張瑾（中國(guó)石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司，遼寧盤(pán)錦 124010）

天然氣地面集輸工藝安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與應(yīng)用

張瑾（中國(guó)石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司，遼寧盤(pán)錦 124010）

進(jìn)行有效的工藝安全風(fēng)險(xiǎn)分析，是推進(jìn)HSE管理體系有效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。遼河油田針對(duì)深層氣高溫、高壓、高腐蝕（CO2+H2O腐蝕介質(zhì)）特點(diǎn)，利用剩余壁厚組合檢測(cè)技術(shù)、腐蝕速率監(jiān)測(cè)與腐蝕機(jī)理研究、流場(chǎng)仿真模擬、剩余強(qiáng)度分析、剩余壽命預(yù)測(cè)等技術(shù)，以壓力管道檢測(cè)為主線，為實(shí)施科學(xué)的采氣地面工藝風(fēng)險(xiǎn)分析所作的有益探索。

遼河油田；天然氣；集輸工藝；風(fēng)險(xiǎn)；分析；方法

遼河油田針對(duì)天然氣高壓高腐蝕的特點(diǎn)，通過(guò)提高設(shè)備壓力等級(jí)、優(yōu)化采氣工藝參數(shù)、選用防腐材料和先進(jìn)成熟工藝路線等措施，更重要的是針對(duì)天然氣開(kāi)采行業(yè)高風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)控制，而風(fēng)險(xiǎn)控制的前提是進(jìn)行科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)分析，準(zhǔn)確找出重大風(fēng)險(xiǎn)并實(shí)施有效控制。天然氣地面工藝復(fù)雜，由于采出物中含有CO2+H2O，因而具有較強(qiáng)的腐蝕性，工藝在高溫高壓下運(yùn)行，容易發(fā)生設(shè)備穿孔事故。如何進(jìn)行采氣工藝安全風(fēng)險(xiǎn)分析，準(zhǔn)確找出風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)源進(jìn)而提出針對(duì)性的控制措施，就成為我們有效實(shí)施HSE管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 工藝安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的內(nèi)涵

1.1 站場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備與管道腐蝕狀況檢測(cè)技術(shù)

停工狀態(tài)下，管道和設(shè)備為常溫，可以拆除防腐保溫層、去除涂層和打磨防銹漆，且可以進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部；不停工狀態(tài)下，部分設(shè)備和管道超過(guò)常溫，防腐保溫層和防銹漆不能破壞，因而需選擇適應(yīng)好的組合檢測(cè)技術(shù)。

1.1.1 管線圖的繪制。

根據(jù)站場(chǎng)工藝流程以及管道的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)尺寸等，將站內(nèi)管道分為若干段，并繪制詳細(xì)的管線圖。

1.1.2 管道剩余壁厚的檢測(cè)。

采用選定的組合測(cè)試技術(shù)，按照管線圖對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行壁厚檢測(cè)，并與設(shè)計(jì)壁厚對(duì)照分析。

2 介質(zhì)腐蝕性影響因素及規(guī)律

2.1 含水。產(chǎn)生CO2腐蝕必須有水存在，而且必須濕潤(rùn)鋼鐵表面。含水率對(duì)腐蝕嚴(yán)重程度具有重要影響。

2.2 分壓的影響。二氧化碳分壓是二氧化碳腐蝕的直接影響因素。在油氣工業(yè)中根據(jù)CO2分壓判斷腐蝕程度的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律是：當(dāng)Pco2＜0.021MPa時(shí)，不產(chǎn)生CO2腐蝕；當(dāng)0.021＜P co2＜0.21MPa時(shí)，發(fā)生中等腐蝕；當(dāng)Pco2＞0.21MPa時(shí)，發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。

2.3 溫度。當(dāng)溫度小于＜60℃時(shí)，金屬表面光滑，均勻腐蝕；溫度在110℃附近時(shí)，嚴(yán)重聚部腐蝕，溫度大于150℃時(shí)，形成的混合腐蝕產(chǎn)物膜細(xì)密，腐蝕率下降。

2.4 流速的影響。高流速使腐蝕產(chǎn)物膜產(chǎn)生機(jī)械疲勞，容易使鋼鐵處于裸露狀態(tài)，導(dǎo)致腐蝕速率升高。其他因素如pH值、水中其他離子含量等對(duì)CO2腐蝕也會(huì)產(chǎn)生一定影響，由于影響作用比較復(fù)雜，在此不做討論。

2.5 介質(zhì)流場(chǎng)沖刷仿真分析

應(yīng)用流體力學(xué)計(jì)算軟件，對(duì)管道典型單元如直角彎頭、三通、大小頭等進(jìn)行流場(chǎng)仿真模擬，預(yù)測(cè)各個(gè)部件易產(chǎn)生沖刷腐蝕的部位，了解管道沖刷腐蝕規(guī)律，以掌握站場(chǎng)管道內(nèi)腐蝕或沖刷減薄的關(guān)鍵部位，為這些易產(chǎn)生沖刷減薄的關(guān)鍵部位的監(jiān)控提供依據(jù)。

2.6 剩余強(qiáng)度評(píng)估

評(píng)價(jià)的步驟進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)估，確定管道的最小要求壁厚，以及最大承壓能力，分析管道的安全可靠性。其中，失效模式確定為塑性破壞失效；由于主要載荷為氣體內(nèi)壓力，因而管線內(nèi)力可僅考慮內(nèi)壓影響；軸向作用力和彎矩在設(shè)計(jì)壓力以及操作溫度下，利用軟件應(yīng)力分析計(jì)算得到。

2.7 剩余壽命預(yù)測(cè)

SY/T6477-2000《含缺陷油氣輸送管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法第一部分：體積型缺陷》中給出的管道最小壁厚計(jì)算方法，求解管道最小要求壁厚，確定腐蝕余量。

3 應(yīng)用效果

3.1 準(zhǔn)確測(cè)量了兩個(gè)站場(chǎng)管道和關(guān)鍵設(shè)備的剩余壁厚。

利用上述提出的組合檢測(cè)方法體系對(duì)某集氣站管道腐蝕情況進(jìn)行了全面調(diào)查，監(jiān)測(cè)117處管件的剩余壁厚，發(fā)現(xiàn)54處腐蝕（沖蝕）減薄點(diǎn)。

3.2 分析了影響兩個(gè)站關(guān)鍵設(shè)備和管道腐蝕的關(guān)鍵因素及規(guī)律。

某站介質(zhì)含CO21.4%-3.7%之間，各井日產(chǎn)水量0.7m3—3.5m3之間，且CO2平均分壓達(dá)到0.183-0.361MPa，進(jìn)站溫度低于60℃，但加熱后溫度高于60℃，部分井產(chǎn)水含有較多Ca2+、Mg2+離子，增大局部腐蝕傾向，各井盤(pán)管內(nèi)實(shí)際流速為12-37.7m/s，流速高，腐蝕產(chǎn)物膜比較疏松，這些都表明集氣站介質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性。

3.3 預(yù)測(cè)管道內(nèi)易沖刷腐蝕部位。

對(duì)沖刷危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，容易發(fā)生沖刷腐蝕的部位有：①三通后背弧面位置；②節(jié)流閥閥芯位置；③直角彎頭后直管段上與彎頭間距小于2D（D為管道公稱直徑）的區(qū)域；④大小頭的小頭位置；⑤U型彎頭的兩個(gè)彎頭后外弧面區(qū)域；⑥單個(gè)彎頭的后外弧面區(qū)域。仿真預(yù)測(cè)分析結(jié)果與實(shí)際抽查的測(cè)試結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了仿真分析的有效性和正確性。

3.4 剩余強(qiáng)度評(píng)估結(jié)果。

以某站一口井加熱爐為例，加熱爐管道為∮76*9mm，工作壓力29MPa，工作溫度50℃，輸送介質(zhì)天然氣，管道材料20 鋼，腐蝕點(diǎn)深度0.3-0.7mm，按照很?chē)?yán)重級(jí)別可接受的失效概率為10-5，從而得到加熱爐管道的剩余壽命為8.32年。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著天然氣開(kāi)發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，集氣站工藝管道、單井管道數(shù)量迅速增加，由于管道失效而引發(fā)的安全問(wèn)題越來(lái)越多的暴露出來(lái)。造成管道運(yùn)行故障的主要因素是各種情況下的腐蝕，由于管道內(nèi)外腐蝕造成的穿孔、破裂、減薄等失效事故，不僅嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，也對(duì)企業(yè)財(cái)產(chǎn)和員工生命安全構(gòu)成極大威脅。針對(duì)上述問(wèn)題，探索有效的集氣站管道缺陷檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法，精確掌握站場(chǎng)管道和設(shè)備的腐蝕狀況，分析站場(chǎng)管道腐蝕影響因素及腐蝕規(guī)律，仿真分析并預(yù)測(cè)管道易發(fā)生沖刷減薄的關(guān)鍵部位，進(jìn)而對(duì)管道剩余強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。

［1］陳卓元，張學(xué)元，王鳳平，杜元龍等.二氧化碳腐蝕機(jī)理及影響因素.材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，1998，05.