分析南堡油田外輸管線腐蝕原因及措施

高新成 王東勃

摘要：近年來，冀東油田南堡聯(lián)合站再生氣管線頻繁產(chǎn)生穿孔問題，文章主要從生產(chǎn)的參數(shù)、工藝特點(diǎn)，以及再生氣組分等方面，針對(duì)此類管線投產(chǎn)后服役時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，井口流程及管線出現(xiàn)腐蝕穿孔等問題的原因展開細(xì)化探討，同時(shí)，探尋腐蝕穿孔的原因，進(jìn)而開展針對(duì)性的處理操作，收獲效果較為顯著。

關(guān)鍵詞：管線;腐蝕問題;頻繁;介質(zhì)

引言：在2009年下半年正式開展管線的應(yīng)用，經(jīng)由測(cè)量問題部位邊壁厚度的方式，分析出相應(yīng)部位和周邊的管壁產(chǎn)生了較為顯著的薄化情況，同時(shí)伴隨著坑蝕、點(diǎn)蝕問題。經(jīng)由初步分析斷定上述情況出現(xiàn)和管線內(nèi)部雜質(zhì)、氣體等沖刷管壁相關(guān)的可能性較大，此類問題也稱之為沖刷腐蝕。

一、沖刷腐蝕

（一）概述

沖刷腐蝕主要指的為金屬表面和腐蝕流體間，因高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)影響，出現(xiàn)的金屬損傷類問題。一般處于流速較低或者靜止的腐蝕介質(zhì)內(nèi)，腐蝕影響相對(duì)不明顯，但在腐蝕流體進(jìn)行速度較大的運(yùn)動(dòng)期間，會(huì)導(dǎo)致金屬表面可以發(fā)揮保護(hù)作用的膜層遭到破壞，例如腐蝕產(chǎn)物膜或者表面膜等，具體而言，膜層逐漸薄化，或者因加速影響，導(dǎo)致金屬腐蝕速度加快。

由此，此類問題是基于腐蝕和流體沖刷的共同作用而產(chǎn)生的，一般在一些海洋工程或者在臨海區(qū)域內(nèi)進(jìn)行建設(shè)的工程中，出現(xiàn)的可能性和頻率較高，同時(shí)，在一些能源、油氣生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng)域的各類過流部件和管道中，也時(shí)有發(fā)生，多會(huì)在運(yùn)動(dòng)流體內(nèi)的合金或者金屬上表現(xiàn)出來。

沖刷腐蝕對(duì)管線的葉輪、肘管、泵、彎頭、換熱器進(jìn)出口等位置產(chǎn)生的影響較為嚴(yán)重，具體而言，由于這些位置通常會(huì)出現(xiàn)流體速度或者方向改變等，或者紊流增大的現(xiàn)象。受沖刷腐蝕的金屬，表面會(huì)出現(xiàn)一些馬蹄狀的痕跡，或者溝槽、凹谷等，如果受腐蝕影響，但表面沒有腐蝕產(chǎn)物堆積，且呈現(xiàn)光亮狀態(tài)，則是由于流向的影響，一般是按照流體局部流動(dòng)方向或者表面不規(guī)則產(chǎn)生的紊流，導(dǎo)致彎管或者相關(guān)部位出現(xiàn)較為顯著的局部腐蝕，導(dǎo)致管壁薄化速度加快，甚至引發(fā)穿孔問題。

（二）作用機(jī)理

沖刷腐蝕主要是將流體自身機(jī)械作用、流體對(duì)電化學(xué)產(chǎn)生的腐蝕影響，和兩者的相互作用當(dāng)做基本特點(diǎn)的。沖刷會(huì)加劇腐蝕的影響，并加快腐蝕作用。具體而言：

其一，促使傳質(zhì)的速度加快，利用去極化劑，將金屬表面堆積的腐蝕產(chǎn)物清除。

其二，受高流速影響，壓應(yīng)力和切應(yīng)力發(fā)生改變，由于氣泡或者多相流動(dòng)固體顆粒產(chǎn)生的沖擊影響，導(dǎo)致表面膜層出現(xiàn)薄化、碎裂等問題，或者經(jīng)由局部能量提高、塑性變形等，產(chǎn)生應(yīng)變差異電池，進(jìn)而促使腐蝕影響更為顯著化。

其三，部分保護(hù)膜脫離表面，使得新鮮體暴露出來，孔和膜之間形成電偶腐蝕作用。

二、影響因素及腐蝕原因分析

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，從2016年下半年到2017年上半年，由于流程管線投產(chǎn)后，服役時(shí)間長(zhǎng)，井口流程及管線多次出現(xiàn)腐蝕穿孔問題，具體穿孔位置多為彎頭附近。2016年10月，出現(xiàn)于換熱設(shè)備出口管線彎頭圍邊區(qū)域，管壁出現(xiàn)薄化問題，坑蝕、點(diǎn)蝕位置較為密集;2016年11月，出現(xiàn)于換熱設(shè)備出口管線彎頭圍邊區(qū)域，管壁出現(xiàn)薄化問題，坑蝕、點(diǎn)蝕位置較為密集;2017年2月，出現(xiàn)于換熱設(shè)備出口爬坡管線彎頭圍邊區(qū)域，管壁出現(xiàn)薄化問題，坑蝕、點(diǎn)蝕位置較為密集;2011年3月，出現(xiàn)于換熱設(shè)備出口爬坡管線彎頭圍邊區(qū)域，管壁出現(xiàn)薄化問題，坑蝕、點(diǎn)蝕位置較為密集。

（一）因素列舉

和基于其他應(yīng)力作用影響的腐蝕類問題照比而言，可對(duì)此類腐蝕問題產(chǎn)生影響的因素，繁瑣性更高。不僅包括材料自身機(jī)械性能、構(gòu)成成分、表面的粗糙性等，也包括pH值、硬度以及介質(zhì)溫度等，甚至還有流部件結(jié)構(gòu)、流體狀態(tài)及流動(dòng)速度等[1]。

1.多相流

在流體內(nèi)具有固體顆?；驓馀莸那闆r下，和單相流相比較來講，所形成沖刷腐蝕的影響更為明顯，同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致臨界的流速大幅降低。

2.流速

通常來講，流動(dòng)速度的提升，會(huì)導(dǎo)致沖刷腐蝕的影響大幅提升。

3.流態(tài)

流體流態(tài)具體包括湍流與層流兩種，針對(duì)第一種來講，屬于非穩(wěn)態(tài)流，壓強(qiáng)及流速等通常會(huì)發(fā)生一些不規(guī)則的改變，是損害性較高的一種流態(tài);第二種流態(tài)下，流體的質(zhì)點(diǎn)混雜且互補(bǔ)，軌跡線互為平行狀態(tài)。

（二）具體原因

管線的直徑為150mm;運(yùn)行介質(zhì)屬于天然氣;運(yùn)行壓力處于1.7到1.9Mpa。每小時(shí)可產(chǎn)生氣體量為8000標(biāo)方。

1.流速計(jì)算

基于S=3.14×r2能夠得出，基于標(biāo)準(zhǔn)狀況下，此管道內(nèi)氣體的流速是每秒124.3m;基于PV=nRT能夠得出，基于壓力為1.8Mpa的條件下，天然氣流速是每秒6.78m[2]。

根據(jù)壓力的大小，可將壓力管道劃分成：其一，超高壓管道，即壓力超過100Mpa;其二，高壓管道，即壓力大于10Mpa，且小于或者等于100Mpa，建議氣流速度不超過每秒30m;其三，中壓管道，即壓力大于1.6Mpa，且不超過10Mpa，建議氣流速度每秒處于10到15m之間;其四，低壓管道，即壓力大于或者等于0Mpa，且不超過1.6Mpa，建議氣流速度每秒處于5到6m之間。

2.細(xì)化分析

其一，從腐蝕表現(xiàn)特征方面。穿孔管線的表現(xiàn)特征包括：內(nèi)部腐蝕;腐蝕位置多為彎頭或者臨近區(qū)域;穿孔位置附近區(qū)域的管壁出現(xiàn)薄化現(xiàn)象，厚度只達(dá)到1到2mm左右;腐蝕區(qū)域周邊出現(xiàn)較為顯著的坑蝕、點(diǎn)蝕的情況，管壁出現(xiàn)淚滴狀、溝槽等表現(xiàn)。上述腐蝕特點(diǎn)和沖刷腐蝕表現(xiàn)特征完全相符。

其二，從運(yùn)行介質(zhì)方面。首先，管線運(yùn)行期間，再生天然氣于彎頭位置周邊會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)方向改變的情況，極易引發(fā)湍流形成，進(jìn)而加速?zèng)_刷腐蝕。其次，近年來，因上游設(shè)置的一些脫硫設(shè)備中的很多脫硫劑流入了天然氣管道內(nèi)部，導(dǎo)致管道中的一些粉塵顆粒經(jīng)由壓縮設(shè)備進(jìn)入到過濾分離設(shè)備中，對(duì)其中的濾芯造成了較為明顯的腐蝕性影響，使得濾芯難以正常發(fā)揮作用。隨后，相應(yīng)顆粒會(huì)進(jìn)到分子篩中，因此類設(shè)備的間隙較窄，會(huì)導(dǎo)致顆粒過多的集中在上端位置處，如此一來，在分子篩再生的同時(shí)，氣流和脫水吸附氣流的方向不同，所以分子篩上端位置中的一些粉塵進(jìn)入到管線內(nèi)部。氣體在離開分子篩后會(huì)帶有較多的水分，粉塵顆?；谒肿饔茫霈F(xiàn)板結(jié)、固化等問題，導(dǎo)致氣體內(nèi)產(chǎn)生二相流，從而使得沖刷腐蝕影響愈發(fā)顯著。由此，管線存在沖刷腐蝕基礎(chǔ)性條件。

經(jīng)由上述對(duì)腐蝕表現(xiàn)及運(yùn)行介質(zhì)的分析，能夠得出，此類穿孔問題產(chǎn)生的主要原因?yàn)?，天然氣將脫硫劑粉塵顆粒帶至管線彎頭周邊位置中的管壁，形成沖刷影響而造成的。

三、預(yù)防措施分析

結(jié)合上述原因分析，可通過如下措施加以預(yù)防：

其一，優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加管線直徑，減少氣體的流動(dòng)速度。計(jì)算后得知，倘若利用DN200管線替代原有管線，氣體的流動(dòng)速度可降低45%左右，和之前的每秒3.8m存在較大差距。

其二，盡可能的防止惡劣湍流的產(chǎn)生。于分子篩再生的同時(shí)，對(duì)其前后流程開展緩慢的導(dǎo)通操作，以降低湍流出現(xiàn)可能性。于管線彎頭位置盡量的選擇低度數(shù)的彎頭，有助于大幅減少惡劣湍流產(chǎn)生幾率。

其三，在來氣管線上添設(shè)霧化水洗設(shè)備，促使天然氣內(nèi)的粉塵顆粒能夠被阻攔在入口的分離設(shè)備處，以降低脫硫劑等顆粒進(jìn)入到過濾分離和壓縮設(shè)備中，對(duì)相關(guān)設(shè)備造成影響[3]。

其四，縮減過濾分離設(shè)備更換濾芯的間隔時(shí)間，降低甚至完全消除濾芯被腐蝕后，脫硫劑顆粒進(jìn)入到分子篩中對(duì)其造成不良影響。

結(jié)論：綜上所述，經(jīng)由上述措施的應(yīng)用，針對(duì)管線開展的防沖刷腐蝕相關(guān)操作取得了較為優(yōu)良的成果。在一年的期間內(nèi)，針對(duì)管線中出現(xiàn)穿孔問題可能性較高的部位開展細(xì)化檢測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)部位出現(xiàn)薄化的問題，管線也沒有再出現(xiàn)過腐蝕穿孔的問題，但因跟蹤調(diào)查時(shí)間尚短，因此，還需要展開進(jìn)一步的觀察和探究。

參考文獻(xiàn)：

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