氣田采出水處理設(shè)備及管線的腐蝕與防護(hù)

瞿 斌，李 華，陳曉春，袁世平

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300）

蘇里格第三天然氣處理廠自2009 年投產(chǎn)以來，已經(jīng)運(yùn)行五年，在平時(shí)的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，氣田采出水處理單元由于設(shè)備及管線中介質(zhì)不同，對(duì)設(shè)備管線的腐蝕程度也不同。本處理廠主要處理氣田含醇污水及生產(chǎn)過程產(chǎn)生的各類生產(chǎn)污水，氣田采出水處理流程（見圖1）。各單元?dú)馓锊沙鏊髁浚ㄒ姳?）。

表1 2013 年各單元?dú)馓锊沙鏊髁拷y(tǒng)計(jì)表

1 設(shè)備管線腐蝕狀況及原因分析

1.1 回注氣田采出水

1.1.1 回注氣田采出水水質(zhì)分析 經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行詳細(xì)分析測(cè)試，得出回注氣田采出水中各種離子含量（見表2）。

從表2 中水樣的離子組成性質(zhì)可以看出：

（1）回注氣田采出水中有溶解狀的CO2、H2S 氣體，散發(fā)出明顯的硫化氫氣味；氣田采出水pH 值較低，呈微酸性。

圖1 氣田采出水處理系統(tǒng)流程示意圖

表2 回注氣田采出水的離子含量分析結(jié)果

（2）回注氣田采出水礦化度和Cl-含量高。

（3）回注氣田采出水中含有較高濃度的懸浮物和油污。

（4）本處理廠回注氣田采出水均屬于氯化鈣型。1.1.2 回注系統(tǒng)管線腐蝕原因分析 回注系統(tǒng)管線腐蝕刺漏多主要發(fā)生在管線焊縫和部分管線本體，2012年回注泵出口至匯管段管線累計(jì)整改刺漏點(diǎn)24 處，部分漏點(diǎn)砂眼補(bǔ)焊后反復(fù)刺漏。經(jīng)分析，造成管線腐蝕刺漏的原因主要有：

從回注氣田采出水的水質(zhì)分析特征，可以看出處理廠氣田采出水具有很強(qiáng)的腐蝕傾向，在處理及回注過程中，會(huì)對(duì)金屬設(shè)備和管線產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。可從以下幾個(gè)方面分析判定：

（1）從產(chǎn)出氣田采出水的水質(zhì)分析看：水中含有較高的硫化物、CO2等腐蝕性氣體，會(huì)引起金屬腐蝕，氣田采出水pH 值較低、礦化度較高，會(huì)加重金屬的腐蝕程度。

（2）氣田采出水中含有大量厭氧生長(zhǎng)的硫酸鹽還原菌，會(huì)產(chǎn)生細(xì)菌腐蝕。

（3）氣田采出水在收集運(yùn)輸和處理過程中，與空氣接觸程度的不同，導(dǎo)致氣田采出水中溶解氧濃度的不同。如果氣田采出水中溶解氧濃度較低，則會(huì)促進(jìn)硫酸鹽還原菌在處理系統(tǒng)和儲(chǔ)罐中的大量繁殖，加重微生物腐蝕和H2S-H2O 腐蝕，腐蝕產(chǎn)物為黑色；如果與空氣接觸充分，則在微生物腐蝕和H2S-H2O 腐蝕的基礎(chǔ)上，又會(huì)產(chǎn)生氧腐蝕。

（4）由于腐蝕產(chǎn)物、油污、懸浮物等的存在，會(huì)在氣田采出水處理和回注系統(tǒng)的金屬管線上產(chǎn)生一層厚厚的附著物，促進(jìn)微生物的大量繁殖和垢下腐蝕的產(chǎn)生。1.1.3 回注系統(tǒng)管線管材材質(zhì) 本廠氣田采出水回注系統(tǒng)管線材質(zhì)為碳鋼，耐腐蝕性差，加之回注水上游緩蝕劑加注系統(tǒng)設(shè)置不合理，不能有效緩解水質(zhì)問題造成的管線腐蝕。

1.2 含醇?xì)馓锊沙鏊?/h3>

1.2.1 含醇?xì)馓锊沙鏊|(zhì)分析 在天然氣采集過程中所產(chǎn)生的含醇?xì)馓锊沙鏊写罅康慕饘匐x子，同時(shí)第三處理廠甲醇回收裝置所處理的含醇?xì)馓锊沙鏊哂虚L(zhǎng)慶氣田含醇?xì)馓锊沙鏊八母咭坏汀钡奶攸c(diǎn)，即四高是指礦化度高、Ca2+、Mg2+等高價(jià)金屬陽離子含量高、氣田采出水中游離的CO32-、HCO3-含量較高、水中的機(jī)雜和乳化油含量高；一低是指氣田采出水中含有溶解狀的CO2和H2S 氣體，所以氣田采出水中的pH值較低，屬于CaCl2型水。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行詳細(xì)分析測(cè)試，得出含醇?xì)馓锊沙鏊懈鞣N離子含量（見表3）。1.2.2 含醇?xì)馓锊沙鏊芫€腐蝕原因分析 根據(jù)上述的含醇?xì)馓锊沙鏊|(zhì)組成及結(jié)垢理論和分析預(yù)測(cè)，這種水質(zhì)在常溫常壓下已經(jīng)有結(jié)垢的趨勢(shì)存在，隨著水溫的升高，結(jié)垢趨勢(shì)將進(jìn)一步增加。具有以上特性的含醇?xì)馓锊沙鏊诓唤?jīng)過任何處理后進(jìn)入甲醇回收裝置將會(huì)出現(xiàn)管線腐蝕穿孔，設(shè)備結(jié)垢堵塞，氣田采出水回注地層堵塞等問題。

表3 含醇?xì)馓锊沙鏊|(zhì)狀況檢測(cè)表

H2S 溶解在水中分解成H+、S2-、HS-和H2S 分子，對(duì)金屬的腐蝕屬于氫去極化過程，生成不同組成及結(jié)構(gòu)的硫化物（以鐵銹為主的成分）。

CO2溶于水生成碳酸（H2CO3），使水的pH 值下降，對(duì)鋼材發(fā)生氫去極化腐蝕，腐蝕形態(tài)有坑點(diǎn)腐蝕、沖蝕等。

Cl-腐蝕表現(xiàn)形式主要是破壞金屬表面的鈍化膜，進(jìn)而向金屬晶格里面滲透，引起金屬表面性質(zhì)的變化，Cl-對(duì)碳鋼及某些不銹鋼易產(chǎn)生腐蝕。

氧腐蝕：部分設(shè)備還遭受到氧腐蝕，如MDEA 后冷器和酸氣后冷器與循環(huán)水接觸的部位。

設(shè)備鋼材被腐蝕后，腐蝕產(chǎn)物呈疏松狀附著在設(shè)備表面上，在氣、液的不斷沖刷、浸泡下，附著物逐漸從腐蝕面脫落使腐蝕反應(yīng)速度加劇。

2 設(shè)備管線腐蝕防護(hù)措施

2.1 管線腐蝕防護(hù)

用耐蝕性能良好的非金屬材料制造設(shè)備、管道及零部件是很有前途的防腐蝕方法。耐腐蝕非金屬材料分有機(jī)、無機(jī)及復(fù)合材料三大類。有機(jī)材料主要是耐蝕高分子材料，俗稱塑料；無機(jī)材料主要是硅酸鹽材料；復(fù)合材料主要是玻璃纖維增強(qiáng)塑料，俗稱玻璃鋼。選擇非金屬材料時(shí)，必須按廠家提供的耐溫、耐壓、耐老化指標(biāo)選用。

經(jīng)過調(diào)查篩選，本廠選用的是一種新型材料柔性復(fù)合管。2012 年10 月，對(duì)回注泵進(jìn)出口管線進(jìn)行了更換，將管溝內(nèi)管線更換為柔性復(fù)合軟管。

這種管件具有一定的高強(qiáng)度，高壓力，耐腐蝕，耐結(jié)垢，摩阻系數(shù)小、保溫性好、柔性好、壽命長(zhǎng)的一種石油天然氣工業(yè)用管件。

2013 年將含醇?xì)馓锊沙鏊A(yù)處理鋼管線更換為RF 柔性復(fù)合管，以解決腐蝕泄漏問題。

2.2 設(shè)備腐蝕防護(hù)

2009 年以來，2 具調(diào)節(jié)罐、儲(chǔ)水罐、轉(zhuǎn)水罐、溶液槽底部多處出現(xiàn)砂眼。第三處理廠積極探尋防腐技術(shù)，通過對(duì)氣田采出水腐蝕機(jī)理的分析，采用貝爾佐納及聚脲噴涂技術(shù)，保證了氣田采出水單元正常運(yùn)行。

2.2.1 貝爾佐納技術(shù)的應(yīng)用 貝爾佐納產(chǎn)品，屬冷焊技術(shù)，做涂層時(shí)不會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)力，很好的保證了設(shè)備的原始形狀，不會(huì)出現(xiàn)任何變形，因此應(yīng)用貝爾佐納產(chǎn)品修補(bǔ)多種不同材質(zhì)的復(fù)合體部件。根據(jù)本廠設(shè)備的工作特點(diǎn)及貝爾佐納產(chǎn)品特點(diǎn)，以下幾種情況可以考慮采用貝爾佐納產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)：（1）待修補(bǔ)設(shè)備位于防火防爆場(chǎng)所，采用電焊修復(fù)安全措施落實(shí)難度大。（2）因內(nèi)應(yīng)力等原因，采用傳統(tǒng)電焊修理無法修復(fù)正常的部位，如雙金屬復(fù)合體換熱器管板。（3）延緩或抑制腐蝕速率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的，可以在設(shè)備投用前進(jìn)行防腐處理。2009 年對(duì)2#調(diào)節(jié)罐進(jìn)行了內(nèi)壁防腐處理。

2.2.2 聚脲防腐技術(shù)的應(yīng)用 噴涂聚脲彈性體（SPUA）材料具有力學(xué)強(qiáng)度高、耐磨、耐腐蝕、耐油、耐水、耐老化、耐交變溫度（壓力）等突出性能；在施工方面具有施工速度快、整體性能優(yōu)異、環(huán)保性好等特點(diǎn)防腐效果評(píng)價(jià)。

圖2 儲(chǔ)罐聚脲噴涂

2010 年對(duì)1#調(diào)節(jié)罐內(nèi)壁進(jìn)行了聚脲噴涂，2011年對(duì)轉(zhuǎn)水罐進(jìn)行聚脲噴涂，2013 年對(duì)2 具儲(chǔ)水罐、2 具溶液槽進(jìn)行聚脲噴涂（見圖2）。

3 腐蝕防護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

3.1 柔性復(fù)合管

取得的效果：由柔性復(fù)合管自更換安裝以后，注水管線及含醇?xì)馓锊沙鏊A(yù)處理管線沒有出現(xiàn)一次漏點(diǎn)（見表4），有效解決了腐蝕帶來的刺漏問題，消除了打卡子補(bǔ)焊工作量，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

表4 更換柔性符合管漏點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

3.2 聚脲防腐技術(shù)

表5 使用各種防腐措施的儲(chǔ)罐防腐效果

在2010-2013 年經(jīng)防腐處理的儲(chǔ)罐均未發(fā)現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象（見表5）。

4 結(jié)論

（1）第三處理廠氣田采出水來源廣，水質(zhì)復(fù)雜且波動(dòng)性大，管線及儲(chǔ)存設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，嚴(yán)重影響注水系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。經(jīng)過本廠技術(shù)人員的分析，并采取了相應(yīng)的防腐措施，使管線設(shè)備腐蝕得到有效控制，安全運(yùn)行系數(shù)不斷提高。

（2）新型柔性復(fù)合軟管在第三處理廠的應(yīng)用，取得了良好的抗腐蝕效果，可以在氣田采出水處理中廣泛應(yīng)用。

［1］ 羅貞禮.柔性復(fù)合管在油氣田中的開發(fā)應(yīng)用探討［J］.新材料產(chǎn)業(yè)，2011，（6）：55-57.