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公開番号2025036118
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-14
出願番号2024107392
出願日2024-07-03
発明の名称パイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルの構築方法及びその使用
出願人天津大学
代理人SK弁理士法人,個人,個人
主分類G01N 27/26 20060101AFI20250306BHJP(測定;試験)
要約【課題】パイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルの構築方法及びその使用を提供する。
【解決手段】それぞれ陰極水素チャージ法及び湿潤硫化水素環境法により、それぞれの被験試料に異なる反応条件下で水素チャージして複数の第1水素チャージ試料及び第2水素チャージ試料を取得し、各第1水素チャージ試料及び第2水素チャージ試料の水素含有量を測定し、得られた水素含有量に基づいて2つの方法における変数をそれぞれカーブフィッティングし、フィッティング結果に基づいてパイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルを得る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
下記のステップＳ１からＳ３を含むパイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルの構築方法であって、
Ｓ１：それぞれ陰極水素チャージ法及び湿潤硫化水素環境法により、各被験試料に異なる反応条件下で水素チャージして複数の第１水素チャージ試料及び第２水素チャージ試料を取得し、前記陰極水素チャージ法は、具体的に、被験試料を陰極として電解質溶液中に置き、所定の水素チャージ時間及び電流密度で陰極水素チャージを行うことであり、
Ｓ２：それぞれの前記第１水素チャージ試料及び第２水素チャージ試料の水素含有量を測定し、電気化学的方法により水素含有量を測定し、具体的には、非水素チャージ試料の陽極電流の変化を測定し、それをバックグラウンド電流曲線とし、その後、各前記第１水素チャージ試料及び第２水素チャージ試料の同等条件下での陽極電流の変化をそれぞれ測定し、それと前記バックグラウンド電流曲線の面積に対して補間演算を行い、前記第１水素チャージ試料及び第２水素チャージ試料のそれぞれの水素含有量を取得し、
Ｓ３：ステップＳ２で得られた水素含有量に基づいて２つの方法における変数をカーブフィッティングし、フィッティング結果に基づいてパイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルを取得し、前記パイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルは、具体的に、
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2025036118000017.jpg
14
51
であり、
式中、Ｃ
Ｈ１
は、陰極水素チャージ法により得られた第１水素チャージ試料の水素濃度であり、Ａ
１
、Ｂ
１
、Ｃ
１
は、それぞれ陰極水素チャージ法におけるフィッティング曲面の対応項係数であり、ｔ
１
は、陰極水素チャージ法の水素チャージ時間であり、ｉは、陰極水素チャージ法の電流密度であり、Ｃ
Ｈ２
は、湿潤硫化水素環境法により得られた第２水素チャージ試料の水素濃度であり、Ａ
２
、Ｂ
２
、Ｃ
２
は、それぞれ湿潤硫化水素環境法におけるフィッティング曲面の対応項係数であり、ｔ
２
は、湿潤硫化水素環境法の水素チャージ時間であり、Ｃ
Ｈ２Ｓ
は、湿潤硫化水素環境法における溶液の硫化水素濃度であることを特徴とする、方法。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
ステップＳ１において、前記被験試料の取得方法は、パイプライン鋼から複数の試料を採取し、試料を採取するときに各前記試料の厚さ方向がパイプライン鋼の直径方向に平行であることを保証し、その後、試料をアセトン及び無水エタノール中で超音波洗浄することによって前記被験試料が得られることであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップＳ１において、水素チャージする前に、前記被験試料を前処理し、具体的には、被験試料の一方面に導線を接続し、他方面を研磨し、その後、研磨面及び電線コネクタのみが露出するように全体的に密封することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップＳ１において、前記湿潤硫化水素環境法は、具体的には、密閉環境下で被験試料を試験溶液中に置き、所定の水素チャージ時間及び硫化水素濃度で試験溶液に硫化水素ガスを導入することによって、湿潤硫化水素環境での水素チャージを実現することであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップＳ３において、最小二乗法によりカーブフィッティングすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
下記のステップ（ａ）から（ｃ）を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法によりパイプライン鋼の水素損傷を評価する方法であって、
（ａ）：前記パイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルを用いて、目的湿潤硫化水素環境の硫化水素濃度に基づいて、等価する陰極水素チャージ法の水素チャージ時間及び電流密度を確定し、
（ｂ）ステップ（ａ）で確定されたパラメータに基づいて、陰極水素チャージ法により被験パイプライン鋼に水素チャージすることによって等価水素チャージパイプライン鋼が得られ、
（ｃ）前記等価水素チャージパイプライン鋼に対して水素損傷を評価し、評価結果をパイプライン鋼の目的湿潤硫化水素環境での水素損傷とすることを特徴とする、方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食電気化学分野に属し、より具体的には、パイプライン鋼等価（equivalent）湿潤硫化水素環境水素チャージモデルの構築方法及びその使用に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
石油及び天然ガスは重要な再生不可能エネルギーとして、その開発及び使用は国民生活に関わる。パイプライン輸送の安全、効率、便利などの利点は、長距離輸送エネルギーの主なタイプとなる。パイプライン輸送の主要なキャリアとして、パイプライン鋼の安全性評価が注目されている問題となっている。Ｈ
２
Ｓは、オイルガス輸送プロセスにおいて一般的なガスであり、一般的に強い腐食性はないが、水に溶解して酸性溶液を形成しやすく、パイプラインの腐食を引き起こす。湿潤硫化水素環境の腐食と防護は、石油化学工業装置にとって考慮しなければならない安全因子と考えられている。
【０００３】
米国腐食技術者協会のＮＡＣＥＭＲ０１７５－２０１５「油田機械耐硫化物応力割れ金属材料」の規格に定義されている湿潤硫化水素環境は、（１）酸性ガスシステム：ガス全圧≧０．４ＭＰａであり、Ｈ
２
Ｓ分圧≧０．０００３ＭＰａである；（２）酸性多相システム：処理原油中に二相又は三相媒体（油、水、ガス）がある場合、条件は、気相全圧≧１．８ＭＰａ且つＨ２Ｓ分圧≧０．０００３ＭＰａ；気相圧力≦１．８ＭＰａ且つＨ
２
Ｓ分圧≧０．０７ＭＰａ；又は気相Ｈ
２
Ｓ含有量が１５％を超えることである。現在、水素損傷を評価するための実験方法において、該標準における推奨される疑似湿潤硫化水素環境、即ち、２４±３℃において、試料をＮＡＣＥ－Ａ溶液（質量分率５％のＮａＣｌと０．５％のＣＨ
３
ＣＯＯＨ水溶液）に浸し、分圧が１００ＫＰａのＨ
２
Ｓガスを通気し、４日間水素チャージし、この環境下で試験を行う。しかし、パイプライン鋼の実際の使用における湿潤硫化水素環境が互いに異なり、且つ上記試験方法の手順が複雑で、操作要求が高く、使用されるＨ
２
Ｓガスは劇的に毒性があり、試験者の安全及び環境安全に大きなリスクをもたらし、研究に不便である。
【発明の概要】
【０００４】
従来技術の欠陥に対して、本発明の目的は、パイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルの構築方法及びその使用を提供し、従来のパイプライン鋼の水素損傷評価方法ステップの煩雑、高操作要求、低安全性の問題を解決することを目的とする。
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、パイプライン鋼の等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルの構築方法が提供される。この構築方法は、下記のステップを含む。
Ｓ１：それぞれ陰極水素チャージ法及び湿潤硫化水素環境法により、各被験試料に異なる反応条件下で水素チャージして複数の第１水素チャージ試料及び第２水素チャージ試料を得る。
Ｓ２：それぞれの前記第１水素チャージ試料及び第２水素チャージ試料の水素含有量を測定する。
Ｓ３：ステップＳ２で得られた水素含有量に基づいて２つの方法における変数をカーブフィッティングし、フィッティング結果に基づいてパイプライン鋼等価湿潤硫化水素環境水素チャージモデルを得る。
【０００６】
好ましくは、ステップＳ１において、前記被験試料の取得方法は、パイプライン鋼から複数の試料を採取し、試料を採取するときに各前記試料の厚さ方向がパイプライン鋼の直径方向に平行であることを保証し、その後、試料をアセトン及び無水エタノール中で超音波洗浄し、前記被験試料を得ることである。
【０００７】
好ましくは、ステップＳ１において、水素チャージする前に前記被験試料を前処理し、具体的には、被験試料の一方面に導線を接続し、他方面を研磨し、その後、研磨面及び電線コネクタのみが露出するように全体的に密封する。
【０００８】
好ましくは、ステップＳ１において、前記陰極水素チャージ法は、具体的には、被験試料を陰極として電解質溶液に置き、所定の水素チャージ時間及び電流密度で陰極水素チャージを行うことである。
【０００９】
好ましくは、ステップＳ１において、前記湿潤硫化水素環境法は、具体的には、密閉環境下で被験試料を試験溶液に置き、所定の水素チャージ時間及び硫化水素濃度で試験溶液に硫化水素ガスを導入し、湿潤硫化水素環境での水素チャージを実現する。
【００１０】
好ましくは、ステップＳ２において、電気化学的方法により水素含有量を測定する。具体的には、非水素チャージ試料の陽極電流の変化を測定し、それをバックグラウンド電流曲線とし、その後、それぞれ各前記第１水素チャージ試料及び第２水素チャージ試料の同等条件下での陽極電流の変化を測定し、それと前記バックグラウンド電流曲線の面積に対して補間演算を行い、前記第１水素チャージ試料及び第２水素チャージ試料のそれぞれの水素含有量を取得する。
（【００１１】以降は省略されています）

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