韓國強(qiáng)王赤宇 程娜

（中國石油塔里木油田分公司）

氣田內(nèi)部集輸管道腐蝕分析

韓國強(qiáng)*王赤宇 程娜

（中國石油塔里木油田分公司）

氣田內(nèi)部集輸管道因腐蝕而逐漸出現(xiàn)了管線刺漏。對集輸管道腐蝕情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出了整改建議，可為今后類似的油氣集輸管道的防腐措施提供參考。

天然氣 氣田 集輸管道 沖蝕 電偶腐蝕

迪那2氣田是我國最大的凝析氣田，具有地層壓力高、溫度高等特點(diǎn)。該氣田于2009年6月建成并投產(chǎn)，但投產(chǎn)不足半年，氣田管線就因腐蝕而逐步出現(xiàn)刺漏。腐蝕較嚴(yán)重的部位包括集氣管線彎頭、三通、變徑處以及法蘭等，且腐蝕的速度快、范圍廣，嚴(yán)重影響了氣田的正常生產(chǎn)。

1 腐蝕問題

1.1 內(nèi)部集輸系統(tǒng)簡介

迪那2氣田采用單井集氣，在氣田中軸線設(shè)置集氣干線。各井天然氣在井口節(jié)流，未分離濕氣就近進(jìn)入集氣干線，通過專用計(jì)量管道實(shí)現(xiàn)各單井分別在鄰近的計(jì)量站進(jìn)行輪換氣液分離、計(jì)量。經(jīng)計(jì)量的單井天然氣與其余各井天然氣在計(jì)量站匯合，氣液混輸至油氣處理廠。其內(nèi)部集輸系統(tǒng)的特點(diǎn)是多種管材和防腐技術(shù)搭配使用。具體情況是：

（1）單井站內(nèi)集氣管線、管件、閥門采用22Cr雙相不銹鋼，利用材質(zhì)防腐。

（2）集氣支線及計(jì)量管道采用（L245+316L）雙金屬復(fù)合管，管件為316不銹鋼，利用材質(zhì)防腐。

（3）集氣干線采用L415；支干線三通由兩種材質(zhì)組成，主管采用16MnR，支管采用316。

（4）計(jì)量站內(nèi)集氣管線、管件、閥門采用碳鋼。

（5）三個(gè)計(jì)量站內(nèi)加注緩蝕劑，保護(hù)集輸系統(tǒng)碳鋼管材。

1.2 腐蝕現(xiàn)狀

迪那2氣田內(nèi)部集輸系統(tǒng)（見圖1）管道的腐蝕情況有以下特點(diǎn)：

（1）腐蝕部位均為碳鋼管材。現(xiàn)場多次打開22Cr、316以及雙金屬復(fù)合管檢查，均未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕跡象。

（2）腐蝕速度快。首次發(fā)生腐蝕刺漏的單井管線投產(chǎn)不足半年，對應(yīng)腐蝕速率為26 mm/a。

（3）腐蝕范圍廣、頻次高。計(jì)量站內(nèi)單井管線的彎管、三通、變徑處以及法蘭，集氣干線的支干線三通、直管段，上述部位在投產(chǎn)3年的時(shí)間里累計(jì)發(fā)生刺漏20余次。

圖1 迪那2氣田內(nèi)部集輸系統(tǒng)示意圖

2 腐蝕因素分析

2.1 CO2腐蝕

2.1.1 CO2分壓影響

根據(jù)美國防腐蝕工程師協(xié)會資料，CO2分壓在0.021～0.21 MPa之間為中等腐蝕，分壓大于0.21 MPa為嚴(yán)重腐蝕[1]。迪那2氣田CO2分壓約為0.04 MPa左右，處于中度腐蝕區(qū)間。

2.1.2 環(huán)境溫度影響

在低于60℃的低溫條件下，腐蝕產(chǎn)物為FeCO3，形成的腐蝕產(chǎn)物膜疏松且附著力差，無保護(hù)性，腐蝕表現(xiàn)形式為均勻腐蝕。60～110℃之間，產(chǎn)生厚而疏松的FeCO3，有一定的保護(hù)性，腐蝕速率最高且腐蝕表現(xiàn)形式主要為局部腐蝕。在大于150℃的高溫環(huán)境下，金屬表面產(chǎn)生薄而致密的FeCO3及Fe3O4，腐蝕速率較低[2]。迪那2氣田內(nèi)部集輸管道介質(zhì)溫度在60～90℃之間，處于高速腐蝕溫度區(qū)間，極易發(fā)生局部腐蝕。

2.2 流速

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，氣液兩相混輸工藝的設(shè)計(jì)流速一般控制在3～7 m/s，最高不應(yīng)超過9 m/s（超過后緩蝕劑附著性能迅速降低，影響緩蝕效果）。介質(zhì)流速過高會對管壁造成沖蝕，多發(fā)生在流動方向發(fā)生突變的部位（如彎頭、三通、變徑處等）。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)API RP 14E（近海生產(chǎn)平臺管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝）給出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到，碳鋼管線臨界沖蝕速度VM為11.5 m/s。式中C為常數(shù)，碳鋼管材推薦C=100；ρM為介質(zhì)混合密度。

迪那2氣田45%單井介質(zhì)流速超過9 m/s，30%單井支線介質(zhì)流速超過11.5 m/s；迪那2-1計(jì)量站至油氣處理廠之間集氣干線介質(zhì)流速最高時(shí)達(dá)到9.5 m/s。由于介質(zhì)流速過高，緩蝕劑使用效果不佳，個(gè)別部位管線甚至發(fā)生了嚴(yán)重的沖蝕，如圖2～圖5所示。

圖2 單井管線彎管（碳鋼）

圖3 單井管線變徑處（碳鋼）

2.3 Cl-腐蝕

在Cl-濃度較高時(shí)，Cl-通過破壞腐蝕產(chǎn)物膜降低了其對金屬基體的保護(hù)能力，從而起到了加速腐蝕的作用。迪那2氣田目前處于開采初期，尚未大量采出地層水，日產(chǎn)水約80 t，且大多以飽和凝析水的形式存在于內(nèi)部集輸系統(tǒng)中。各單井水樣Cl-含量多在7000 mg/L以下，僅有3口井水樣Cl-含量超過20 000 mg/L。所以，Cl-不是造成目前內(nèi)部集輸管道腐蝕的主要因素。

2.4 流態(tài)擾動影響

如前面第2.1.2條所述，在當(dāng)前迪那2氣田內(nèi)部集輸管道工作溫度范圍內(nèi)，CO2腐蝕會在管道內(nèi)壁形成一層厚而疏松的FeCO3保護(hù)膜。在層流狀態(tài)下，由于流態(tài)穩(wěn)定，這層疏松的FeCO3可以起到一定的保護(hù)作用，避免對管道的進(jìn)一步腐蝕?，F(xiàn)場表現(xiàn)為均勻腐蝕，且腐蝕較輕。在紊流狀態(tài)下，由于流態(tài)不穩(wěn)定，這層疏松的FeCO3保護(hù)膜會被沖刷破壞；同時(shí)，紊流狀態(tài)還會影響緩蝕劑的附著性能，破壞原有的緩蝕劑保護(hù)膜?，F(xiàn)場表現(xiàn)為局部腐蝕，且腐蝕較嚴(yán)重。

迪那2氣田內(nèi)部集輸管道中流態(tài)變化最大的部位在支干線三通處。單井來氣和生產(chǎn)匯管來氣在三通處相匯，兩股流體混合后流態(tài)發(fā)生變化，形成一個(gè)紊流區(qū)域，產(chǎn)生不良的影響。具體表現(xiàn)為下述兩個(gè)方面：

（1）緩蝕劑保護(hù)膜斷層。迪那2氣田在3個(gè)計(jì)量站加注緩蝕劑保護(hù)碳鋼材質(zhì)的內(nèi)部集輸干線；單井支線采用材質(zhì)防腐（22Cr、雙金屬復(fù)合管），不加注緩蝕劑。如圖6所示，自支管與主管焊縫起，在三通主管下游管線約7點(diǎn)～11點(diǎn)（類似于時(shí)鐘）方向上會存在一處區(qū)域沒有緩蝕劑保護(hù)，極易發(fā)生局部腐蝕。分析認(rèn)為，該緩蝕劑保護(hù)膜斷層區(qū)域長度應(yīng)與支線流速成反相關(guān)，需對支線流速相對較低的井加強(qiáng)類似位置壁厚檢測。圖3所示的刺漏部位正處于該區(qū)域。

圖4 集氣支干線三通（兩種材質(zhì)）

圖5 支干線三通下游直管內(nèi)壁（碳鋼）

圖6 支、干線三通處流態(tài)變化

（2）渦流沖蝕。由于支、干線來流壓力很高，流速也較快，兩股流體混合后易形成離心渦流，如圖7、圖8所示。這將會破壞原管壁已經(jīng)生成的腐蝕產(chǎn)物膜，并大大降低緩蝕劑附著性能，從而造成下游管線形成嚴(yán)重的局部腐蝕。

圖7 支、干線三通處速度云圖

圖8 支、干線三通處湍流云圖

2.5 異種金屬電偶腐蝕

迪那2氣田集氣干線材質(zhì)L415，集氣支線采用雙金屬復(fù)合管（基管L245，襯管316L）。單井集氣支線與集氣干線交匯處三通采用焊接，主管為16Mn，支管為316，屬異種金屬焊接。支、干線三通處結(jié)構(gòu)如圖9所示。

通常異種金屬連接時(shí)，為避免嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，要求電位差小于0.05 V?？紤]到16Mn和L415、316和316L各自之間電位差值很小，由圖10可知，迪那2氣田集氣支、干線三通處兩種金屬電位差值達(dá)到0.275 V，遠(yuǎn)超過要求值，有著很強(qiáng)的電化學(xué)腐蝕傾向。現(xiàn)場三通刺漏位置也正處于異種金屬電偶腐蝕區(qū)域。

圖9 支、干線三通

圖10 316L、L415開路電位

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

由上述腐蝕原因分析可知：管輸溫度偏高、介質(zhì)流態(tài)突變、流速較快、異種金屬間電化學(xué)腐蝕是造成迪那2氣田內(nèi)部集輸管道腐蝕的主要原因。因此，目前現(xiàn)場已經(jīng)從以下兩方面開展了整改工作：

（1）對流速過快的單井進(jìn)行調(diào)產(chǎn)，將介質(zhì)流速控制在合理范圍內(nèi)。

（2）統(tǒng)一內(nèi)部集輸管道中過流元件的材質(zhì)，徹底解決異種金屬電偶腐蝕問題。將計(jì)量站內(nèi)管線、閥門由碳鋼更換為不銹鋼316；將集氣干線和支、干線三通均更換為雙金屬復(fù)合管材料（內(nèi)襯316L）。

3.2 建議

（1）在同一個(gè)油氣集輸、處理系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)盡量保持材質(zhì)、防腐工藝的統(tǒng)一。

（2）在流速較高、流態(tài)變化較大的場合，慎重選擇緩蝕劑防腐工藝。

（3）存在CO2腐蝕的油氣介質(zhì)，應(yīng)將工作溫度控制在60℃以內(nèi)，規(guī)避高速腐蝕溫度區(qū)間。

[1]蔣東輝，溫艷軍，趙建彬.牙哈凝析氣田腐蝕狀況及對策[J].天然氣工業(yè)，2008，28（10）：101-104.

[2]張穎，李春福，王斌.超臨界CO2對鋼材的腐蝕試驗(yàn)研究[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，28（2）：92-96.

廢鍋煤氣化技術(shù)優(yōu)勢將日趨明顯

氣流床技術(shù)代表著煤氣化技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的高度，其熱回收方式分為廢鍋流程和激冷流程。據(jù)介紹，廢鍋流程的代表性技術(shù)有殼牌公司廢鍋技術(shù)、GE半輻射廢鍋、E-GAS的火管式廢鍋，具有熱效率高、副產(chǎn)的中/高壓蒸汽用途廣、能有效降低操作成本、一期建設(shè)投資高等特點(diǎn)。激冷流程代表性技術(shù)有西門子GSP爐、科林爐、多元料漿爐、對置四噴嘴、清華爐以及航天爐、寧煤爐、東方爐、五環(huán)爐、二段爐等，具有裝置流程簡單、投資省、煤種適應(yīng)性更寬、運(yùn)行更穩(wěn)定、熱能效率低、副產(chǎn)的中壓蒸汽用途窄等特點(diǎn)。廢鍋流程雖然建設(shè)期投資高，但從運(yùn)行成本、能效指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益上來說，廢鍋流程比激冷流程優(yōu)越。特別是國家對現(xiàn)代煤化工中能效指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo)、CO2排放等要求越來越高情況下，廢鍋流程的優(yōu)勢將越來越明顯。

目前已經(jīng)具備成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的廢鍋流程主要有殼牌干煤粉氣化技術(shù)、GE水煤漿氣化技術(shù)和西比埃（CB&I）公司E-Gas二段式水煤漿氣化技術(shù)。上述三種技術(shù)的廢熱鍋爐國產(chǎn)化進(jìn)度不一。對于殼牌公司的干煤粉氣化技術(shù)目前正致力于裝備國產(chǎn)化，2011年以前除設(shè)備外殼在國內(nèi)制造外，內(nèi)件一直在國外制造。GE半輻射廢鍋，由于設(shè)計(jì)和制造難度較大，國內(nèi)目前還沒有生產(chǎn)廠商，GE公司希望能在國內(nèi)制造輻射廢鍋。E-Gas火管式廢鍋除熱管材料需要進(jìn)口外，在設(shè)計(jì)和制造上并不存在技術(shù)難題，而CB&I公司也正在國內(nèi)尋找合作伙伴。(高遠(yuǎn))

Analysis of the Corrosion of Gathering Pipeline in Gas Filed

Han Guoqiang Wang Chiyu Cheng Na

Piercing gradually occurs in the gathering pipeline of a gas filed because of pipeline corrosion. Analyzes the corrosion situation of the gathering pipeline in detail and puts forward corrective recommendations, which can provide references for the anti-corrosion measures of similar oil and gas gathering pipelines in the future.

Natural gas;Gas field,Gathering pipeline;Erosion;Galvanic corrosion

TQ 050.4+3

2014-09-11）

*韓國強(qiáng)，男，1984年生，工程師。庫爾勒市，841000。