普光氣田腐蝕與防護(hù)技術(shù)

劉二喜，田燁瑞，賈厚田

(中國(guó)石化中原油田普光分公司采氣廠，四川達(dá)州 636156)

1 普光氣田防腐現(xiàn)狀

普光氣田屬典型高含硫化氫天然氣田，集輸系統(tǒng)選用濕氣加熱保溫混輸工藝，因此要求采取更為完善的腐蝕控制技術(shù)。普光氣田集輸系統(tǒng)采用了“抗硫管材+緩蝕劑+陰極保護(hù)+智能清管”聯(lián)合防腐工藝。井口采出的天然氣在集氣站內(nèi)經(jīng)加熱、節(jié)流、分離、計(jì)量后外輸，采用“加熱保溫+注緩蝕劑+水合物抑制劑”工藝經(jīng)集氣支線進(jìn)入集氣干線，然后輸送至集氣總站。站外集輸管線外防腐采用“防腐保溫層+陰極保護(hù)”技術(shù)，內(nèi)防腐采用“緩蝕劑連續(xù)加注+緩蝕劑批處理涂膜”技術(shù)，最大程度上減緩惡劣工況下介質(zhì)對(duì)設(shè)備和管道的腐蝕。

普光氣田腐蝕具有如下特征：氣、水、固共存的多相流腐蝕介質(zhì)；高溫/高壓環(huán)境；硫化氫、二氧化碳、氯離子和水分是主要的腐蝕介質(zhì)。同時(shí)，氣田設(shè)備還承受較大載荷，并可能遭到微生物(如硫酸鹽還原菌)的侵蝕和雜散電流的影響。因此，氣田腐蝕既有全面腐蝕又有局部腐蝕。

在國(guó)內(nèi)對(duì)高含硫氣田地面集輸管道腐蝕機(jī)理原因、材質(zhì)選擇、緩蝕劑選擇、預(yù)膜技術(shù)、腐蝕監(jiān)測(cè)等方面未形成配套成熟技術(shù)的情況下，普光氣田根據(jù)實(shí)際情況采用了多方位的腐蝕控制方法。通過(guò)腐蝕監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)的應(yīng)用，綜合掌握了系統(tǒng)的腐蝕趨勢(shì)與動(dòng)態(tài)，以判斷腐蝕控制技術(shù)措施的實(shí)施效果，發(fā)現(xiàn)不正常的腐蝕因素，從而對(duì)地面集輸系統(tǒng)管道和設(shè)備安全性進(jìn)行有效管理，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，間接減少對(duì)設(shè)備的投資，同時(shí)為以后高酸氣田開(kāi)發(fā)的腐蝕監(jiān)測(cè)與控制提供經(jīng)驗(yàn)。

2 腐蝕控制的目標(biāo)

通過(guò)建立完善的腐蝕監(jiān)測(cè)體系，綜合評(píng)估了高酸性氣田不同管材、不同位置、不同工況下的腐蝕規(guī)律；實(shí)施有效的腐蝕控制方案，控制高含硫介質(zhì)對(duì)系統(tǒng)的腐蝕。普光氣田集輸系統(tǒng)腐蝕控制執(zhí)行SY/T0611-2008《高含硫化氫氣田集輸管道系統(tǒng)內(nèi)腐蝕控制要求》腐蝕控制的要求，即設(shè)備與管道平均腐蝕速率為≤0.076 mm/a。

3 腐蝕監(jiān)測(cè)體系的構(gòu)建

3.1 集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布

集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布在介質(zhì)參數(shù)變化較為明顯的區(qū)域、腐蝕介質(zhì)易于積聚的區(qū)域與管道設(shè)備相對(duì)脆弱的區(qū)域，具體分布如下：①加熱爐進(jìn)出口；②計(jì)量分離器氣相出口與液相匯管；③外輸管道進(jìn)站與出站口位置；④沿線閥室處管道焊縫與彎頭處。

3.2 多種監(jiān)測(cè)手段綜合利用

站場(chǎng)采用CC、ER、LPR方式，線路管道采用FSM方法，進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)方法測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至站控室和中控室，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和分析，普光氣田集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)體系網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1。

圖1 普光氣田集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)體系網(wǎng)絡(luò)

3.2.1腐蝕掛片(CC)法

通過(guò)失重法來(lái)確定整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)的平均腐蝕速度，同時(shí)觀察試片上點(diǎn)蝕。

3.2.2電阻探針(ER)

通過(guò)測(cè)量電阻探頭的金屬損耗量來(lái)測(cè)量腐蝕，探頭為平試片。

3.2.3電指紋(FSM)

FSM是一種非插入全周向腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)。在管道焊縫及焊縫兩側(cè)的管道表面均勻布置128個(gè)探針電阻形成區(qū)域矩陣，見(jiàn)圖2。通過(guò)監(jiān)測(cè)矩陣區(qū)域內(nèi)管壁的電場(chǎng)變化，實(shí)時(shí)在線測(cè)量管道壁厚變化、腐蝕趨向和腐蝕速率。其敏感性和重復(fù)性是剩余壁厚的0.1%。

圖2 電指紋系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)曲線

3.2.4介質(zhì)性質(zhì)監(jiān)測(cè)

3.3 周期性全面檢測(cè)

3.3.1智能檢測(cè)

通過(guò)周期性智能清管對(duì)集輸管道的幾何變形和金屬損失進(jìn)行定位、定性、定量檢測(cè)分析，及時(shí)掌握管線的腐蝕情況。

3.3.2設(shè)備管道無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)——超聲波全面檢測(cè)

采用磁粉探傷、超聲波C掃描和相控陣等技術(shù)對(duì)于站場(chǎng)管線進(jìn)行全面檢測(cè)，及時(shí)對(duì)于腐蝕嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行診斷和識(shí)別，掌握站場(chǎng)腐蝕狀況，發(fā)現(xiàn)隱患并及時(shí)處理。

3.3.3管道外壁防腐層檢測(cè)——PCM多頻管中電流、CIPS密間隔電位檢測(cè)技術(shù)

a)PCM檢測(cè)

PCM是一項(xiàng)檢測(cè)埋地管道防腐層漏電狀況的技術(shù)，是以管中電流梯度測(cè)試法為基礎(chǔ)的改進(jìn)型防腐層檢測(cè)方法，能準(zhǔn)確檢測(cè)管道防腐層破損情況。

b)密間隔電位測(cè)量法

密間隔電位測(cè)量法是通過(guò)電位的測(cè)量來(lái)確定管道未保護(hù)和過(guò)保護(hù)，判定管線的陰極保護(hù)效果和管道防腐層的狀態(tài)。

普光氣田集輸系統(tǒng)建立了完善的腐蝕監(jiān)測(cè)與檢測(cè)體系，系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，采集了大量的現(xiàn)場(chǎng)腐蝕數(shù)據(jù)，完善了高含硫氣田集輸系統(tǒng)腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)，為探索高含硫介質(zhì)的腐蝕規(guī)律和腐蝕控制提供了數(shù)據(jù)支持。

4 腐蝕控制體系的實(shí)施

普光氣田地面集輸系統(tǒng)采用“抗硫管材+緩蝕劑+防腐涂層+陰極保護(hù)”的聯(lián)合防腐工藝，其中內(nèi)防腐技術(shù)主要采用“抗硫管材+緩蝕劑”，外防腐技術(shù)主要采用“防腐涂層+陰極保護(hù)”。

4.1 內(nèi)腐蝕控制體系——緩蝕劑的應(yīng)用

根據(jù)實(shí)際工況，普光主體采用CI-1204水溶性緩蝕劑進(jìn)行連續(xù)加注，大灣區(qū)塊采用5K35油溶性緩蝕劑進(jìn)行連續(xù)加注；普光主體采用CI-545油溶性緩蝕劑、大灣區(qū)塊采用5K35油溶性緩蝕劑每月一次進(jìn)行批處理作業(yè)。通過(guò)嚴(yán)格的緩蝕劑應(yīng)用程序，普光氣田集輸系統(tǒng)腐蝕速率整體受控。

a)緩蝕劑連續(xù)加注流程加注點(diǎn)設(shè)在每口井一級(jí)節(jié)流后管段以及酸氣管線出站發(fā)球筒前管段，由固定式緩蝕劑加注撬進(jìn)行連續(xù)加注，采用霧化工藝以保證足夠距離達(dá)到腐蝕控制的要求，選用中空式霧化噴頭，安裝在管線的中線部位，以保證霧化效果。連續(xù)加注示意見(jiàn)圖3。

b)緩蝕劑批處理的目的是在集輸管線內(nèi)壁上形成一層堅(jiān)固的油溶性緩蝕劑膜。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，在每次批處理開(kāi)始之前，在管線內(nèi)運(yùn)行鋼絲刷的清管器清潔管壁及管道內(nèi)低洼處的積水。

圖3 緩蝕劑連續(xù)加注示意圖

批處理的緩蝕劑應(yīng)與柴油按比例1∶1預(yù)先混合，緩蝕劑的化學(xué)組分對(duì)金屬表面有吸附力。批處理的過(guò)程中，要確保在兩個(gè)清管器之間投入足夠的緩蝕劑，以保證全周覆蓋。對(duì)于沒(méi)有清管設(shè)備的管線，要采用高容量泵向管線中泵入1∶1的混合劑以便最優(yōu)化模擬環(huán)繞面。該過(guò)程要重復(fù)兩次以上，以達(dá)到完全環(huán)繞面。

批處理過(guò)程中會(huì)在管線內(nèi)壁形成大約,0.08 mm的緩蝕劑涂層，它因自身粘性緊密吸附在管道內(nèi)壁，一定程度上阻止了含硫天然氣直接于管道內(nèi)壁的接觸，大大減少了硫化氫、二氧化碳酸性介質(zhì)對(duì)管道的腐蝕。

4.2 外腐蝕控制體系

4.2.1防腐涂層

DN400以下(包括DN400)酸氣集輸管道采用硬質(zhì)聚氨脂泡沫聚乙烯防腐保溫層，底層防腐涂料采用無(wú)溶劑液體環(huán)氧涂料，補(bǔ)口采用粘彈體膠帶、輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶。DN500的集輸管道和燃料氣管道采用加強(qiáng)級(jí)三層PE防腐結(jié)構(gòu)，管道補(bǔ)口采用輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶。

4.2.2外加電流陰極保護(hù)

普光氣田集輸管道采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，共設(shè)11座陰極保護(hù)站，58個(gè)陰保電位測(cè)試樁，管線進(jìn)出站處設(shè)置絕緣法蘭，管道保護(hù)電位控制在-0.85至-1.15 V之間，確保整條集輸管道處于陰極保護(hù)之中。

普光氣田集輸管網(wǎng)電位控制在-0.85V至-1.15 V之間，系統(tǒng)保護(hù)率到達(dá)100%。

5 腐蝕分析方法

5.1 工況與材料分析

工況差異與材料差異是造成腐蝕變化的重要因素，腐蝕規(guī)律的探索離不開(kāi)工況的分析。

5.2 數(shù)據(jù)采集周期分析

腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度受數(shù)據(jù)采集周期的影響，設(shè)置不同腐蝕監(jiān)測(cè)方式和數(shù)據(jù)采集周期是保證獲取可靠腐蝕數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

5.3 選擇合適的腐蝕數(shù)據(jù)分析方法

橫向分析與系統(tǒng)分析相結(jié)合，同一類腐蝕監(jiān)測(cè)位置單一種腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，同一類腐蝕監(jiān)測(cè)位置多種腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，系統(tǒng)上下游綜合對(duì)比。

5.4 腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型的建立

通過(guò)建立腐蝕掛片數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)日常性的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)掌握系統(tǒng)內(nèi)直觀的腐蝕狀態(tài)，減少頻繁更換腐蝕掛片的作業(yè)頻次。根據(jù)日常在線電阻探針監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用腐蝕掛片與電阻探針數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)模型，擬合系統(tǒng)直觀的腐蝕速率況。

5.5 腐蝕控制評(píng)估

綜合分析日常監(jiān)測(cè)與周期性檢測(cè)綜合分析，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的腐蝕現(xiàn)狀和趨勢(shì)，評(píng)估腐蝕控制措施的有效性。

6 腐蝕控制效果

通過(guò)對(duì)普光氣田地面集輸系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕狀況分析和評(píng)價(jià)，更進(jìn)一步了解了站場(chǎng)、管道的整體腐蝕情況，加強(qiáng)了高含硫氣田腐蝕與防護(hù)工作的管理體系，增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、管道腐蝕與防護(hù)工作的反應(yīng)機(jī)制，提高了高含硫氣田腐蝕與防護(hù)的管理水平，實(shí)現(xiàn)了加強(qiáng)管理、控制腐蝕的預(yù)期目標(biāo)。

通過(guò)開(kāi)展普光氣田地面集輸系統(tǒng)腐蝕狀況分析工作，初步得出以下認(rèn)識(shí)。

a)集氣站場(chǎng)通過(guò)腐蝕掛片、電阻探針、線性極化探針、站場(chǎng)水分析和集氣站場(chǎng)開(kāi)口檢測(cè)等技術(shù)手段，從目前監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)得知集氣站場(chǎng)的整體腐蝕速率控制在0.076 mm/a的標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

b)集輸管道通過(guò)智能檢測(cè)、電指紋、水離子分析、緩蝕劑殘余濃度分析、清管殘余物分析和現(xiàn)場(chǎng)管道開(kāi)口檢測(cè)等技術(shù)手段，從目前的檢測(cè)數(shù)據(jù)得知集輸管道的整體腐蝕速率控制在0.076 mm/a的標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

c)通過(guò)對(duì)集輸管道腐蝕狀況的初步分析發(fā)現(xiàn)，普光主體集輸管道內(nèi)部清潔，并且隨著氣田生產(chǎn)氣井殘酸、雜質(zhì)返排的減少，集輸管道進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，按照目前的緩蝕劑加注與批處理涂膜制度可以滿足集輸管道的安全運(yùn)行。