天然氣集輸場(chǎng)站工藝管道腐蝕檢測(cè)

王磊++劉斌

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.051

摘 要：天然氣集輸場(chǎng)站工藝管道介質(zhì)中含有硫化氫、二氧化碳等有害成分，近年來(lái)多次造成集輸場(chǎng)站非計(jì)劃停工情況，而常規(guī)腐蝕檢測(cè)多從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，采用超聲波測(cè)厚等檢測(cè)方法，檢測(cè)針對(duì)性不強(qiáng)，因而急需找到一種高效、準(zhǔn)確地對(duì)內(nèi)腐蝕、外腐蝕、沖刷腐蝕等造成的天然氣集輸場(chǎng)站腐蝕部位進(jìn)行檢測(cè)的方法，本文通過(guò)分析天然氣集輸場(chǎng)站工藝管線(xiàn)腐蝕泄漏的原理及主要影響因素，提出采用多相流、臨界流速等方法確定工藝管道中易腐蝕的管道和部位，針對(duì)不同的部位采用有針對(duì)性的檢測(cè)方法的檢測(cè)思路及流程。

關(guān)鍵詞：天然氣集輸場(chǎng)站 內(nèi)腐蝕 外腐蝕 檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（a）-0051-03

天然氣集輸場(chǎng)站隨著天然氣中硫化氫、二氧化碳等含量的升高，工藝管道因腐蝕泄漏導(dǎo)致非計(jì)劃停工的次數(shù)不斷增多，造成較嚴(yán)重的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響。而常規(guī)工藝管道的腐蝕檢測(cè)多從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，采用對(duì)彎頭、三通等部位的定點(diǎn)測(cè)厚等檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)針對(duì)性不強(qiáng)尤其是架空、埋地部分的工藝管道由于受條件限制檢測(cè)難度大、效果差。因而如何對(duì)工藝管線(xiàn)的不同腐蝕類(lèi)型、腐蝕缺陷的分布部位采用更有針對(duì)性的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，從而掌握管線(xiàn)的真實(shí)腐蝕情況，從而成為控制腐蝕失效，保證生產(chǎn)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 天然氣集輸場(chǎng)站管道腐蝕原理及主要影響因素

天然氣集輸場(chǎng)站管道腐蝕包括內(nèi)腐蝕、外腐蝕、沖刷腐蝕等類(lèi)型。

1.1 內(nèi)部腐蝕

由天然氣的高危性物料分析可以看出，場(chǎng)站主要工藝單元的設(shè)備介質(zhì)中通常含有微量的CO2、H2S和H2O，因此可能發(fā)生以H2S+CO2+H2O腐蝕為主的電化學(xué)腐蝕。

（1）H2S腐蝕機(jī)理。

干燥的硫化氫[1]對(duì)金屬材料無(wú)腐蝕破壞作用，但溶解于水后則具有極強(qiáng)的腐蝕性。

H2S溶于水后立即電離而呈酸性：

H2S→H++HS-

HS-→H++S2-

上述反應(yīng)釋放出的氫離子是強(qiáng)去極化劑，易在陰極奪取電子，從而促進(jìn)陽(yáng)極溶解反應(yīng)而導(dǎo)致鋼材腐蝕。陽(yáng)極反應(yīng)的產(chǎn)物硫化鐵（FeS）與鋼材表面的粘結(jié)力差時(shí)，易脫落且易被氧化，于是作為陰極與鋼材基體構(gòu)成一個(gè)活性微電池，繼續(xù)對(duì)基體進(jìn)行腐蝕。

（2）CO2腐蝕機(jī)理。

干燥的CO2同樣對(duì)金屬材料無(wú)腐蝕作用，但溶解于水后會(huì)促進(jìn)化學(xué)腐蝕。就本質(zhì)而言，二氧化碳[2]水溶液（碳酸）中的腐蝕是電化學(xué)腐蝕，具有一般的電化學(xué)腐蝕特征，按不同溫度，CO2對(duì)碳鋼的腐蝕作用不同。

（3）CO2和H2S共存條件下的腐蝕。

在CO2和H2S共存的環(huán)境中，一般來(lái)說(shuō)，H2S控制腐蝕的能力較強(qiáng)，少量H2S存在就會(huì)對(duì)CO2腐蝕產(chǎn)生明顯影響；在溫度低于60℃或高于240℃，通常認(rèn)為FeS膜會(huì)變得不穩(wěn)定且多孔，從而加速鋼材腐蝕。

1.2 外部腐蝕

工藝管線(xiàn)的外部腐蝕主要是來(lái)自于大氣腐蝕（架空）或土壤腐蝕（埋地）。架空管線(xiàn)在大氣環(huán)境中在涂層有效性下降時(shí)會(huì)遭受腐蝕，其腐蝕速率與大氣成分、濕度、溫度有關(guān)；當(dāng)空氣相對(duì)濕度低于50%時(shí)腐蝕速率較低，空氣相對(duì)濕度超過(guò)60%時(shí)腐蝕能力較強(qiáng)。

土壤腐蝕的主要影響因素是電阻率、含氧量、鹽分、含水量、pH值、溫度、微生物、雜散電流等。

1.3 沖刷腐蝕

沖刷腐蝕的主要影響因素是沖擊角，速度，流體的物理性質(zhì)，顆粒的大小、形狀、硬度，沖刷時(shí)間，環(huán)境溫度，材料表面性能，材料硬度等，其中沖擊角、速度對(duì)沖刷腐蝕影響較大。

（1）沖擊角。

沖擊角指粒子入射軌跡與材料表面的夾角，通常約在30℃沖擊角時(shí)沖蝕率最大。

（2）速度。

美國(guó)石油協(xié)會(huì)制定出適合油氣開(kāi)采過(guò)程的臨界流速計(jì)算公式[3]：

式中，V為可以接受的最大速率（ft/s）；

ρ為運(yùn)行壓力、溫度條件下的流體密度；

Ce為系統(tǒng)取值。

可見(jiàn)流速對(duì)沖蝕率具有決定性的影響，從某種程度來(lái)講，控制了流速就控制了沖蝕率。

2 管道腐蝕檢測(cè)的重點(diǎn)檢測(cè)部位及檢測(cè)流程

根據(jù)天然氣集輸場(chǎng)站管道腐蝕原因結(jié)合美國(guó)管道與危險(xiǎn)材料安全管理委員會(huì)（PHMSA）出版的最終輸配完整性管理方案規(guī)則（簡(jiǎn)稱(chēng)DIMP）把天然氣集輸場(chǎng)站工藝管道重點(diǎn)檢測(cè)部位歸納如表1所示，檢測(cè)工藝流程圖如圖1所示。

3 管道腐蝕檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

3.1 內(nèi)腐蝕、沖刷檢測(cè)檢測(cè)

（1）多相流模擬及臨界流速計(jì)算。

利用多相流模擬軟件，結(jié)合某場(chǎng)站工藝管線(xiàn)的運(yùn)行參數(shù)情況（包括溫度、壓力、含砂含水等），通過(guò)Pipe Phase軟件進(jìn)行建模計(jì)算，可以得到每一條管道的內(nèi)腐蝕速率和臨界流速。預(yù)測(cè)管道的內(nèi)腐蝕速率在0.066～0.132mm/a之間（計(jì)算參數(shù)：建模參數(shù)k取0.05～0.1，防蝕劑系數(shù)CI取1，溫度取294.3K，CO2分壓取0.156MPa（3%）），為輕度到中度腐蝕。超臨界流速管線(xiàn)表見(jiàn)表2，腐蝕速率為中度腐蝕的管線(xiàn)表見(jiàn)表3。

（2）重點(diǎn)檢測(cè)部位確定及檢測(cè)。

分析管道的內(nèi)腐蝕及沖刷腐蝕因素，根據(jù)所得預(yù)測(cè)的內(nèi)腐蝕速率和沖刷腐蝕程度的大小，選擇內(nèi)腐蝕速率和沖刷腐蝕程度大的管道進(jìn)行內(nèi)腐蝕檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)選取表見(jiàn)表4。

對(duì)選取的7個(gè)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)腐蝕、沖刷腐蝕檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)3#點(diǎn)壁厚無(wú)明顯變化，6#、7#點(diǎn)腐蝕速率為0.16mm/a，1#、2#、4#、5#點(diǎn)最大腐蝕量均大于2mm，其中4#檢測(cè)點(diǎn)的腐蝕量為3.8mm（常規(guī)檢測(cè)對(duì)4#檢測(cè)點(diǎn)的腐蝕量為1.8mm），最小壁厚0.7mm。

3.2 外腐蝕檢測(cè)

通過(guò)對(duì)場(chǎng)站架空管線(xiàn)的宏觀檢查，埋地管線(xiàn)的土壤腐蝕性、破損點(diǎn)檢測(cè)，確定對(duì)埋地管線(xiàn)的10個(gè)破損點(diǎn)和架空管線(xiàn)4處涂層有效性下降位置進(jìn)行外腐蝕檢測(cè)。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)抽查管線(xiàn)防腐層存在局部腐蝕現(xiàn)象，腐蝕量為1.4mm（常規(guī)檢測(cè)的腐蝕量為0.9mm）。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)天然氣集輸氣場(chǎng)站腐蝕原因、重點(diǎn)檢測(cè)部位的分析，建立起場(chǎng)站管道腐蝕檢測(cè)流程，并通過(guò)對(duì)典型天然氣集輸氣場(chǎng)的腐蝕檢測(cè)應(yīng)用，證明新的腐蝕檢測(cè)流程、方法，檢測(cè)針對(duì)性強(qiáng)、缺陷檢出率高、效果好，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)站工藝管線(xiàn)的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 柳毅.淺析硫化氫腐蝕機(jī)理及影響因素[J].自然科學(xué)，2016（8）：93.

[2] 李春福，王斌，張穎.油氣田開(kāi)發(fā)中CO2腐蝕研究進(jìn)展[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（2）：42-46.

[3] S.J.Svedeman，K.E.Arnold，李智利.沖蝕與腐蝕運(yùn)行環(huán)境下多相流管道設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，1996，15（4）：48-50.endprint