管道內補口保護裝置的設計

趙思捷 大慶油田采油二廠

管道內補口保護裝置的設計

趙思捷 大慶油田采油二廠

隨著油田三元復合驅及高礦化度水驅區塊的開發，管道內腐蝕問題特別是管道焊接熱影響區域的腐蝕較為突出。為此，設計一種管道內補口保護裝置，該裝置應用電化學保護原理，均勻極化保護電位，達到控制腐蝕的目的。測試了補口保護裝置的運行數據，結合計算公式進行參數推導。針對不同的流動介質及不同的管道內徑，規定其保護年限后可以通過計算合理配置保護裝置電極體的質量。

管道防腐；管道內補口；保護裝置；數據測試

針對內涂層管道焊接熱影響區域內防腐補口問題，目前有相應的行業標準方法即內補口機涂敷法。但是在東北高緯度工況環境下，內補口施工及檢驗實際操作可行性較低。本文介紹一種內補口保護裝置，該裝置應用電化學保護原理，均勻極化保護電位，達到控制腐蝕的目的。

1 裝置設計

1.1 工作原理

裝置的主體結構采用鋁合金材質，與管道焊接后即完成電化學連接，當介質電阻率滿足要求并在管道中流動時，管道內補口部位電位極化，達到防腐要求[1]。

1.2 結構

管道內補口保護裝置結構見圖1。裝置由以下三部分組成：

圖1 管道內補口保護裝置結構

（1）柱狀合金體（多電極組合體，簡稱電極體）。它是裝置的主要部分，由帶鋼芯的合金電極排列組成，環狀定位裝置、導電穩定環之間用氣體保護焊接。

（2）環狀定位裝置。其作用是通過滿焊焊接連接管道補口部位，完成電極與管道的電連接。

（3）導電穩定環。其作用是穩定電極體，提高導電效率。

1.3 技術要求

將裝置安裝在管道內補口位置，在流動的介質中，電極體為補口處管壁提供穩定均勻的保護電位。對于穩定流動的介質，為確保合金電極壽命及其均勻溶解，該保護裝置中的Zn成分應在2.7%± 0.5%，其它微量成分In、Sn含量也應作適當調整[2]。

2 數據及參數

2.1 測試數據

模擬環道測試，保護裝置焊接后在流動的介質中極化48 h，保護電位分布見表1、表2。

表1 人造海水管道保護電位分布

表2 清水、三元液管道保護電位分布

由表1、表2可見，人造海水管道5 m之內電位（甘汞電極）在0.78 V以上，達到保護要求；清水、三元液管道0.3 m之內電位（甘汞電極）在0.78 V以上，達到保護要求。

2.2 參數推導

借助上述保護距離測試數據，在相同規格管道內且同一規格的保護裝置，對于上述3種不同介質，其補口裝置凈質量W亦不同

式中ω為電極消耗率（kg/A·a）；I為保護電流（A）。

若電極壽命按30年計，計算出對應的質量參數：W1（清水管道電極凈質量）為1.16 kg；W2（人造海水管道電極凈質量）為10.5 kg；W3（三元液管道電極凈質量）為1.05 kg。

保護電流密度40 mA/m2；電阻率：清水150 Ω·cm，海水20 Ω·cm，三元液150 Ω·cm；管內保護電流I1=90 mA（人造海水介質有效保護距離為5 m）；I2=10 mA（清水介質有效保護距離為0.3 m）；I3=9 mA（三元液介質有效保護距離為0.3 m）。

單支電極接水電阻[3]

式中RA為電極電阻（Ω）；L為電極長度（cm）；ρ為管內水電阻率（Ω·cm）；r為電極當量半徑（cm）；A為電極截面積（cm2）。

單支電極輸出電流

式中U為陽極驅動電位（V），取0.2 V。

在試驗管道工況條件下，對三元水溶液及清水單支電極能夠提供足夠的保護電流，保護時間為2.5年；對于人造海水兩支電極能夠提供足夠的保護電流，保護時間為0.5年。清水及三元液補口裝置（電極）質量見表3。

表3 清水及三元液補口裝置（電極）質量

3 結論

（1）管道內電化學腐蝕控制技術目前屬于初步探索階段，相關標準僅是參照鋼質水罐內壁陰極保護技術規范。測試數據顯示油田內清水及三元液管道補口保護距離在0.3 m內，補口保護裝置可滿足要求。

（2）針對不同的流動介質、不同的管道內徑，規定其保護年限后可通過計算合理配置保護裝置電極體的質量。

[1]胡士信．陰極保護工程手冊[M]．北京：化學工業出版社，1999：63-78.

[2]胡士信．埋地鋼質管道陰極保護技術規范：GB/T21448—2008[S]．北京：石油工業出版社，2008：22.

[3]張經磊．海水管道內壁陰極保護——犧牲陽極法[J]．海洋科學，1984（5）：62-63.

（欄目主持 樊韶華）

表2 工業性現場試驗空白和加藥后腐蝕速率

由表1、表2可見，采用防腐措施評價裝置測得的腐蝕速率與現場管道掛片測得的數據比較接近，說明在防腐措施評價試驗裝置上進行的藥劑篩選結果真實可靠。

3 結論

（1）試驗裝置與現場工藝連接方便，不影響生產的正常進行。

（2）在試驗裝置上進行藥劑篩選試驗，具有條件可控，節約藥劑費用，數據真實可靠等優點。試驗裝置還可以進行材質、涂層的優化篩選，適用于多種防腐措施的現場評價。

參考文獻

[1]榮幼澧．用氧化-還原電位監督機爐腐蝕[J]．華東電力，2000，（6）：56-57.

[2]孫彥吉．海拉爾油田注水管道內腐蝕原因分析及對策[J]．腐蝕與防護，2013，（2）：180-182.

[3]王麗霞，李廷剛，王全鑫，等.油田注水系統地面管網腐蝕研究[J]．科學技術與工程，2009，19（7）：1 873-1 877.

（0459）5903786、jiaqing@petrochina.com.cn

收稿日期2015-04-17

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.049

2015-04-17

賈慶：高級工程師，碩士，畢業于大慶石油學院油田應用化學專業，主要從事油田防腐防垢技術研究工作。