海上平臺(tái)高壓管道優(yōu)化設(shè)計(jì)與選材

亓雪　高晶

摘 要：隨著海上油氣田開(kāi)采的進(jìn)一步深入，一些高壓油氣田正逐漸的被發(fā)現(xiàn)，高壓及超高壓管道的選材也隨之涉及在更多的工程當(dāng)中，超高壓管道的出現(xiàn)導(dǎo)致管道選材常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此，高壓管道材料的選用對(duì)高壓油氣田群的開(kāi)發(fā)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：海洋平臺(tái);高壓管道;材料選用;支管連接形式

隨著海洋氣田發(fā)展逐步走向深海領(lǐng)域，越來(lái)越多高溫/高壓管道應(yīng)用于工程實(shí)際，管道材料的選用也成為管道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題。針對(duì)1號(hào)平臺(tái)采用全壓設(shè)計(jì)，其中涉及管線尺寸為1/2”-10”，壓力溫度為64.15MPa/ 110℃、 65.25MPa/50℃的管線，其中部分管線涉及10000psi壓力等級(jí)，本文結(jié)合材料的腐蝕因素，機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)性等綜合進(jìn)行分析對(duì)比，確定高壓管道壓力等級(jí)、材料選擇等方案。高壓管道支管用特殊形式的三通連接能夠滿足要求。

1 管道參數(shù)

1 號(hào)平臺(tái)涉及到的高壓管線參數(shù)為：1.1 PF（工藝流體）系統(tǒng)涉及到的管線尺寸為 1/2”-10”，操作溫度為 23-71℃，操作壓力為 2.9-14.7 MPa，設(shè)計(jì)壓力和溫度為 64.15 MPa/110℃;1.2WK（壓井液）系統(tǒng)涉及到的管線尺寸為 1/2”-3”，操作溫度為 5-34℃，操作壓力為58.65MPa，設(shè)計(jì)壓力和溫度為 65.25 MPa/50℃;操作溫度為5-34℃，操作壓力為 58.5MPa，設(shè)計(jì)壓力和溫度為 65.25 MPa/50℃。

2 腐蝕性因素

管道材料的選擇是由設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、材料腐蝕性、材料壁厚、種類、重量、采辦周期等因素綜合評(píng)價(jià)，最終選擇最優(yōu)材料，首先我們考慮材料腐蝕對(duì)選材的影響，下面我們從常用的碳鋼、不銹鋼（316L SS）、雙相鋼（S31803）材料來(lái)分析并確定選材。

2.1 碳鋼 該項(xiàng)目中，碳鋼管線在 CO2 含量最高情況下由于所帶來(lái)的最大腐蝕量為 5mm/年，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，加入緩蝕劑可以抑制腐蝕速率，按照緩蝕率 75%計(jì)算，腐蝕速率有1.1mm/年，這樣考慮到緩蝕劑效應(yīng)隨流速等原因變化， 因此如果在高壓的工藝系統(tǒng)選用普通碳鋼達(dá)到 30 年的使用壽命是十分危險(xiǎn)的，需要加大約 30mm 的腐蝕余量。這就需要我們考慮使用更高的材料不銹鋼材料來(lái)抵御 CO2 的腐蝕。

2.2 不銹鋼 所有類型的不銹鋼都在一定條件下都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，但其抗應(yīng)力腐蝕能力有區(qū)別較大，其抗應(yīng)力腐蝕的能力主要取決于其含鎳量的多少，低含鎳量的奧氏體不銹鋼 316L抗腐蝕能力較差。同時(shí)，應(yīng)力腐蝕的程度同溫度以及氯離子的含量有關(guān)，海洋大氣環(huán)境的特點(diǎn)是空氣濕度大，含鹽分多，導(dǎo)致海水中含有氯離子較多。當(dāng)溫度達(dá)到 50 攝氏度以上，奧氏體不銹鋼的在海洋性大氣環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕就變得十分嚴(yán)重。項(xiàng)目中涉及 50-110℃的高溫，因此產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的可能性很大。

2.3 雙相不銹鋼 雙相不銹鋼具有奧氏體和鐵素體兩相，因而具有較好的耐蝕性能。

3 強(qiáng)度分析

根據(jù) ASME B31.3 Ⅸ章節(jié)高壓管道設(shè)計(jì)要求，僅針對(duì)內(nèi)壓直管進(jìn)行壁厚計(jì)算。管道壁厚計(jì)算公式為：

以井口 4”管線為例對(duì)這三種材料進(jìn)行比較計(jì)算，見(jiàn)表2。

4 支管連接件

根據(jù) ASME B31.3 第Ⅸ章高壓管道中的要求，支管件連接所示為允許的焊接支管接頭詳?shù)苍试S采用其他可以接受的結(jié)構(gòu)形式：

5 結(jié)語(yǔ)

本文從腐蝕因素，機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮，最終確定選用材料為雙相不銹鋼（S31803）;支管件連接采用 ASME B31.3 第Ⅸ章高壓管道中的支管連接要求，采用三通形式進(jìn)行連接。

參考文獻(xiàn)：

[1] 海上平臺(tái)建造的成本費(fèi)用控制的分析[J]. 王彥博. ?化工管理. 2016（29）