油田凈化污水外輸管道腐蝕分析及對策研究

新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院

新疆油田已建注水、污水等各類水管道3 685 km，由于管道外部環(huán)境復(fù)雜，周邊土壤為鹽堿地，地下水位偏高，對管道外部有不同程度的腐蝕；而管內(nèi)輸送的介質(zhì)礦化度、氯離子含量偏高，含有CO2、H2S和硫酸鹽還原菌等，且三次采油加入了各種化學(xué)藥劑，導(dǎo)致管道內(nèi)腐蝕也比較嚴(yán)重。因此，油田水管道的失效次數(shù)越來越多，嚴(yán)重影響了油田的生產(chǎn)[1-3]。

為了探索管道失效分析方法，開展科學(xué)的評價(jià)，制定有效的預(yù)防措施，以新疆油田某凈化污水外輸管道為例，通過現(xiàn)場檢測和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，開展腐蝕主控原因分析和完整性評價(jià)，根據(jù)分析評價(jià)結(jié)果，提出維修、維護(hù)建議，保障了管道安全運(yùn)行。

1 管道基本信息

某凈化污水外輸管道建于2010 年，規(guī)格為323.9 mm×7.1 mm，材質(zhì)為螺旋焊縫鋼管，近兩年頻繁破損、滲漏，平均每年補(bǔ)漏搶修25 次，運(yùn)行存在較大風(fēng)險(xiǎn)。管線基本信息見表1。

表1 優(yōu)化管線基本信息Tab.1 Basic information of water supply pipeline

2 管道腐蝕失效分析

2.1 管道外腐蝕

為掌握管道的外腐蝕狀況，共開展管道外腐蝕檢測3.65 km，檢測方法為ACAS交流電流衰減法和ACVG交流電流梯度法[4]。

具體檢測評價(jià)結(jié)果如下：

（1）防腐層質(zhì)量評價(jià)。管道防腐層檢測評價(jià)結(jié)果見表2。

表2 管道防腐層評價(jià)結(jié)果匯總Tab.2 Evaluation result summary of pipeline anticorrosive coating

（2）防腐層破損點(diǎn)。經(jīng)檢測共發(fā)現(xiàn)防腐層破損點(diǎn)49處，具體評級見表3。

表3 管道防腐層破損點(diǎn)評級Tab.3 Rating of pipeline anticorrosive coating damage

（3）開挖直接檢測。對6處管道開挖進(jìn)行直接檢測，均發(fā)現(xiàn)防腐層老化、剝離和脫落，驗(yàn)證防腐層破損點(diǎn)符合率100%。管體兩側(cè)腐蝕呈現(xiàn)黃褐色和黑褐色腐蝕產(chǎn)物，外部最深麻坑0.7 mm。

管道外防腐的檢測評價(jià)結(jié)果表明：防腐層整體狀況良好，管道有外腐蝕情況，但較輕微，最大腐蝕速率0.078 mm/a。

2.2 管道內(nèi)腐蝕

對開挖檢測結(jié)果進(jìn)行分析，并對介質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析和腐蝕性分析[5]。

（1）檢測結(jié)果分析。共開挖6 處進(jìn)行直接檢測，每處檢測16個(gè)點(diǎn)（測4個(gè)環(huán)帶，每個(gè)環(huán)帶4個(gè)點(diǎn)），具體結(jié)果見表4，其中4處泄漏（內(nèi)外腐蝕共同作用，以內(nèi)腐蝕為主，3處在焊縫處）。

表4 開挖直接檢測結(jié)果Tab.4 Direct detection results of excavation

結(jié)果分析表明：內(nèi)腐蝕比較嚴(yán)重，管道最小壁厚3.07 mm，最大腐蝕速率0.504 mm/a；管道內(nèi)部呈均勻腐蝕，平均壁厚為4.93 mm，平均腐蝕速率0.271 mm/a；頂部腐蝕最為嚴(yán)重，平均壁厚4.44 mm，頂部平均腐蝕速率0.333 mm/a。

（2）室內(nèi)分析。對管道介質(zhì)（凈化污水）現(xiàn)場取樣，進(jìn)行成分化驗(yàn)分析，結(jié)果見表5。

由水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出，因各節(jié)點(diǎn)水中鈣、鎂離子含量為0，無碳酸鹽自結(jié)垢趨勢，但考慮到含有潛在的侵蝕性CO2和少量的溶解氧，因此在一定條件下具有潛在的腐蝕性[6]。

利用ScaleChem 結(jié)垢腐蝕預(yù)測軟件，模擬凈化污水中溫度、CO2、還原性離子（二價(jià)硫）、溶解氧等多因素對腐蝕的影響[7-8]，檢測結(jié)果為：溫度65℃，CO2質(zhì)量濃度為38.54 mg/L，S2-質(zhì)量濃度為4 mg/L，O2質(zhì)量濃度為0，模擬腐蝕速率為0.435 6 mm/a。

表5 水質(zhì)分析數(shù)據(jù)Tab.5 Water quality analysis data

表6 供水管線完整性評價(jià)Tab.6 Integrity evaluation of water supply pipeline

內(nèi)腐蝕檢測分析結(jié)果也表明：管道內(nèi)腐蝕較嚴(yán)重，檢測最小壁厚3.07 mm，平均壁厚4.93 mm，頂部平均壁厚4.44 mm，最大腐蝕速率0.504 mm/a，頂部平均腐蝕速率0.333 mm/a。內(nèi)腐蝕主要因素為CO2、溫度、二價(jià)硫離子。

3 完整性評價(jià)

根據(jù)SY/T 0087.1《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評價(jià)》和SY/T 6151《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評價(jià)方法》對管道進(jìn)行完整性評價(jià)[9-10]，結(jié)果見表6。

結(jié)果分析：目前對管道剩余強(qiáng)度可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0087.1中5.8.6評價(jià)結(jié)果及維護(hù)建議中IIA的評價(jià)方法進(jìn)行監(jiān)控。剩余壽命評價(jià)時(shí)，因各標(biāo)準(zhǔn)取的安全系數(shù)不同，差異較大。SY/T 0087.1《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評價(jià)》較為保守，因此，按SY/T 6151《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評價(jià)方法》給出最終值，在運(yùn)行壓力1 MPa時(shí)，管道開挖點(diǎn)3的剩余壽命為3.3 a，管道平均壽命為5.1 a。

4 預(yù)防措施

（1）管道外腐蝕輕微，可及時(shí)修復(fù)防腐層破損點(diǎn)，減緩埋地鋼質(zhì)管道的外腐蝕。

（2）管道內(nèi)腐蝕嚴(yán)重，內(nèi)腐蝕主要因素為CO2、溫度和硫化物。一是可在油田污水凈化過程中調(diào)整控制參數(shù)，加入緩蝕劑和除氧劑[6]，降低CO2、溶解氧和二價(jià)鐵離子等濃度，控制管道內(nèi)腐蝕速率。二是可在2022 年前擇機(jī)采用內(nèi)穿插、非金屬內(nèi)涂層等技術(shù)修復(fù)管線，保障管道安全運(yùn)行。

（3）做好腐蝕監(jiān)測，建立分批、分周期壁厚檢測機(jī)制，評價(jià)剩余管道壽命及緩解措施的有效性。

5 結(jié)論

（1）通過外腐蝕檢測技術(shù)可以準(zhǔn)確地判斷管道外腐蝕情況，及時(shí)修復(fù)防腐層缺陷，控制外腐蝕發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）通過管道本體開挖直接檢測、介質(zhì)化驗(yàn)分析和腐蝕性模擬分析等技術(shù)手段相結(jié)合，能夠較好地判斷出管道內(nèi)腐蝕主控因素，從源頭提出控制措施，從而降低內(nèi)腐蝕發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）對軟化水鋼質(zhì)管道進(jìn)行完整性評價(jià)，評估管道的剩余壽命，提出科學(xué)的維修周期，保障輸水管道安全平穩(wěn)地運(yùn)行。