管内壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面平稳,腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形,其横断面为上宽下窄的梯形深谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰。从总体上看,套管内壁都附着黑色粘性油污,无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔,并有一定的流体冲刷作用。

2腐蚀产物ＸＲＤ分析

取套管内壁物质,洗去油污,再用丙酮清洗吹干,进行Ｘ—射线

衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有ＦｅＣＯ

3和ＣａＣＯ

夹杂有ＮａＣｌ和硫酸亚铁等。腐蚀产物的主要成份为碳酸盐,显示出套管、油管腐蚀与ＣＯ

2

腐蚀有关。

3油套管材质的金相和非金属夹杂分析

采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和元素面分析。套管钢的纵截面夹杂物形貌及面分析发现, 大量细小球形

暗灰色颗粒为Ａｌ

2Ｏ

3

, 短条状为ＭｎＳ。材质中夹杂物以Ａｌ

2Ｏ

3

和ＭｎＳ为主, 少量Ａｌ

2

Ｏ

3

、ＴｉＯ2存在。整个材料裂口

面上夹杂物多且分散较均匀,夹杂物以Ａｌ

2Ｏ

3

、ＭｎＳ为主

散均匀,加速了钢材的腐蚀。同时经电子探针元素定量分析表明随着向腐蚀坑底的深入,表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在逐步增大。说明生成的腐蚀产物有铁氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等,并随腐蚀深入呈增加趋势。

4管壁ＳＲＢ分析检测

取下管壁内表面的附着物, 置于100ｍＬ已灭菌处理的8%的生理盐水中,并使之均匀分散于盐水中,取1ｍＬ此盐水逐渐稀释至10-10级，采用绝迹稀释法测量最大可能菌量。分别在三种温度下(37℃、50℃和80℃)进行培养，连续观察并记录结果和现象。实验结果表明，在37℃条件下,ＳＲＢ活性很差，80℃时没有长出，50℃时最适合该细菌的生长，生长指标为221,菌量大约为3.0×104个/ｃｍ2。该细菌已适应了腐蚀产物膜下的环境,将导致膜下细菌腐蚀,进一步研究表明,该腐蚀产物膜中还含有少量的短链脂肪酸,该脂肪酸会促进点蚀的形成和发展,加速腐蚀。

5腐蚀试验

用油田水样对两种钢(套管钢、油管钢)进行了静态和动态腐蚀试验,温度50℃下密闭除氧试验时间7天。结果如表1所示:

动态腐蚀速度远远大于静态腐蚀速度,说明介质、材料处于相对运动状态时腐蚀更为严重。在动态腐蚀循环试验装置上进行了不同流速对腐蚀影响的试验。

不同流速对腐蚀影响的试验

随介质流速的增加,腐蚀速度迅速增大,腐蚀速度由静态的0.061ｇ/ｍ2·ｈ增加到流速为0.9ｍ/s时的的0.70ｇ/ｍ2·ｈ,腐蚀速度增加了11.5倍, 即使在0.32ｍ/s这样的低流条件下,腐蚀速度也增加到原来的3倍,说明介质流动能较大地增加体系的腐蚀。

不同ＣＯ2分压下, Ｑ235钢在3%ＮａＣｌ溶液中的腐蚀速度

很明显ＣＯ2压力越高,腐蚀越为严重。

6结论

(1)复杂断块油田套管腐蚀失效主要是油井高矿化度产出水中ＣＯ

腐蚀作用的结果。

2

(2)套管的局部腐蚀破裂形态与钢材中夹杂物的局部分布、流体冲刷密切相关。

(3)综合对腐蚀形态特征的观察判断,腐蚀产物的分析,材

质金相非金属夹杂分析,管壁ＳＲＢ检测分析和腐蚀试验

的研究,可以找出套管腐蚀失效的主要原因。

火电机组奥氏体钢管材失效分析

0、背景介绍

1宏观检验

2化学成分及机械性能检验

3金相分析

4电子探针检验

5内应力分析

6结果分析

7防治对策

1、背景介绍：广东省沿海某电厂发生的一起材料失效. 该电厂1号机组的锅炉是国内某锅炉厂造的ＤＧ1025/18.2-ＩＩ3型亚临界压力中间再热自然循环单炉膛全悬吊露天布置平衡通风燃煤气包炉,过热蒸气最大连续蒸气量1025ｔ/ｈ,出口压力17.4ＭＰａ,出口温度540℃.全大屏过热器共有4屏,布置在炉膛上部,横向节距2743.2ｍｍ,纵向节距61ｍｍ管径51ｍｍ×7ｍｍ,外圈第1、2根和最内圈作夹持管.材料为ＳＡ-213Ｔ91或ＳＵＳ304ＨＴＢ,其余管均为12Ｃｒ1ＭｏＶ,每大屏由8小屏组成,每小屏有6根管子,绕成Ｕ形.全大屏工质进口温度为406℃,工质出口温度462℃,工作压力18.6ＭＰａ.机组自投入使用到该次事故发生累计运行3400ｈ,本次事故爆破的全大屏过热器管共18根, 其中12根为二次事故所致.

1宏观检验

爆口均发生在小角度17°30′弯头附近,裂口均为横向,在一次爆口的6根管子中有些管由外向内裂,有些则由内向外裂管径未涨粗,断口较平整,裂口内壁附近存在平行的未穿透的横向裂纹,管外壁附有黑色的氧化层;管外壁局部有弯管留下的压痕,这些区域的背面有较浅的横向裂痕萌生.

2化学成分及机械性能检验

3金相分析

在爆口附近制备金相试样,晶粒度3～6级,单相奥氏体,沿晶裂纹,裂纹中充满灰色的腐蚀物.

4电子探针检验

断口及管子外表面氧化物成分见表3, 能谱分析发现管子微裂纹处存在Ｃｌ、Ｓ元素.

5内应力分析

在小弯头区域取样用衍射仪2θ法进行测量,其结果见表4. Ｆｅ(222)晶面应力常数为586,计算求得σ=164ＭＰａ(压应力);试验还表明试样存在明显的应力梯度.