水下生产设施包括大量的部件，根据部件的腐蚀形式，材料适用性和经济性综合考虑，对主要部件选材方法进行如下分析：

    1.井口和采油树的选材

    井口和采油树主要用于原油的生产，海水和处理后的海水，大量的化学物质的注入口以及进行气举作业。在原油的生产与传输过程中起到一个关键性的作用。主要包括采油树的主体结构和联接部件，井口罩，密封部件，套管挂，油管挂，阀门和阻气门，大量的垫片等。受到传输介质高流速的冲刷作用，而且传输介质中可能含有砂，对井口和采油树存在大量的侵蚀作用。另一方面，井口和采油树存在大量小部件，如果不能正确的选材可能导致整体的失效。所以，对于井口和采油树整体而言，所有零件推荐选择较耐蚀材料。

    （1）采油树主体和联接部件

    采油树和联接器可以选择以下材料：①低合金钢，AISI4130和8630，内部覆盖着625合金；②ASTMA182F22（21/4%Cr，1%Mo钢，内部覆盖着625合金）；③AISI410（13%Cr不锈钢）；④ASTMA182F6NM（13%Cr4%Ni不锈钢）；⑤双相不锈钢。

    对于上述提供的材料，焊接部位覆盖耐蚀的625合金的低合金钢，在海下表现出较低的风险，低合金钢推荐采用为ASTMA182F22，耐蚀合金推荐采用A182F6NM。

    （2）井口罩和密封部件

    这些部件相对于采油树的主体部分较薄，可以采用AISI4130或8630来制造。在润湿和密封部位，可以在表面覆盖625合金。

    （3）套管挂

    套管挂通常采用AISI4130，4140或8630来制造，并且在正常的操作环境下，不能接触生产的流体。

    （4）油管挂

    油管挂应采用高强度的CRA材料来制造，根据工况要求，可以采用以下材料：① 覆盖625合金的AISI4130，8630或者ASTMA182F22；② ASTMA182 F6NM；③22%或25% Cr双相不锈钢；④ 718合金

    （5）阀门和阻气阀

    阀门和阻气阀可以通常采用下列两种方法来制造：①覆盖625合金的AISI 4130，8630或者ASTMA182F22；②ASTMA182F6NM。

    （6）垫片

    在水下的油气管道的垫片可以采用：①316不锈钢；②退火态的825和625合金。如果垫片应用在环形槽上，建议采用退火态的625合金或6%Mo的不锈钢。对于处理过的海水注入系统，退火态的625合金是可以满足要求的，而对于未经处理的海水则需要对材料的耐开裂能力和接触腐蚀进行充分考虑。

    2.汇管的选材

    水下汇管是一个高风险的部件，主要用于存储生产的流体，包括油，气和产生的水，注入处理和未处理的以及产生的水，注入存储用的气并提高生产效率。功能的缺失，对导致油气的泄露。对于汇管的材料选择和装配在ISO13628-15中已经详细的介绍，此处对其他方面进行补充：比如说ERW/HFI 管道一般不会推荐到集合管的选材中，由于它可用的厚度可能不能够满足设计的要求，这在ISO13628-15标准中并未提到。

    由于水下汇管设计的复杂性，存在大量的分支，阀门，死角，普通碳钢加缓蚀剂可能达不到目的，并且无法对其腐蚀情况进行监测，可以首选具有一定强度和断裂韧性的耐蚀合金。如果管道的服役时间小于10年，可以选用具有一定耐蚀能力的碳钢。选择耐蚀合金时主要考虑：双相和超级双相不锈钢；管道内部覆盖一层625合金。

    3.阀门的选材

    在水下生产设备中存在大量的阀门，包括采油树的主阀门，汇管和流线管道处阀门，液压控制系统的阀门等。而在相关的标准中，对阀门的选择进行了规定，包括：APISpecs6A，17D，14A和RP14B；ISO10423，13628-4，13628-6，13628-8和14723以及ISO15156/NACEMR0175。

    而对于阀门的选择主要应考虑几个主要因素：温度和压力范围、在阀门主体和局部位置流体的腐蚀性和侵蚀破坏、固体潜在的磨损（覆盖耐磨的或者光滑的表面）、固体潜在的冲击作用，比如在材质较脆的阀门处的压裂支撑剂的作用、不同材料之间的电偶腐蚀的影响、在法兰和密封面处的缝隙腐蚀、移动部件的耐划伤性能、对于分金属材料而言，爆发性的解压，耐温度和化学物质的能力、材料的阴极保护的影响、材料有效涂层的影响、材料的经济性问题等

    总体而言，对于金属材料包括碳钢和低合金钢，不锈钢（奥氏体，马氏体，沉淀强化钢等），镍基合金，铍铜合金等的选择需考虑特定实际环境，通常在管道润湿部位覆盖镍基合金来抵抗碳钢和低合金钢的内腐蚀。非金属材料主要用于密封部位，在使用时也进行镀层保护，如钴合金，碳化钨及化学镀镍等，来提高密封性，耐划伤，耐腐蚀和侵蚀能力。

    金属材料的承压边界根据设计和生产标准进行选择，在ISO14723中只是列举了一部分可用材料的压力-温度等级。因此，在采油树，汇管及流线管道阀门选择时常常不相同，对以上典型材料的要求可以根据标准ISO14723和NORSOKStandardM-630来选择。

    水下生产设备还有大量的部件，包括流线管道，冒口，法兰，垫片，密封材料等，其选材的方法步骤与上述三种关键部位选材原则相似，在对使用环境了解的情况下，根据大量现行的标准进行选材，控制好腐蚀裕量，考虑经济性，从而组合成一套适合服役环境下的水下生产系统。

    选自《腐蚀与防护》第36卷 2015年第10期

    作者：张雷，副研究员，博士，任职于北京科技大学

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 

责任编辑：王元

《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事
投稿联系：编辑部
电话：010-62313558-806
邮箱：ecorr_org@163.com
中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414