某計量分離器的結構改進

王學斌

（中國石化集團江蘇石油勘探局 特種設備檢驗檢測所，揚州225009）

計量分離器是安裝在油田基層井站計量房內用于油氣分離計量的關鍵設備，數量多、分布廣，運行時承受一定的溫度和壓力，內部介質成分復雜且易燃易爆，發生事故時會造成人身傷亡及重大財產損失等災難性后果。因此，對計量分離器進行失效形式和原因分析，采取相應措施提高安全可靠性，預防設備事故、延長使用壽命、節約生產成本，對油田平穩安全運行非常重要。

1 主要失效形式

據統計，目前有四百多臺計量分離器在江蘇油田基層井站使用，每年列入我所檢驗計劃的有近百臺，容器的基本技術參數見表1。

容器制造時焊接接頭進行大于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，內表面不做防腐蝕處理。

多年的檢驗工作經驗告訴我們，計量分離器的主要失效形式是下封頭腐蝕導致壁厚減薄甚至穿孔，這也是容器報廢的主要原因。在油田一些原油腐蝕性較強的區塊，計量分離器因下封頭腐蝕導致壁厚嚴重減薄而整體報廢的情況時有發生，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，有的甚至沒有減薄，整體報廢浪費很大。

表1 計量分離器的技術參數

例如Y11井的一臺計量分離器（見圖1），在2010年10月檢驗時，發現下封頭有一直徑40mm的壁厚減薄區，實測最小壁厚為4.5mm。到2011年9月再次檢驗時，筆者重點對該部位進行定點測厚復查，發現實測最小壁厚只有1.8mm，腐蝕速率達到2.95mm·a-1，經強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測最小壁厚分別為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，這臺容器再用十幾年應該沒有問題，但由于下封頭腐蝕導致壁厚嚴重減薄，只能整體報廢。

圖1 計量分離器下封頭在相隔不到一年的兩次檢驗中壁厚減薄情況對比

通過查看近十來年的檢驗報告發現，計量分離器的腐蝕區域主要發生在下封頭的圓弧過渡區以下。在江蘇油田，每年因下封頭發生腐蝕造成壁厚減薄而縮短檢驗周期的計量分離器有二三十臺，因壁厚減薄特別嚴重而報廢的有五臺左右，且有逐年增加的趨勢。

2 腐蝕原因

（1）介質成分 計量分離器正式投入使用后，內部介質成分復雜，有原油、天然氣、污水、地層泥沙等等，且這些物質都是以一定溫度和壓力作用在容器內部。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）數量大、硫化氫含量高、pH低等因素的共同作用，腐蝕性卻很強，且溫度越高，腐蝕性越強。

（2）結構設計 設計圖紙顯示，容器因結構原因未做內防腐蝕處理，下封頭內部直邊與圓弧過渡部位焊有5.0mm厚的圓形分離隔板，材質為Q235，邊緣有缺口，以保證鹽水包與容器內部液體相連通，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性更差，形成了一個相對封閉的腐蝕環境，這就是壁厚減薄大多發生在下封頭圓弧過渡區以下區域的關鍵原因。

沉降在計量分離器底部的高腐蝕性污水和泥沙介質引起的腐蝕主要有：由于原油污水介質中存在硫、硫化物、氯化物、污水、泥沙等腐蝕性介質，形成H2S-H2O腐蝕體系，發生細菌腐蝕；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，發生電偶腐蝕。

3 容器結構改進

根據對計量分離器腐蝕原因的分析結果及腐蝕通常發生在下封頭圓弧過渡區以下的特點，對容器的結構進行以下改進（見圖2）。

圖2 計量分離器結構改進示意圖

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

（2）省去原結構中的人（手）孔，結構改進后，采用卸下封頭進行清理檢修更加方便，更能保證清理維護效果。

（3）受法蘭外形尺寸的影響，將支座結構改為三個耳式，利用三個立柱支撐耳式支座，立柱下部通過預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，并對容器內表面特別是下封頭內表面進行防腐蝕處理，提高容器的抗腐蝕能力。

（5）對液位計接管進行改進，將上部接管與上封頭的固定焊接改為法蘭連接，方便液位計接管疏通，縮小容器單個組件外形尺寸，減少運輸過程中可能出現的碰撞變形，方便運輸和現場組裝。

4 改進效果

（1）設備制造簡單 由于下封頭與筒體采用法蘭連接，因此容器所有縱環焊接接頭都可以采用自動焊焊接，焊接質量更容易得到保證。

（2）安裝過程簡化 結構改進后計量分離器的單個組件尺寸明顯減小，重量大為減輕，組件分別從計量房前門直接運進房內組裝，現場安裝程序明顯簡化，原先需要幾天才能完成的工作可以在幾小時內完成，速度快，效率高。

（3）故障維修方便 結構改進前，如果遇到排污口堵塞、鹽水包內淤集泥沙或有雜物堵塞、鹽水包底部接管焊縫處泄漏、鹽水包上液位計接管堵塞等故障時很難徹底排除。改進后，可以直接將下封頭整體卸下來，換上備用封頭繼續油井生產，再將換下來的封頭抬出計量房對長時間沉積在下封頭底部以及鹽水包里的污水泥沙等雜物進行徹底清理，疏通液位計通道，甚至可以對腐蝕嚴重部位以及內防腐層破損部位進行修補，維修好的封頭可以作為備件存放待用。

（4）安全壽命更長 結構改進后由于增加了內防腐蝕，并能實現定期內部清理維護，檢查和修復下封頭的內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。同時，由于采用耳式支座，即使容器要整體更換，只要新容器規格尺寸與原容器相同，支柱和地腳螺栓就可以重復使用。