普光氣田腐蝕監(jiān)檢測技術應用現狀及效果分析

(中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川 達州 635003)

普光氣田具有H2S和CO2分壓高，井筒中流體溫度高，地層水礦化度高，不含凝析油和有元素硫析出5個特點，而國外成功開發(fā)的高含硫氣田中同時具備以上5個特點的氣田非常少見。這些特點加劇了普光氣田設備和材料的腐蝕。與酸性氣體接觸的設備容易發(fā)生腐蝕，甚至引起H2S氣體泄漏，嚴重威脅氣田的正常生產和人員的生命安全。

腐蝕監(jiān)檢測是防腐工作的重要環(huán)節(jié)，在線腐蝕監(jiān)測能夠監(jiān)測介質的腐蝕狀態(tài)，以便于能夠對現場腐蝕風險進行評估，階段性腐蝕檢測是預防腐蝕風險、減少腐蝕損失的必要手段，準確檢測有利于及時發(fā)現腐蝕問題并及時解決。高酸性天然氣具有強烈的腐蝕性和毒性，管道一旦發(fā)生腐蝕開裂或穿孔，就可能引起劇毒的氣體泄漏，造成嚴重后果。普光氣田自建立之初，對于腐蝕監(jiān)檢測就極為重視，將其視為保證普光氣田安全生產的重要措施，除了初期建立了大量的腐蝕監(jiān)測裝置以外，還定期對站場進行階段性全面檢測，并每年開展管道智能檢測。

普光氣田在開發(fā)過程中，針對其所在地屬山地地形，地形復雜，工況苛刻，引進集成了掛片、電阻探針、線性極化探針、電指紋在線監(jiān)測技術、管道智能檢測和超聲波相控陣等離線檢測技術，形成了監(jiān)測范圍包括內壁、外壁、氣相、液相、站場和管線的全套腐蝕監(jiān)測體系。

1 普光氣田的腐蝕監(jiān)測技術

普光氣田的腐蝕實時監(jiān)測方法主要包括掛片法、電阻探針、電感探針、線性極化探針、電指紋和氫探針等。

1.1 掛片法

掛片法是最傳統也是最有效的腐蝕監(jiān)測方式。普光氣田集輸系統現場布設掛片數量186個，安裝在加熱爐進口、出口，計量分離器氣相、液相、收球筒旁通及外輸管線，可以實現11 MPa的帶壓提取/安裝掛片操作，掛片法信息全面、準確、具有無可替代的作用。通過對普光氣田現場不同間隔的掛片取放周期研究，發(fā)現不同取放周期腐蝕速率變化不大。目前普光氣田的掛片取放周期一般為3～6個月，如果發(fā)現掛片的腐蝕速率異常，則會縮短取放時間，增加監(jiān)測次數。

1.2 電阻探針

電阻探針在普光氣田的應用非常廣泛，電阻探針對于環(huán)境沒有苛刻的要求，可以同時滿足氣相、液相條件，在普光氣田現場的布設與掛片分布位置完全相同。目前的探針更換也同樣可以實現帶壓取放操作。電阻探針非常靈敏，現場每4 h提取一個數值，從幾年的運行情況來看，探針雖然與掛片的數據并不完全相同，但是卻很接近，所反映的腐蝕規(guī)律也基本一致。但由于普光氣田腐蝕環(huán)境非常嚴苛，存在高溫、高壓、高含硫以及有硫沉積等原因，電阻探針的壽命較短需要頻繁更換，影響了電阻探針功能的發(fā)揮。

1.3 電感探針

目前普光氣田的電感探針應用于凈化系統，集輸系統并未采用。電感探針具有與電阻探針同樣的優(yōu)勢，既可應用于液相也可以應用于氣相環(huán)境中，探針壽命較長，數據的穩(wěn)定性也較好。

1.4 線性極化探針

線性極化探針具有很高的靈敏度，但僅能適用于液相環(huán)境中，目前在普光氣田主要設置部位為計量分離器液相出口處。但由于液相出口處常未充滿液體或由于固相沉積物填充于三電極之間，限制了線性極化探針的正常工作。

1.5 電指紋

電指紋在高含硫氣田使用的最大優(yōu)勢在于這是一種非插入式內腐蝕監(jiān)測技術，不必像掛片等監(jiān)測方式需要在管道上開孔，從而防止了由于開孔、焊接等對于管道本身造成的損傷。另外，電指紋探針不同于掛片、電阻探針等間接監(jiān)測方式，直接監(jiān)測管道本身，通過軟件分析后繪制的圖像直觀準確，但一次性投資較高。目前在普光氣田使用中，穩(wěn)定性較好。

1.6 氫探針

氫探針和電指紋探針類似，具有非插入式優(yōu)勢，氫探針使用方便，使用時無需去除漆皮，可以對于任意部位(管徑不能太小，否則探頭無法檢測)進行測量，測量時間僅十余分鐘，非常方便，但目前對于低溫厚壁體系測量時存在時效性較差等問題，并且測量數值并不能準確直觀地換算成mm/a。

2 普光氣田的腐蝕檢測技術

普光氣田除了裝備完善的腐蝕實時監(jiān)測系統以外，還分階段對管道及站場進行全面檢測。目前主要應用的方法有以下幾種：智能檢測技術、磁粉檢測、滲透檢測、超聲波檢測技術和磁致伸縮導波技術。

2.1 智能檢測技術

智能檢測技術主要分為幾何變形檢測器和金屬損失檢測器，既對管道缺陷和幾何變形進行定位，又及時掌握管線的變形及腐蝕情況，從而合理地調整生產運行參數和防腐蝕措施。普光氣田集輸系統中的管道每兩年全面檢測一次。

幾何變形檢測器：檢測內容主要包括管道長度、橢圓度、凹坑、內徑變化和焊縫數量等；在管道探測金屬損失量大于等于10%管壁的金屬損失記錄。由導向盤、密封盤、測距輪、溫度傳感器、幾何變形傳感器和拉鉤等組成。測管線長度、彎頭半徑、內徑變化、大的凹坑和橢圓度等參數。

金屬損失檢測器：以“漏磁”為基礎，以磁通量的漏失量判定金屬損失程度，檢測管道的腐蝕、侵損、鑿槽以及其他金屬損失特征。檢測內容主要包括管道長度、橢圓度、凹坑、內徑變化和焊縫數量等；在管道探測金屬損失量大于等于10%管壁的金屬損失記錄。

2.2 磁粉及滲透檢測

該檢測技術是非常傳統的無損檢測方式，方法直觀有效。對于鐵磁性材料的表面檢測，國內外標準一般都推薦優(yōu)先選用磁粉檢測，現場曾利用微型裂紋試樣對于磁粉、滲透兩種表面檢測方法進行了檢測靈敏度對比，結果如表1所示。

表1 磁粉、滲透表面裂紋檢測靈敏度對比

從表1可以看出，磁粉和滲透兩種檢測方式中，磁粉檢測的示蹤性更強一些，往往能顯示出比缺陷更大的痕跡，便于在檢測中發(fā)現問題。

2.3 超聲波檢測技術

普光氣田現場所用的超聲檢測方式主要包括常規(guī)超聲檢測(UT)、超聲相控陣檢測(PA)和衍射時差超聲檢測(TOFD)三種。

UT法[1]:利用超聲波的眾多特性(如反射和衍射)，通過觀察顯示在超聲檢測儀上的有關超聲波在被檢材料或工件中發(fā)生的傳播變化，來判定被檢材料和工件的內部和表面是否存在缺陷，從而在不破壞或不損害被檢材料和工件的情況下，評估其缺陷種類及危害性。經現場試驗，超聲檢測對于裂紋、未熔合、未焊透、氣孔和夾渣等缺陷都有很高的檢出率，但對于橫向裂紋及夾渣類缺陷反射信號較弱，容易發(fā)生漏檢，且檢測結果受檢測人員的操作經驗影響較大。

PA法[2]：通過控制各個獨立陣元的延時，可生成不同指向性的超聲波波束，產生不同形式的聲束效果，模擬各種斜聚焦探頭的工作，進行動態(tài)掃描。現場大量檢測試驗表明，由于超聲相控陣模式中有模擬軟件進行支持，因此可對于焊縫等進行成像檢測，可靠性優(yōu)于常規(guī)超聲檢測方法。

TOFD法[3]：原理在于當超聲波遇到諸如裂紋等缺陷時，將在缺陷尖端發(fā)生衍射波，這種衍射波會疊加在正常發(fā)射波上被探頭檢測到，從而判定缺陷的大小和深度。現場對多種規(guī)格和缺陷的樣品進行試驗，發(fā)現TOFD法可以對于焊縫裂紋、未焊透、未熔合、夾渣和氣孔等缺陷進行有效監(jiān)測。但也存在橫向裂紋檢出率低，薄壁管材焊縫檢測效果差等缺點。

2.4 磁致伸縮導波技術

磁致伸縮導波技術[4]是利用管道的磁致伸縮效應產生機械彈性波，這種彈性波在管道中傳播，當遇到管道上的特征部位(如焊縫或缺陷)時，產生反射導波。在磁致伸縮效應的作用下，反射導波會引起接受線圈電壓的變化，該電壓經軟件系統處理后，就可以得到管道焊縫或缺陷的信號。

現場試驗表明，在導波能夠覆蓋的范圍內，缺陷信號、焊縫信號在數據圖中都有明顯的反映，對截面比例在0.15%以上的預制缺陷檢測效果好。檢測的靈敏度受缺陷或局部減薄幾何特征的影響較大，調整不同頻率的傳感器可以適應不同的缺陷檢測。

3 應用效果分析

普光氣田的腐蝕監(jiān)檢測技術集成了國內外諸多的優(yōu)秀技術，并且采用多種技術組合使用，兼顧了準確性和時效性，有效合理地進行實時監(jiān)測和離線檢測。除此之外，一些先進的技術也用于現場，如智能清管技術中除了漏磁檢測和管道變形檢測以外，最近還試用了最新研發(fā)的渦流檢測技術，總體的技術水平很高。

目前應用的腐蝕監(jiān)檢測技術仍存在一些問題，主要是由于技術本身的局限性。集輸系統腐蝕探針靈敏度較高，但壽命較短，并且探針和掛片都是間接式監(jiān)測方式，難以真實反映管道本身的腐蝕狀態(tài)，站場管道真實的腐蝕情況只能靠階段性的站場檢修來實現。集輸管線目前的腐蝕狀況主要依靠智能清管技術，但其本身存在著局限性，對于裂紋等線狀缺陷以及深孔狀缺陷不敏感，無法做到有效檢測。另外，由于普光氣田集輸管線處于山地環(huán)境，智能清管器的速度控制效果差，檢測精度更低。高含硫氣井的井下管柱的腐蝕監(jiān)測和檢測依然沒有找到一種安全準確的方式。

4 結束語

國內的高含硫氣田開發(fā)屬于初級階段，普光氣田作為國內第一個大規(guī)模開發(fā)的高含硫氣田，總結現場經驗及教訓很有必要，以便為類似氣田開發(fā)提供借鑒。目前的腐蝕監(jiān)檢測技術仍需要大力研究，主要需要研究的技術：(1)高含硫氣井井下管柱的腐蝕監(jiān)測及檢測技術；(2)管道局部腐蝕實時監(jiān)測技術。