某計(jì)量分離器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

王學(xué)斌

（中國(guó)石化集團(tuán)江蘇石油勘探局 特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)所，揚(yáng)州225009）

計(jì)量分離器是安裝在油田基層井站計(jì)量房?jī)?nèi)用于油氣分離計(jì)量的關(guān)鍵設(shè)備，數(shù)量多、分布廣，運(yùn)行時(shí)承受一定的溫度和壓力，內(nèi)部介質(zhì)成分復(fù)雜且易燃易爆，發(fā)生事故時(shí)會(huì)造成人身傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失等災(zāi)難性后果。因此，對(duì)計(jì)量分離器進(jìn)行失效形式和原因分析，采取相應(yīng)措施提高安全可靠性，預(yù)防設(shè)備事故、延長(zhǎng)使用壽命、節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)油田平穩(wěn)安全運(yùn)行非常重要。

1 主要失效形式

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有四百多臺(tái)計(jì)量分離器在江蘇油田基層井站使用，每年列入我所檢驗(yàn)計(jì)劃的有近百臺(tái)，容器的基本技術(shù)參數(shù)見表1。

容器制造時(shí)焊接接頭進(jìn)行大于20%射線探傷，且“T”字形焊接接頭100%射線探傷合格，外表面除銹刷漆，內(nèi)表面不做防腐蝕處理。

多年的檢驗(yàn)工作經(jīng)驗(yàn)告訴我們，計(jì)量分離器的主要失效形式是下封頭腐蝕導(dǎo)致壁厚減薄甚至穿孔，這也是容器報(bào)廢的主要原因。在油田一些原油腐蝕性較強(qiáng)的區(qū)塊，計(jì)量分離器因下封頭腐蝕導(dǎo)致壁厚嚴(yán)重減薄而整體報(bào)廢的情況時(shí)有發(fā)生，下封頭鋼板每年腐蝕接近3.0mm，腐蝕速率驚人。而這些容器筒體和上封頭腐蝕都比較輕微，壁厚減薄量多在1.0mm以內(nèi)，有的甚至沒有減薄，整體報(bào)廢浪費(fèi)很大。

表1 計(jì)量分離器的技術(shù)參數(shù)

例如Y11井的一臺(tái)計(jì)量分離器（見圖1），在2010年10月檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)下封頭有一直徑40mm的壁厚減薄區(qū)，實(shí)測(cè)最小壁厚為4.5mm。到2011年9月再次檢驗(yàn)時(shí)，筆者重點(diǎn)對(duì)該部位進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)厚復(fù)查，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)最小壁厚只有1.8mm，腐蝕速率達(dá)到2.95mm·a-1，經(jīng)強(qiáng)度校核已不能滿足使用工況的要求。而該容器上封頭和筒體的實(shí)測(cè)最小壁厚分別為7.7mm，7.2mm（公稱壁厚為8.0mm），腐蝕速率只有0.04mm·a-1、0.11mm·a-1，按此速率，這臺(tái)容器再用十幾年應(yīng)該沒有問題，但由于下封頭腐蝕導(dǎo)致壁厚嚴(yán)重減薄，只能整體報(bào)廢。

圖1 計(jì)量分離器下封頭在相隔不到一年的兩次檢驗(yàn)中壁厚減薄情況對(duì)比

通過查看近十來年的檢驗(yàn)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，計(jì)量分離器的腐蝕區(qū)域主要發(fā)生在下封頭的圓弧過渡區(qū)以下。在江蘇油田，每年因下封頭發(fā)生腐蝕造成壁厚減薄而縮短檢驗(yàn)周期的計(jì)量分離器有二三十臺(tái)，因壁厚減薄特別嚴(yán)重而報(bào)廢的有五臺(tái)左右，且有逐年增加的趨勢(shì)。

2 腐蝕原因

（1）介質(zhì)成分 計(jì)量分離器正式投入使用后，內(nèi)部介質(zhì)成分復(fù)雜，有原油、天然氣、污水、地層泥沙等等，且這些物質(zhì)都是以一定溫度和壓力作用在容器內(nèi)部。容器中密度較輕的原油和天然氣腐蝕性有限，但沉降在下部的污水和泥沙由于硫酸鹽還原菌（SRB）數(shù)量大、硫化氫含量高、pH低等因素的共同作用，腐蝕性卻很強(qiáng)，且溫度越高，腐蝕性越強(qiáng)。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)圖紙顯示，容器因結(jié)構(gòu)原因未做內(nèi)防腐蝕處理，下封頭內(nèi)部直邊與圓弧過渡部位焊有5.0mm厚的圓形分離隔板，材質(zhì)為Q235，邊緣有缺口，以保證鹽水包與容器內(nèi)部液體相連通，便于量油。但分離隔板使沉降在其下部的高腐蝕性污水和泥沙流動(dòng)性更差，形成了一個(gè)相對(duì)封閉的腐蝕環(huán)境，這就是壁厚減薄大多發(fā)生在下封頭圓弧過渡區(qū)以下區(qū)域的關(guān)鍵原因。

沉降在計(jì)量分離器底部的高腐蝕性污水和泥沙介質(zhì)引起的腐蝕主要有：由于原油污水介質(zhì)中存在硫、硫化物、氯化物、污水、泥沙等腐蝕性介質(zhì)，形成H2S-H2O腐蝕體系，發(fā)生細(xì)菌腐蝕；在容器下封頭與排污口接管角焊縫處以及鹽水包底部接管角焊縫處，發(fā)生電偶腐蝕。

3 容器結(jié)構(gòu)改進(jìn)

根據(jù)對(duì)計(jì)量分離器腐蝕原因的分析結(jié)果及腐蝕通常發(fā)生在下封頭圓弧過渡區(qū)以下的特點(diǎn)，對(duì)容器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下改進(jìn)（見圖2）。

圖2 計(jì)量分離器結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖

（1）將下封頭與筒體部分的焊接連接改為用法蘭連接，這樣當(dāng)下封頭因腐蝕減薄而要報(bào)廢時(shí)，僅需從法蘭處拆卸下封頭進(jìn)行更換，而不用報(bào)廢整臺(tái)容器，避免了材料的極大浪費(fèi)。

（2）省去原結(jié)構(gòu)中的人（手）孔，結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，采用卸下封頭進(jìn)行清理檢修更加方便，更能保證清理維護(hù)效果。

（3）受法蘭外形尺寸的影響，將支座結(jié)構(gòu)改為三個(gè)耳式，利用三個(gè)立柱支撐耳式支座，立柱下部通過預(yù)埋在地面上的地腳螺栓固定，方便安裝和拆卸。

（4）將分離器下封頭內(nèi)部圓弧過渡部位與圓形分離隔板的焊接連接改為支撐式連接，并對(duì)容器內(nèi)表面特別是下封頭內(nèi)表面進(jìn)行防腐蝕處理，提高容器的抗腐蝕能力。

（5）對(duì)液位計(jì)接管進(jìn)行改進(jìn)，將上部接管與上封頭的固定焊接改為法蘭連接，方便液位計(jì)接管疏通，縮小容器單個(gè)組件外形尺寸，減少運(yùn)輸過程中可能出現(xiàn)的碰撞變形，方便運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝。

4 改進(jìn)效果

（1）設(shè)備制造簡(jiǎn)單 由于下封頭與筒體采用法蘭連接，因此容器所有縱環(huán)焊接接頭都可以采用自動(dòng)焊焊接，焊接質(zhì)量更容易得到保證。

（2）安裝過程簡(jiǎn)化 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后計(jì)量分離器的單個(gè)組件尺寸明顯減小，重量大為減輕，組件分別從計(jì)量房前門直接運(yùn)進(jìn)房?jī)?nèi)組裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝程序明顯簡(jiǎn)化，原先需要幾天才能完成的工作可以在幾小時(shí)內(nèi)完成，速度快，效率高。

（3）故障維修方便 結(jié)構(gòu)改進(jìn)前，如果遇到排污口堵塞、鹽水包內(nèi)淤集泥沙或有雜物堵塞、鹽水包底部接管焊縫處泄漏、鹽水包上液位計(jì)接管堵塞等故障時(shí)很難徹底排除。改進(jìn)后，可以直接將下封頭整體卸下來，換上備用封頭繼續(xù)油井生產(chǎn)，再將換下來的封頭抬出計(jì)量房對(duì)長(zhǎng)時(shí)間沉積在下封頭底部以及鹽水包里的污水泥沙等雜物進(jìn)行徹底清理，疏通液位計(jì)通道，甚至可以對(duì)腐蝕嚴(yán)重部位以及內(nèi)防腐層破損部位進(jìn)行修補(bǔ)，維修好的封頭可以作為備件存放待用。

（4）安全壽命更長(zhǎng) 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后由于增加了內(nèi)防腐蝕，并能實(shí)現(xiàn)定期內(nèi)部清理維護(hù)，檢查和修復(fù)下封頭的內(nèi)部腐蝕坑和防腐蝕層，容器的抗腐蝕能力大為提升，安全性更高，使用壽命更長(zhǎng)。同時(shí)，由于采用耳式支座，即使容器要整體更換，只要新容器規(guī)格尺寸與原容器相同，支柱和地腳螺栓就可以重復(fù)使用。