【摘 要】
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海水冲蚀问题对油气集输安全影响重大。X65管线钢具有良好的抗拉强度、焊接性能等优势,在海底油气管道中得以广泛应用。但海洋环境错综多变,使得海管需要定期的维护和修补。摩擦螺柱焊接是海底管道相对成熟的修复方式,焊接接头质量是海底管道长周期安全服役的重要保障,因此开展X65摩擦螺柱焊接接头（FRSW）在海水中的冲蚀规律研究对于海洋工程安全显得尤为重要,本文拟对X65摩擦螺柱焊接接头在3.5%Na Cl含
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海水冲蚀问题对油气集输安全影响重大。X65管线钢具有良好的抗拉强度、焊接性能等优势,在海底油气管道中得以广泛应用。但海洋环境错综多变,使得海管需要定期的维护和修补。摩擦螺柱焊接是海底管道相对成熟的修复方式,焊接接头质量是海底管道长周期安全服役的重要保障,因此开展X65摩擦螺柱焊接接头（FRSW）在海水中的冲蚀规律研究对于海洋工程安全显得尤为重要,本文拟对X65摩擦螺柱焊接接头在3.5%Na Cl含砂模拟海水溶液中开展动静态冲蚀与腐蚀行为研究。主要内容如下:（1）流速对FRSW在模拟海水中冲蚀规律研究搭建模拟真实工况的动态冲蚀-腐蚀耦合实验系统,动态研究不同流速（0.2 m/s、0.4 m/s与0.6 m/s）对FRSW的冲蚀-腐蚀耦合规律,结果表明:FRSW浸泡1h后耐腐蚀性变化均呈现随流速的升高而增大,极化电阻在0.6 m/s达到最大值为344.28Ω·cm~2。浸泡168h后耐腐蚀性随流速的升高而减小,在0.2 m/s时极化电阻达到最大值369.78Ω·cm~2;静态研究FRSW的腐蚀规律,结果表明,耐蚀性随着浸泡时间增大而增大,极化电阻在168h达到最大值为206.58Ω·cm~2。动静态腐蚀产物均主要由α-Fe OOH、γ-Fe OOH、Fe3O4与Fe2O3组成,在0.2 m/s流速下形成的产物膜更厚,0.6 m/s下接头表面存在冲蚀沟槽。与静态腐蚀条件相比较,模拟真实工况动态冲蚀-腐蚀耦合条件更能反映海洋服役环境。（2）海砂质量分数对FRSW在模拟海水中冲蚀研究研究了0.4m/s下不同海砂质量分数（2wt%、3wt%与4wt%）对FRSW动态冲蚀-腐蚀耦合规律,结果表明:模拟工况下海砂质量分数变化对接头极化电阻影响较大,在模拟真实工况实验条件浸泡1h后,接头耐腐蚀随着海砂质量分数的增加而先增大后减小,极化电阻在2wt%时为118.63Ω·cm~2,在3wt%时为214.54Ω·cm~2,4wt%时为96.97Ω·cm~2,由于物质传质作用,海砂质量分数为4wt%时短时间内溶液中离子间传质速率较慢,因而极化电阻低于3wt%条件下的极化电阻。浸泡168h后,接头耐腐蚀性随着海砂质量分数的增大而减小,4wt%时极化电阻达到最小值为101.07Ω·cm~2,2wt%时极化电阻达到最大值为163.83Ω·cm~2,相差约1.62倍。（3）焊接接头海水冲蚀仿真机理分析仿真和实验相结合的手段,考虑接头各区域之间二次电流分布的影响,研究静态条件下FRSW各区域间的电偶腐蚀情况,结果表明:在焊缝区域耐蚀性最高,预计接头剩余寿命至少在65年以上;考虑流场分布、二次电流分布以及粒子追踪的影响,研究FRSW在模拟海水中动态冲蚀-腐蚀情况,结果表明:冲蚀速率随流速增大而增大,动态冲蚀-腐蚀实验结果与仿真呈现结果一致。提出了冲蚀-腐蚀机理模型,结果表明随流速增大腐蚀产物被剥离的程度加大。
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