注汽管道腐蝕的影響因素

李仁多 河南油田設(shè)計(jì)院

注汽管道腐蝕的影響因素

李仁多 河南油田設(shè)計(jì)院

注汽管道的防水保溫、運(yùn)行方式、外表面防腐層的完好情況等因素對(duì)注汽管道氧腐蝕速度有著不同程度的影響。注汽管道內(nèi)的氧腐蝕遠(yuǎn)小于濕飽和蒸汽產(chǎn)生的氧腐蝕。為了防止蒸汽對(duì)管道彎頭部位的沖蝕，根據(jù)《稠油注汽設(shè)計(jì)規(guī)范（SY0027—2007）》和美國(guó)石油工程師協(xié)會(huì)之規(guī)定，管道內(nèi)介質(zhì)流速不應(yīng)大于流體的沖蝕速度。由河南井樓油田主要注汽管線的最大流速計(jì)算結(jié)果可以看出，注汽管道內(nèi)的蒸汽流速遠(yuǎn)小于規(guī)范中推薦的沖蝕速度，可以判定蒸汽對(duì)注汽管道彎頭的沖蝕較小。就該油田來(lái)說(shuō)，燃煤過(guò)熱蒸汽注汽由于沒(méi)有氯離子存在，故可以斷定注汽管道不會(huì)發(fā)生氧化氯化腐蝕現(xiàn)象。

注汽管道；外腐蝕；內(nèi)腐蝕；沖蝕速度；流速計(jì)算

注汽管道的腐蝕分為外腐蝕和內(nèi)腐蝕兩部分。注汽管道的外腐蝕是金屬管道和空氣中氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。注汽管道的外表面腐蝕情況與注汽管道的保溫防水層、注汽管道的運(yùn)行方式、外表面的防腐層的完好情況等因素有關(guān)。亦即注汽管道的防水保溫、運(yùn)行方式、外表面的防腐層的完好情況等因素對(duì)注汽管道氧腐蝕的速度有著不同程度的影響。河南油田稠油開(kāi)采區(qū)注汽管道腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重，近年開(kāi)展了其腐蝕的成因及對(duì)策研究并取得了較好效果，注汽管道腐蝕速度已控制在0.12 mm/a以內(nèi)。

1 外腐蝕的影響因素

1.1 防腐層

新建注汽管道的外表面設(shè)計(jì)時(shí)均要求刷兩道耐高溫防銹漆，目的是在管道外表面形成一層保護(hù)膜，將注汽管道和空氣中的氧氣隔開(kāi)，空氣中的氧氣不與管道外表面接觸，管道和氧氣無(wú)法發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而避免管道外表面發(fā)生腐蝕。防銹漆對(duì)潮濕環(huán)境中的管道防腐尤其重要。耐高溫防銹漆有煙囪漆、汽包漆等種類(lèi)，為了保證管道防腐層的施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)管道外表面的除銹、涂刷環(huán)境溫度、高溫漆的耐溫都做了較嚴(yán)格的規(guī)定。但是，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，使用時(shí)間較長(zhǎng)的注汽管道防腐層均已脫落或被高溫蒸汽燒蝕，管道外表面完全裸露在空氣中。失去防腐層的注汽管道在潮濕環(huán)境中腐蝕速度較快，管道表面結(jié)了一層較厚的氧化層，造成管道壁厚的減薄速度加快。

1.2 保溫防水層

河南油田的注汽管道除高淺三區(qū)注汽干線有一小段穿越鐵路和部分注汽站鍋爐出口處注汽管道跨越道路采用穿套管敷設(shè)外，其他的注汽管道均采用架空敷設(shè)。架空敷設(shè)分為兩種，除了注汽站內(nèi)、井場(chǎng)處注汽管線采用低支墩敷設(shè)外，其他的管線均采用中支架架空敷設(shè)。以前的注汽管道保溫材料采用的是兩層δ=60 mm的巖棉管殼，新建注汽管道采用δ=30 mm復(fù)合硅酸鋁鎂管殼+δ=80 mm巖棉管殼的保溫方式。保護(hù)層均采用的是一層油氈紙+兩層玻璃布外刷兩道紅色調(diào)和漆。注汽管道的防水層采用的是一層油氈紙，主要是防止雨水浸入保溫層，保持保溫層的干燥，減少保溫層的散熱損失；同時(shí)防止注汽管道外表面發(fā)生電化學(xué)氧腐蝕。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，保溫、防水層完好的注汽管道外表面腐蝕情況比防水層損壞的注汽管道輕，這一現(xiàn)象在間歇注汽管道中表現(xiàn)尤為明顯。

1.3 注汽管道的運(yùn)行方式

（1）連續(xù)運(yùn)行管道和間歇運(yùn)行管道。河南油田注汽管道大部分采用中支架架空敷設(shè)，現(xiàn)有的注汽管道根據(jù)作用可分為注汽干管和單井注汽管線兩種。注汽干管為多口油井輸送高溫蒸汽，由于管道與多口注汽井供汽，管道處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)，注汽管線的表面溫度在200℃以上，管線長(zhǎng)期處于干燥狀態(tài)，表面不會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕或腐蝕較輕（規(guī)范中規(guī)定，連續(xù)運(yùn)行的蒸汽管道表面可以不刷防銹漆就是這個(gè)原因）。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，即使管道表面保溫層脫落、防腐層燒蝕，連續(xù)運(yùn)行的注汽干管表面也會(huì)形成一種黑色氧化膜，表面的腐蝕較輕。井樓零區(qū)注汽站至七區(qū)北部23#計(jì)量站的?133 mm注汽干線，由于管道建成時(shí)間較長(zhǎng)，部分管道的外部保溫層已經(jīng)脫落，管道裸露在空氣中。雖然建設(shè)時(shí)注汽管道外表面刷的防銹漆因?yàn)樽⑵麥囟容^高已經(jīng)脫落，但注汽管道表面生成了一層致密的黑色氧化膜，管道表面平整，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕或大面積腐蝕。

（2）注采合一和注采分開(kāi)管道。單井注汽管道分為注采合一和注采分開(kāi)兩種，注采合一管道為間歇運(yùn)行，注采分開(kāi)為連續(xù)運(yùn)行。注采合一的注汽管道在運(yùn)行過(guò)程中，管道表面的防銹漆被高溫蒸汽燒蝕逐漸剝落，當(dāng)進(jìn)入停運(yùn)期，或者管道表面處于潮濕的環(huán)境中，沒(méi)有防腐層的注汽管道很容易發(fā)生腐蝕。注采分開(kāi)的管道由于連續(xù)運(yùn)行，管道表面干燥，即使表面沒(méi)有防腐層的保護(hù)，管道的外腐蝕也較輕，這種現(xiàn)象在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中得到證實(shí)。管線停止運(yùn)行期間，管道的溫度降為常溫，當(dāng)雨雪天氣造成保溫層潮濕時(shí)（空氣濕度較大），潮濕的保溫層對(duì)注汽管道的外表面產(chǎn)生較強(qiáng)的腐蝕（由于注汽管道的表面漆膜已經(jīng)被高溫蒸汽破壞），這種情況在井口單井注汽管道的影響尤為嚴(yán)重。

2 內(nèi)腐蝕的影響因素

2.1 汽水腐蝕

現(xiàn)有的注汽鍋爐大部分是燃油注汽鍋爐，為了保證注汽鍋爐內(nèi)產(chǎn)生的鹽分能及時(shí)被水帶走，防止鍋爐結(jié)垢，燃油注汽鍋爐的蒸汽干度不能大于80%。產(chǎn)生的蒸汽中不僅含有飽和水，而且蒸汽中含有一定量的鹽分。由于注采合一的注汽管道和單井注汽管道為間歇性運(yùn)行，而對(duì)于注采分開(kāi)的注汽干線，由于管道常年連續(xù)運(yùn)行，管道內(nèi)沒(méi)有積水，則管道的汽水腐蝕較輕。燃煤過(guò)熱蒸汽注汽鍋爐采用的是汽包鍋爐，鍋爐給水采用的是除鹽水，給水中殘留的少量鹽分通過(guò)鍋筒、集箱的連續(xù)排污閥和定期排污閥排到爐外，注汽鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽中基本沒(méi)有鹽分。另外，燃煤注汽鍋爐給水的含氧量遠(yuǎn)比燃油注汽鍋爐給水中的含氧量小，不會(huì)在注汽管道內(nèi)產(chǎn)生沉積物和富集氧，不會(huì)造成注汽管道的汽水腐蝕。

2.2 氧腐蝕

鍋爐給水多采用熱力除氧方法，用這種方法除氧后水中所含的不完全溶解氧小于0.05 mg/L，符合《稠油注汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（SY/T0027—2007）》對(duì)于鍋爐給水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。燃煤注汽鍋爐中的給水含氧量＜7 μg/L，遠(yuǎn)小于燃油注汽鍋爐給水的含氧量，并且水處理裝置具有除二氧化碳功能。燃煤注汽鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽中的含氧量和二氧化碳含量遠(yuǎn)小于燃油注汽鍋爐產(chǎn)生濕飽和蒸汽中的氧含量，注汽管道內(nèi)的氧腐蝕遠(yuǎn)小于濕飽和蒸汽產(chǎn)生的氧腐蝕。

2.3 電偶腐蝕

在注汽管道內(nèi)壁上，最初一般有一層鈍化膜，由于熱應(yīng)力或其他腐蝕作用造成鈍化膜局部破壞，膜與金屬母體之間出現(xiàn)電位差，構(gòu)成微電池，形成電偶腐蝕造成材料的損失，因此，理論上使用時(shí)間較長(zhǎng)的管線相對(duì)于使用時(shí)間較短的管線腐蝕速度快。

2.4 沖蝕

為了防止蒸汽對(duì)管道彎頭部位的沖蝕，根據(jù)《稠油注汽設(shè)計(jì)規(guī)范（SY0027—2007）》和美國(guó)石油工程師協(xié)會(huì)之規(guī)定，管道內(nèi)介質(zhì)流速不應(yīng)大于流體的沖蝕速度。

根據(jù)井樓油田的鍋爐出口壓力和井口壓力的情況，注汽管道內(nèi)的平均壓力取6.5 MPa，管道內(nèi)的蒸汽干度取0.7，汽—液兩相流的密度為47.2 kg/m3，計(jì)算得到速度如下：間斷工作時(shí)22.27 m/s，連續(xù)工作時(shí)17.75 m/s。由于注汽管道內(nèi)的蒸汽速度無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)鍋爐出口的蒸汽壓力和注汽井的注汽壓力計(jì)算出注汽管道的最大阻力，應(yīng)用兩項(xiàng)流的阻力計(jì)算公式計(jì)算出蒸汽的流量，由蒸汽流量推算出注汽管道內(nèi)蒸汽的流速。

2.5 氧化—氯化

根據(jù)勝利油田對(duì)注汽管道拉伸斷口局部區(qū)域化學(xué)成分的測(cè)量報(bào)告可以看出，斷口區(qū)域的化學(xué)成分除鐵氧外，主要是氯、硅、鈣、鎂、硫和鈉，說(shuō)明斷口部除氧化物外，還有較多的氯化物、硫化物及鹽類(lèi)，其原因可能是水處理指標(biāo)不穩(wěn)定造成的。熱采鍋爐目前用原油開(kāi)采分離后的污水，經(jīng)處理后循環(huán)使用。因此判斷管內(nèi)壁是否發(fā)生氧化—氯化腐蝕作用也是重要的和必要的。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）河南油田稠油開(kāi)發(fā)區(qū)塊連續(xù)運(yùn)行的架空注汽管道的外腐蝕較輕，間歇運(yùn)行的注汽管道的外腐蝕較嚴(yán)重，井場(chǎng)內(nèi)間歇運(yùn)行注汽管道的腐蝕情況要比架空敷設(shè)間歇運(yùn)行管道腐蝕情況嚴(yán)重。

（2）由河南井樓油田主要注汽管線的最大流速計(jì)算結(jié)果可以看出，注汽管道內(nèi)的蒸汽流速遠(yuǎn)小于規(guī)范中推薦的沖蝕速度，可以判定蒸汽對(duì)注汽管道彎頭的沖蝕較小。

（3）就該油田來(lái)說(shuō)，燃煤過(guò)熱蒸汽注汽由于沒(méi)有氯離子存在，故可以斷定注汽管道不會(huì)發(fā)生氧化氯化腐蝕現(xiàn)象。

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.012