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【研究室总体介绍】

    环境损伤评估与控制研究室隶属于北京科技大学新材料技术研究院腐蚀与防护中心,共有教师5人。研究室长期从事与油气开发、生产、储运相关的腐蚀与控制研究,科研实力雄厚,实践经验丰富,承担着大量国家级、省部级和三大石油公司的重要科研课题。研究室依托北京科技大学在材料和冶金方面的学科优势,腐蚀与防护中心在国内腐蚀领域的科研优势,以及研究型高校人才培养优势,形成了一支在路民旭教授带领下,由中青年学术骨干、博士后和研究生组成的,在国内外具有重要影响的研究队伍。研究室具有国内领先的油气田高温高压腐蚀模拟设备和电化学分析设备,配备了世界先进的阴极保护及交直流干扰模拟计算软件,同时可以充分利用北京科技大学在材料制备与分析方面的硬件优势,实现对油气田腐蚀从理论到工程实践的全面研究和技术开发。

【研究室成员介绍】

路民旭 张  雷 柳  伟 许立宁 杜艳霞

路民旭  教授,博士生导师

张  雷  副研究员,硕士生导师

柳  伟  副教授,博士生导师

许立宁  副研究员,硕士生导师

杜艳霞  副研究员,硕士生导师

【研究室主要研究内容及科研成果】

1、油气田内腐蚀机理、评价与控制研究

    H2S和CO2是最常见且最有害的两种物质。CO2主要造成电化学腐蚀减薄和局部蚀坑,H2S除造成电化学腐蚀外,其最具危害的还是氢致开裂(HIC)和硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)。近年来本实验室在国家自然科学基金重点项目、国家863项目、973项目以及三大石油公司多项项目和油田委托项目的资助下,在高温高压CO2、H2S多相介质腐蚀研究方面取得了许多研究成果,积累了丰富的工程实践经验和扎实的理论基础。

1)油气田CO2、H2S腐蚀机理、评价与预测

    通过大量高温高压CO2腐蚀试验,利用交流阻抗(EIS)技术研究CO2腐蚀阴极、阳极反应过程及其机理,建立了高温高压CO2全面腐蚀和局部腐蚀寿命预测模型和方法,并应用于海底管道设计。

2)高含硫气田H2S-CO2-Cl--元素S共存腐蚀研究

    研究了H2S/CO2共存条件下的腐蚀机理,针对腐蚀产物和腐蚀机理进行研究,同时进行高温高压氢致开裂和应力腐蚀试验。随H2S分压的升高,腐蚀速率显著增加,腐蚀产物膜粘结力差,晶体结构变得复杂。H2S>1.0MPa,碳钢表面局部腐蚀和氢鼓泡,内部发生氢致裂纹。

    开展H2S/CO2共存、H2S/Cl-共存等条件下管线钢及焊缝的氢致开裂(HIC)敏感性研究

3)材料及环境对油气田CO2、H2S腐蚀影响研究

    通过对不同Cr含量的L80管材CO2腐蚀研究,揭示了Cr含量对材料抗CO2局部腐蚀性能的影响;通过研究材料显微组织对其耐蚀性能的影响,为腐蚀控制提供了良好的启示。

    开展高矿化度介质中的CO2腐蚀研究,进行流体力学等动态环境对SRB腐蚀产生的影响、CO2与SRB在腐蚀过程中的相互影响等方面的研究。开展了油气水多相流动腐蚀研究。实验室建立专门设备模拟油气水三相条件下的腐蚀,研究了不同材料在油水分离界面的腐蚀行为,以及油水比例对腐蚀形态和速率的影响。

4)管道湿气腐蚀与顶部腐蚀研究

    湿气冷凝腐蚀方面,利用高温高压冷凝反应釜模拟湿气腐蚀环境,研究了湿气温度、环境温度及冷凝液膜状态对湿气腐蚀的影响。湿气温度、环境温度、温差、气体流速均会对冷凝液膜的厚度、冷凝速率、液膜/钢界面处的温度产生影响。

    管道管线积水部位是腐蚀最危险部位,存在一个产生积水的临界管道倾角θ,实际倾斜角大于临界角判断为发生聚集,从而易于发生腐蚀。

    结合高含硫气田集输管网实际,开展湿气H2S/CO2腐蚀,一旦管内外温差较大,管壁形成冷凝液膜,即使不是积水部位,腐蚀也将显著发生。

2、油气管道现代阴极保护技术及交直流杂散电流干扰研究

    本项目研究利用溶液沉淀还原法制备纳米超细合金粉工艺。利用不同的沉淀剂首先制备金属的沉淀产物,然后通过透气式还原炉对沉淀产物进行氢气还原得到微米级超细合金粉。该方法工艺简单,生产流程短,可以实现规模化生产,产品对金刚石工具等行业有积极促进作用。本项目已与企业合作,实现工业化生产。

1)阴极保护数值模拟技术研究

    随着阴极保护技术应用领域的日趋扩大,各种复杂情况越来越多,如结构物分布复杂的油气输送站场、构造复杂的海洋平台、恶劣的深海及冻土环境等,阴极保护数值模拟技术为复杂情况下的阴极保护优化设计及效果预测提供了一项有效解决途径,成为国际阴极保护领域的发展趋势。本研究室围绕阴极保护数值模拟技术开展了系列研究,包括阴极保护电位分布数值计算模型的准确描述,不同阳极材料与不同表面状况阴极材料极化边界条件的理论模型及有效测试方法以及数值模拟计算方法,目前已发表10余篇相关领域的学术论文,开发了阴极保护数值模拟计算软件,获得3项软件著作权,并将阴极保护数值模拟计算技术成功应用于油气输送站场区域阴极保护、海洋平台牺牲阳极外加电流阴极保护、深海水下设施阴极保护等领域,解决了实际生产中存在的诸多难题。

2)阴极保护有效测试及智能管理技术研究

    阴极保护极化电位作为监视和控制阴极保护效果的重要指标,近年来,交直流干扰环境的日益严重给极化电位的准确测量及阴极保护的有效性评价带来很大困难。为了实现阴极保护极化电位的有效测试,本研究室开展了阴极保护测试探头技术研究,通过室内模拟试验及现场试验,系统的研究了探头结构及参比电极类型对寿命的影响,探头测试试片尺寸与管道真实极化电位等效关系,开发了适用于不同环境的探头结构,并将极化探头与无线传输系统及GPRS网络结合形成了阴极保护无线传输控制系统,实现了阴极保护系统的智能管理与控制,目前已在相关领域授权专利4项,包括2项发明专利及2项实用新型专利。

3)直流干扰及防护技术研究

    随着社会发展,高压电网、城市轨道交通等基础设施建设迅速发展,埋地管道面临的交、直流杂散电流干扰问题日益严重,城市地铁、轻轨、高压直流输电线的接地极和阴极保护系统都会附近的其他金属结构物造成直流干扰,直流干扰是目前威胁金属结构安全的一个主要隐患,直流干扰的有效检测与防护也是实际生产中亟待解决的问题。本研究室围绕地铁动态杂散电流的流动规律及对埋地管道腐蚀行为的影响,直流杂散电流干扰的评价指标,有效检测方法与防护技术开展了系列研究,已发表多篇相关论文,相关研究成果也在实际生产中获得应用。

4)交流干扰及防护技术研究

    高压交流输电线路及高铁会对埋地金属管道造成交流干扰,危及人身安全、设备安全,并可造成交流腐蚀,目前交流干扰属于国际腐蚀领域热点研究方向,在交流腐蚀机理,交流干扰与阴极保护交互作用,交流干扰防护等方面均存在大量问题需要研究。本研究室通过室内模拟试验、现场试验及电磁场的模拟计算,对交流腐蚀机理、交流判断指标以及交流干扰缓解技术开展了相关研究,研究成果发表在corrosion science、金属学报等国内外著名期刊上,在国际学术会议上也多次进行学术报告,相关研究成果得到国内外专家的好评。

3、油气管道防腐保温涂层技术研究

1)冻土及高寒地区管道防腐保温技术研究

    由于冻土区的气候温度特别低,管道在运输和储运过程中将面临很低的温度,这就需要管道的防腐涂层要具有很好的低温冲击韧性、低温断裂延伸率、低温防腐层剥离抗力、涂层冻融循环抗力,本研究室围绕防腐层耐低温性能开展了系列研究,为国家重大工程提供重要技术支持。

2)管道补口检测的激光超声技术研究与开发

    利用激光超声技术研究快速准确评价管道补口缺陷的方法。在长距离的埋地管道中,管道表面覆盖有防腐层,在管道接口处存在大量防腐层补口。在既有的技术下,往往采用破坏性的办法,对涂层与机体的结合力进行检测,例如拉伸法,划痕法,剥离法等。采用激光激发超声的办法可以实现速度快、精度高、非接触、适用范围大等诸多优点。我们成功将激光超声起振的技术从金属领域引入检测高分子涂层领域。利用我们搭建的实验系统,成功的得到了有用信号并给出了合理的解释。利用这种先进的检测手段来实现对于界面粘结强度的检验是很有前景的技术,可为国家重大工程提供技术服务。

4、耐蚀材料研究与开发

1)镍基耐蚀合金油套管研究

    我国高含硫油气田高温高压、高含H2S、CO2、Cl-、以及元素S存在的苛刻环境严重恶化了油井管材的服役条件。针对镍基G3合金油井管,对合金析出相和碳化物、晶粒尺寸、夹杂及残余应力等特征及其在冷加工过程中的演化对腐蚀性能、力学性能产生影响进行了深入研究。在国家863项目资助下,与天津大无缝合作完成了抗CO2-H2S腐蚀13Cr油套管开发。

2)低Cr耐蚀管线钢开发

    重点研究Cr的加入对于X65钢耐蚀性能、焊接性能的影响,开发适于海底管道使用的抗CO2腐蚀低Cr管线钢。

5、缓蚀剂技术研究

    在研究CO2缓蚀剂的缓蚀机理和建立缓蚀物理模型基础上,开发了多种抗CO2腐蚀缓蚀剂。由加拿大CANMET提供的Rotating Cage也可评价缓蚀剂效果,该方法即将成为ASTM新评价方法。目前正在与国际各相关机构一起进行该方法的国际圆桌试验。目前正开展高含硫气田抗H2S/CO2缓蚀剂性能评价规范研究。

6、管道安全评价技术研究

1)管道强度评价、寿命预测和风险评估的理论和方法

    在国内首次建立了系统的油气管道安全评价方法,包括剩余强度评价方法、剩余寿命预测方法和输油改输气安全性评价方法,开发了功能丰富的陆上油气管道安全评价软件和海底管道安全评价软件。可以对含有各类缺陷的管道进行确定性和可靠性剩余强度评价。

2)燃气管网安全评价技术研究

    北京市在役埋地燃气管线的安全评估过程中,大量的焊缝冲击试验表明,老旧管线的焊缝冲击韧性分散性极大,韧性不佳。

7、管道焊接性能研究

1)管道在役焊接研究

    管线在役焊接研究。由于管内流体流动显著增大了焊接冷却速率,容易造成高硬度的焊接热影响区并提高焊缝氢致开裂倾向性

2)焊接接头服役性能研究

    进行了包括镍基合金、双相不锈钢及低合金钢在内的焊缝及热影响区耐蚀性能研究、焊接工艺对粗晶热影响区宽度及耐蚀性能的影响、镍基合金及双相不锈钢与碳钢异金属焊接研究。通过对不同焊接工艺和组织的分析结合焊接温度场分析建立了模型和CGHAZ等宽线,方便确定不同堆焊层数和厚度时的CGHAZ宽度。

8、自然环境腐蚀与控制研究

    耐沿海大气腐蚀钢的研究。利用现场挂片、实验室周期浸泡模拟研究含有不同合金元素的微合金低成本耐海洋大气腐蚀钢。

【研究室承担科研項目】

  • 1、国家科技重大专项子课题:“南海深水油气勘探开发示范工程 ”-深水气田设施内腐蚀控制及选材设计,2011~2015;
  • 2、国家支撑计划子课题:化工园区地下管道安全监测与防范关键技术研究,2011~2014;
  • 3、国家支撑计划子课题:油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术,2011~2014 ;
  • 4、国家科技重大专项子课题:“海洋深水油气田开发工程技术”水下设施材料选择试验,2008~2010;
  • 5、国家科技重大专项子课题:“南海深水油气勘探开发示范工程 ” 海底管道防腐方案研究,2008~2010;
  • 6、国家自然基金重点项目:金属材料在高温高压多相介质中的腐蚀研究,2003~2006;
  • 7、国家自然基金重点项目:镍基铁镍基合金析出相对腐蚀的影响(宝钢联合基金),2012~2015;
  • 8、国家自然基金面上项目:高含H2S湿天然气管道冷凝液膜环境下的氢渗透机制,2012~2015;
  • 9、国家自然基金面上项目:显微组织对CO2局部腐蚀行为影响的本征机制研究,2006~2008;
  • 10、国家自然基金面上项目:腐蚀产物膜对高含硫气田元素硫局部腐蚀机制的影响研究,2010~2012;
  • 11、国家自然基金面上项目:深水及阴保下双相不锈钢氢致应力开裂的氢行为与临界电位,2013~2015;
  • 12、国家自然基金青年项目:H2S/CO2共存条件下腐蚀产物膜形成机制及其对氢渗透的影响,2008~2010;
  • 13、国家自然基金青年目:交流干扰与阴极保护在管/地界面上的叠加效应研究,2012~2014;
  • 14、国家863项目:抗CO2-H2S腐蚀13Cr型低成本油井管的开发和利用,2003~2005;
  • 15、国家安监总局:高含H2S/CO2天然气勘探开发专用管材耐蚀性能评价规范研究,2007~2008;
  • 16、北京市科技重大专项:北京城市燃气管网安全服役技术研究,2008~2010;
  • 17、北京市自然基金重大:城市天然气供给体系安全防护与诊断关键技术研究,2008~2010;
  • 18、宝钢:G3合金冷加工变形过程对组织和腐蚀行为影响研究,2007~2009;
  • 19、首钢:油轮钢腐蚀体系建立和机理研究,2011~2012;
  • 20、太钢:不锈钢的点蚀与缝隙腐蚀及应力腐蚀开裂检测研究,2012~2013;
  • 21、中海油十五重大项目:海底管道安全评估技术研究,2004~2006;
  • 22、中海油总公司:海底管道安全评估与补强技术研究,2005~2006;
  • 23、中石化科技部:普光气田重大工程材料服役安全评价技术研究,2008~2010;
  • 24、中石油工程设计公司:高硫高盐原油集输管道及设备经济性选材研究,2011~2012;
  • 25、中石油工程设计公司:高含硫高盐原油集输管道及设备选材研究,2010~2011;
  • 26、中石油塔里木油田:钛纳米高分子合金涂层在油井管的适用性研究,2010~2011;
  • 27、中石油塔里木油田:油田有机盐完井液腐蚀性能研究,2011~2012;
  • 28、中石油西南油气田:多线共用阴极保护优化设计与评价软件开发,2011~2012;
  • 29、中石油西南油气田:集气干线内腐蚀原因分析与控制措施,2011~2012;
  • 30、中石油大庆油田:含CO2气井管柱局部腐蚀及其发展规律研究,2012~2013;
  • 31、中石油大港油田:区域阴极保护优化设计与智能检测软件开发,2009~2010;
  • 32、中石油大庆油田:含CO2气井油套管优化组配技术研究,2008~2009;
  • 33、中石油大庆油田:中俄原油管道-漠河至大庆输油管道防腐研究,2007~2008;
  • 34、中石油管道研究院:阴极保护对X90/X100钢氢致开裂的影响,2012~2013;
  • 35、中石油西南油气田分公司:CO2集气系统腐蚀防护技术研究,2007~2008;
  • 36、中油股份西气东输公司:盐穴储气库(金坛)腐蚀评价和防腐措施研究,2006~2007;
  • 37、中石油大庆油田:基于数值模拟的区域性阴极保护技术研究,2008~2009;
  • 38、中石油北京天然气管道公司:陕京管线管道灾害损伤及评价技术研究,2009~2010;
  • 39、中石油工程技术研究院:防腐补口粘结性激光超声检测技术的基础理论和系统研究,2008~2009;
  • 40、中石化徐州管道局:管道阴极保护与交直流干扰研究,2012~2013;
  • 41、中石化普光气田:气田集输系统腐蚀监测技术适应性及专家系统研究,2011~2012;
  • 42、中石化胜利油田:气田H2S和CO2腐蚀预测研究,2006~2007;
  • 43、中石化中原油田:含CO2湿气管线缓蚀剂开发与应用,2004~2005;
  • 44、中石化西北油田:塔河井下管材优选研究,2011~2012;
  • 45、中石油大庆油田:CO2驱注采井腐蚀监测技术研究,2012~2013;
  • 46、中石油大庆油田:庆深气田腐蚀测试,2012~2013;
  • 47、中石油大庆油田:冻土环境管道防腐保温补口材料性能试验及季节性冻土环境管道阴极保护技术措施研究,2008~2009;
  • 48、中石化十建:镍合金复合管材应力腐蚀开裂试验研究,2012~2013;
  • 49、江西省天然气:江西天然气管道交流干扰检测与防护,2011~2012;
  • 50、江西省天然气:并行天然气管道腐蚀风险检测与分析,2010~2011;
  • 51、中海油研究总院:海底管道内腐蚀评估技术及预防措施研究,2012~2013;
  • 52、中海油研究总院:3Cr钢平台现场试验研究,2010~2014;
  • 53、中海油研究中心:抗二氧化碳腐蚀低合金钢在海底管道中适用性研究,2007~2008;
  • 54、中海油研究中心:崖城气田内腐蚀控制方案研究,2009;
  • 55、中海油研究总院:番禺油田海底管道H2S-CO2腐蚀模拟实验及评估,2009~2010;
  • 56、中海油基地公司:油气田CO2和H2S缓蚀剂性能评价,2008~2009;
  • 57、中海油研究中心:平台设施CO2防腐系统分析及研究,2006~2007;
  • 58、中海油研究总院:东方1-1气田防腐试验研究,2012~2013;
  • 59、中海油研究总院:海管故障原因调查分析,2012~2013;
  • 60、中海油研究总院:海管故障原因分析及腐蚀研究,2012~2013;
  • 61、中海油研究总院:海底管道腐蚀原因分析研究,2012~2013;
  • 62、中海油服:热采筛管冲蚀和腐蚀迭加作用机理研究与寿命预测,2012~2013;
  • 63、中海油研究总院:海底管道外腐蚀分析和试验,2012~2013;
  • 64、中海油研究总院:海底管道内腐蚀研究,2012~2013;
  • 65、中海油:气田群开发项目铺设海管腐蚀,2012~2013;
  • 66、海油工程:平台管线失效分析研究,2012~2013;
  • 67、中海油CACT:平台管线失效分析研究,2012~2013;
  • 68、中海油CACT:海底管道内腐蚀直接评估研究,2012~2013;
  • 69、中石油西南油气田:多线共用阴极保护优化设计与评价软件开发及阴极保护电位分布规律研,2012~2013;
  • 70、中石油北京天然气管道公司:大张坨储气库高温管线防腐层筛选及评价研究,2012~2013;
  • 71、洛阳双瑞特种装备有限公司:耐蚀合金波纹管连多硫酸腐蚀试验研究,2013 ~2014;
  • 72、江阴兴澄特种钢有限公司:材料抗SSC性能评价,2011~2012;
  • 73、南车集团青岛四方公司:高铁用铝合金选材与应力腐蚀开裂检测,2012~2014;
  • 74、壳牌石油:油气田腐蚀失效分析,2013 ~2014;
  • 75、壳牌石油:炼化装置选材实验研究,2013 ~2014;
  • 76、美国船级社:邮轮钢耐蚀性评价研究,2013 ~2014;
  • 77、中石油西部管道公司:接地系统与区域阴保相互影响技术研究,2014~2015;
  • 78、中石油西部管道公司:阴极保护测试探头技术研究,2014~2015;
  • 79、深圳水务集团:输水管道地铁杂散电流干扰腐蚀影响研究,2014~2015;
  • 80、中国电力科学研究院:直流接地极对埋地金属管道影响的电流等效方法研究,2013~2014。

【研究室团队建設】

    环境损伤评估与控制研究室不断加强与国内外工业界的合作和产业技术联合。先后与中石油大庆油田、大港油田、西南油气田分公司、工程设计公司,中海油研究总院,中石化胜利设计院、普光气田、塔河油田,宝钢研究院、北京市燃气集团研究院、北京安科管道工程科技有限公司等国内企事业单位开展深度合作。

    在国际交流合作方面,每年均参加美国腐蚀工程师协会NACE年会、国际管道会议IPC、国际腐蚀大会ICC等,多次应邀在国际会议上进行专题报告。2009年成立国内唯一的NACE中国学生分会,并成为国际华人腐蚀工程师协会ACCE中国分会秘书处,中国腐蚀与防护学会环境敏感断裂专业委员会秘书处,与挪威科技大学建立了合作关系,并连年举办国际管道安全会议、全国环境敏感断裂会议,并协办NACE在中国的各类学术会议。

    环境损伤评估与控制研究室注重学生综合能力的培养,秉承“理论学习与实际生产相结合”的教育理念,在加强学生理论学习的同时,注重学生实践能力的培养。学生们在整洁的实验室里,谦虚严苛,勇于创新;在篮球、羽毛球、乒乓球的运动场上挥洒青春,强健体魄;在工业应用现场虚心学习,理论联系实践。生日会、春秋游、团拜会,丰富多彩的梯队生活滋润着大家的精神家园。大家在这个温暖的大家庭里刻苦努力,增长才干,踏实学习,努力钻研,为将来走出校门打下了坚实的基础。

    回望过去,环境损伤评估与控制研究室的全体师生携手共进,硕果累累,展望未来,我们将继续齐心协力、奋发图强,再创辉煌!

 
 
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