混輸高礦化度氣田水集輸管道絕緣接頭附近非保護端管線內(nèi)腐蝕分析及解決方案

蔣 志 杜 涓 馬 蠡 沈武冬 唐 詩 徐 梅 張昌會 周 清

(1. 中國石油 西南油氣田分公司川中油氣礦工藝研究所，四川 遂寧 629000；2. 中國石油 西南油氣田分公司川中油氣礦管道與銷售部，四川 遂寧 629000）

0 引言

隨著外防腐層加強制電流（或犧牲陽極）陰極保護的防腐技術在管道保護的廣泛運用，同時也伴隨著在設計時未考慮生產(chǎn)介質(zhì)影響、運行管理中未加強監(jiān)控等方面的問題。由于生產(chǎn)介質(zhì)存在高礦化度鹽水，致使部分埋地集輸管道外防腐中的絕緣接頭附近非保護端管線產(chǎn)生嚴重內(nèi)腐蝕。本文擬通過分析四川某須家河氣藏陰極保護絕緣接頭附件管線內(nèi)腐蝕現(xiàn)狀，分析內(nèi)腐蝕原因，提出了相應的解決措施和技術思路。

1 腐蝕概況

根據(jù)絕緣接頭附近管線失效統(tǒng)計（如表1所示），四川某須家河氣藏2013年以來失效3次，最短5年失效，最長7年，平均6年。平均腐蝕速率達到0.8967mm/a。還存在有些緣接頭附近管線暫未失效，但有內(nèi)腐蝕腐蝕的情況。

2 原因分析

2.1 氣田水礦化度高，腐蝕嚴重；管道積液，導電能力強

根據(jù)氣田水檢測報告，發(fā)生非保護端鋼質(zhì)管線內(nèi)腐蝕的氣田水礦化度高，平均為202.99g/L，氣田水礦化度高，會造成嚴重腐蝕[1]。當?shù)V化度在0～170g/L時，隨礦化度的增加，腐蝕速率成倍增加；當?shù)V化度達到170～258g/L時，腐蝕速率略微減少，但不明顯；當?shù)V化度大于258g/L時，腐蝕速率再次增大。

氣田水礦化度高，電阻率就低，導電能力強。

該氣田采用氣液混輸模式，有的管道輸水量大，有的高達60方/天，或輸水量雖不大，但產(chǎn)氣量小，攜液能力弱，在低洼處也容易形成連續(xù)導電液體，導電時間就長。

2.2 絕緣接頭機械強度不夠、安裝方式不適應防腐需要

若管道輸送的介質(zhì)中均含有高礦化度氣田水，氣田水在平行于管道安裝的絕緣接頭處極易形成電路通路。造成不利于防腐的因素：

（1）致使絕緣接頭導通漏電，失去電絕緣效果，使大量電流通過站上設備流失，導致陰極保護站陰保系統(tǒng)輸出電流大增大或犧牲陽極損耗加大；

（2）導致絕緣接頭附近管線內(nèi)腐蝕，造成較大安全風險。

表1 輸送高礦化度集輸管道絕緣接頭附近管線內(nèi)腐蝕情況

2.3 絕緣接頭非保護側(cè)內(nèi)腐蝕機理分析

在管道內(nèi)存在大量連續(xù)的導電液體前提下，當存在陰極保護時，會大大加快絕緣接頭附近非保護端內(nèi)腐蝕速率。

（1）外加強制電流機理

陰極保護電流從輔助陽極地床中進入土壤，由于站場內(nèi)存在儀表、設備接地，以及防腐層破損點，接地電阻很小，部分陰極保護電流會通過站場內(nèi)的接地極或防腐層破損點進入管道，并向絕緣接頭處流動。如果絕緣接頭性能良好，且管道內(nèi)部沒有導電介質(zhì)，如圖1所示，就不會產(chǎn)生嚴重內(nèi)腐蝕。但如果管道內(nèi)部有導電介質(zhì)，如圖2所示，該電流將跨過絕緣接頭進入保護側(cè)管道，從而形成電流回路，在非保護側(cè)電流離開管道的位置，會發(fā)生嚴重內(nèi)腐蝕[2]；

圖1 陰極保護示意圖

圖2 輸送高礦化度鹽水的管道外加電流陰極保護

（2）犧牲陽極機理

犧牲陽極腐蝕機理與外加強制電流腐蝕機理類似。犧牲陽極正離子離開陽極表面進入土壤，電子通過導線進入管道。

2.4 陰極保護非保護端內(nèi)腐蝕易發(fā)部位

根據(jù)腐蝕機理和實際情況（如表1所示），可以看出，管道內(nèi)腐蝕主要發(fā)生在絕緣接頭非保護側(cè)焊口6～7點鐘位置，主要是由于焊口缺陷相對較多，是腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)；6～7點鐘方向位于管道低洼位置，積液較多，容易導致電流形成通路。

3 建議

（1）選擇具有足夠機械強度的絕緣接頭，安裝采用豎直或傾斜安裝，避免水平安裝時形成高礦化度鹽水堆積導通電流；

（2）加強腐蝕監(jiān)測。盡量將絕緣接頭安裝在地面以上，或安裝在閥井中，使絕緣接頭兩側(cè)處于空氣中，方便定期進行測厚或其它無損檢測（尤其是焊口及熱影響區(qū)6～7點鐘方向附近等易發(fā)區(qū)域），監(jiān)控腐蝕發(fā)生的情況，對發(fā)現(xiàn)問題的及時進行整改更換；

（3）對強制電流或犧牲陽極，在符合一定條件時，可采用絕緣接頭跨接方案；

（4）絕緣短管方案，由于輸氣（水）壓力較高，可在兩個絕緣接頭中間串入一長段金屬管道（內(nèi)襯絕緣涂層或絕緣材料）。

W.V貝克曼等所著《陰極保護手冊》指出隨著管徑增大和輸送介質(zhì)導電性增加，內(nèi)部腐蝕的危險性增強[3]。

殼牌公司規(guī)定絕緣短管長度應遵守以下原則。

如果電解液的電阻值高于100Ω.cm，或者電解液體積不到管道容量的5%，那么絕緣短管的全長應是管道直徑的4倍，最小值為1m。

如果電解液的電阻值低于100Ω.cm，或者電解液體積超過管道容量的5%，那么絕緣短管長度應按以下公式計算:

L＝短管長度（cm）；P＝電解液阻值（Ω.cm）；D＝管道外徑（cm）

由此經(jīng)驗公式可以看出，對于輸送高礦化度氣田水的管道，直徑108mm的管道，輸送飽和NaCl溶液的管道，溶液電阻率為2Ω.cm，則絕緣短管的長度應為21.6m，此長度的絕緣短管的制造與安裝會耗費巨大人力物力，一般不推薦。