濕含硫天然氣站場(chǎng)內(nèi)腐蝕機(jī)理淺析

吳 嬌 龍儼麗 蘇 暢 譚 紅 陳寶蓮

（西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 401147）

0 引言

站場(chǎng)是天然氣地面集輸系統(tǒng)中的重要部位，站內(nèi)設(shè)備和工藝管道是天然氣處理和集輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)施，隨著服役年限的增長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)逐漸上升。近年來，各油氣田企業(yè)大力推行站場(chǎng)腐蝕檢測(cè)、預(yù)防性維修等完整性管理手段，降低站場(chǎng)失效泄漏風(fēng)險(xiǎn)。本文通過對(duì)川東氣田45座濕含硫天然氣站場(chǎng)腐蝕檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行梳理，分析其腐蝕原因并提出建議，保障站場(chǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 氣田簡(jiǎn)介

川東氣田是典型的含硫氣田，含硫氣井占比84%。含硫氣井采出氣中含有不同程度的硫化氫、二氧化碳、酸性物質(zhì)、水、礦物鹽等伴生物，會(huì)引起化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致地面集輸系統(tǒng)的管道和設(shè)備壁厚減薄，從而引發(fā)失效泄漏，極大地影響了場(chǎng)站的平穩(wěn)運(yùn)行和安全生產(chǎn)。

2 站場(chǎng)腐蝕檢測(cè)

含硫站場(chǎng)的腐蝕檢測(cè)主要遵循壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則（TSG D7005-2018）和固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（TSG 21-2016）執(zhí)行，檢驗(yàn)以宏觀檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定和安全附件的檢驗(yàn)為主，增加表面缺陷檢測(cè)、埋藏缺陷檢測(cè)、強(qiáng)度校核等項(xiàng)目。采用的無損檢測(cè)技術(shù)主要有：超聲B掃查、超聲C掃查、超聲相控陣檢測(cè)、超聲導(dǎo)波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、數(shù)字射線檢測(cè)等。針對(duì)站場(chǎng)缺陷的類型，選擇有效的檢測(cè)技術(shù)，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[1-4]。

3 檢測(cè)結(jié)果與分析

對(duì)川東氣田45座濕含硫天然氣站場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行梳理，按照缺陷類型、位置將腐蝕情況統(tǒng)計(jì)如下：

（1）按照缺陷類型統(tǒng)計(jì)

對(duì)檢出缺陷按照缺陷類型分類，可分成厚度減薄、金相缺陷、機(jī)械損傷等三類，如圖1、圖2所示。厚度減薄是指在腐蝕性介質(zhì)作用下金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕損失造成的缺陷；金相缺陷是指生產(chǎn)過程中形成的夾渣、分層、母材缺陷等；機(jī)械損傷指材料在機(jī)械載荷或墊載荷作用下，發(fā)生的承載能力下降，主要包括各種疲勞、機(jī)械磨損。

圖1 工藝管道缺陷類型分布圖

圖2 容器缺陷類型分布圖

從圖1、圖2可以看出，含硫站場(chǎng)管道缺陷以厚度減薄為主，金相缺陷和機(jī)械損傷相對(duì)較少。其中發(fā)現(xiàn)厚度減薄348處，占比83.25%；發(fā)現(xiàn)金相缺陷26處，占比6.22%；發(fā)現(xiàn)機(jī)械損傷44處，占比10.53%。容器上主要為分層和腐蝕缺陷，其中母材分層等金相缺陷49處，占比44%；厚度減薄45處，占比41%；機(jī)械損傷17處，占比15%；

（2）按照缺陷位置統(tǒng)計(jì)

按照缺陷位置統(tǒng)計(jì)，分布情況如圖3、圖4所示。

圖3 工藝管道缺陷位置分布圖

圖4 容器缺陷位置分布圖

從圖3可以看出，站場(chǎng)排污系統(tǒng)管道缺陷分布最為集中，生產(chǎn)管線和放空管線上發(fā)現(xiàn)的缺陷相對(duì)較少。這是由于川東氣田出水屬于氯化鈣型，水樣礦化度高，氯離子含量高。而站場(chǎng)的氣田水系統(tǒng)多數(shù)非密閉系統(tǒng)，溶氧濃度是影響管線腐蝕的重要因素。氣田水的排污過程也非連續(xù)流動(dòng)，易在管線的低洼處沉積引起腐蝕。

另外，缺陷也容易發(fā)生在生產(chǎn)流程中非連續(xù)流動(dòng)、介質(zhì)流速、流態(tài)、組分等發(fā)生變化的位置。如收發(fā)球筒附近管線、生產(chǎn)旁通管線、容器至排污閥之間積液管段、容器至放空閥之間的死氣區(qū)等非連續(xù)流動(dòng)位置；節(jié)流閥下游、孔板上下游、變徑大小頭等流速發(fā)生變化的位置；緩蝕劑加注口、溫度計(jì)插孔等管道結(jié)構(gòu)件下游產(chǎn)生湍流的部位；匯管附近，特別是有高含硫氣井來氣混合的管段等氣質(zhì)發(fā)生變化的位置。

從圖4可以看出，容器缺陷在分離器上分布最為集中。缺陷表現(xiàn)主要為母材分層和腐蝕減薄。容器分層主要是因?yàn)榻橘|(zhì)中的硫化氫對(duì)鋼板產(chǎn)生腐蝕生成的氫原子，在金屬內(nèi)部空穴、非金屬夾雜物、組織偏析處聚積，而使這些弱結(jié)合部位發(fā)生脫離、撕裂而形成。腐蝕減薄主要分布在容器下筒體有液體沉積的部位。

4 損傷機(jī)理分析

川東氣田天然氣中含有H2S、CO2、弱酸性高礦化度的產(chǎn)出水，容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致全面腐蝕和局部腐蝕，主要表現(xiàn)為金屬設(shè)備的壁厚減薄或點(diǎn)蝕穿孔等局部腐蝕；另一方面，硫化氫腐蝕產(chǎn)生的氫原子逸出，進(jìn)入鋼材，導(dǎo)致硫化物應(yīng)力開裂（SSC）和氫誘發(fā)裂紋（HIC）等腐蝕情況[5]。

5 結(jié)語

（1）濕含硫天然氣場(chǎng)站工藝管道腐蝕表現(xiàn)以厚度減薄為主，缺陷集中分布在非連續(xù)流動(dòng)、有液體沉積、介質(zhì)輸送條件發(fā)生變化的位置。容器腐蝕表現(xiàn)以母材分層和厚度減薄為主，缺陷容易出現(xiàn)在分離器上；

（2）含硫氣田腐蝕機(jī)理主要為濕H2S、CO2環(huán)境下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕、硫化物應(yīng)力開裂（SSC）和氫誘發(fā)裂紋（HIC）等；

（3）站場(chǎng)的腐蝕防護(hù)可以采用更換耐蝕管材、緩蝕劑加注、容器內(nèi)涂防腐、區(qū)域陰極保護(hù)等聯(lián)合防腐工藝。同時(shí)，還需對(duì)易發(fā)生腐蝕部位采取連續(xù)壁厚監(jiān)測(cè)、激光甲烷泄漏監(jiān)測(cè)、站場(chǎng)檢測(cè)等監(jiān)檢測(cè)手段。有效控制站場(chǎng)失效泄漏風(fēng)險(xiǎn)，保障天然氣平穩(wěn)輸送[6]。