腐蝕性天然氣集輸管道管材選擇

李艷貴（大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163712）

腐蝕性天然氣集輸管道管材選擇

李艷貴（大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163712）

大慶油田氣田深層天然氣中CO2含量較高，四川天然氣H2S含量較高，均為高腐蝕性介質(zhì)，且輸送壓力相對較高，一般在8MPa以上，在設(shè)計過程中必須要慎重考慮集氣管道的材質(zhì)。

腐蝕;集輸管道;復(fù)合管;不銹鋼管

管道輸送介質(zhì)為富含CO2或H2S天然氣，在0.1MPa壓力和25℃溫度下，CO2和水溶液的PH值為3.7，H2S飽和水溶液的PH值更低。輸送CO2或H2S天然氣的管道腐蝕環(huán)境應(yīng)為介質(zhì)中含有液相水和CO2或H2S，且濃度越高，腐蝕越嚴重。該類介質(zhì)腐蝕最典型的特征是呈現(xiàn)局部的點蝕，輪癬狀腐蝕和臺面狀坑蝕，屬于不均勻性腐蝕，具有強腐蝕性，H2S還會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。其中，臺面狀坑蝕過程是最嚴重的一種情況，這種腐蝕速度可達20mm/a。

影響腐蝕的主要因素包括：（1）分壓越大，腐蝕越快。（2）流速越快，腐蝕越嚴重，高流速促進了腐蝕。（3）溫度越高，腐蝕越快。

腐蝕性天然氣集輸管道選材方案主要有以下幾種：

(1)碳鋼+緩蝕劑

集輸管道設(shè)計年限一般為50年，如采用普通碳鋼管材，管道的承壓能力強，但是采取取一定的腐蝕余量和添加緩蝕劑的措施對不均勻腐蝕效果不佳，難以滿足耐腐蝕要求，且存在較大的風(fēng)險和安全隱患。

(2)為了發(fā)揮316L不銹鋼優(yōu)異的耐腐蝕性能和碳鋼良好的力學(xué)性能，同時降低工程投資成本，采用雙金屬復(fù)合管（基管-碳鋼＋襯管-316L不銹鋼）作為集輸管道。雙金屬復(fù)合管的價格是碳鋼管（20號鋼）3倍左右，比不銹鋼管降低了很多。

(3)316L不銹鋼（00Cr17Ni14Mo2）材質(zhì)管材，屬于含鉬不銹鋼種，含碳量0.03%，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、良好的機械力學(xué)性能和焊接性能。但由于目前國內(nèi)市場上，316L不銹鋼鋼材的價格接近碳鋼的9倍，采用316L不銹鋼將大大增加工程的成本，降低工程實施的經(jīng)濟效益。

碳鋼+緩蝕劑與雙金屬復(fù)合管技術(shù)對比

主要缺點1、安全可靠性相對較差，后期維護、緩蝕劑購置費、操作運行、管理費用以及其它的附加費用高。2、氣田后期緩蝕劑加注的維護、管理繁瑣、困難。1、管道價格昂貴，投資大幅提高。2、國內(nèi)施工經(jīng)驗較少，缺乏成熟的焊接工藝。管道價格及其昂貴，投資大幅提高。

雙金屬復(fù)合管既有不銹鋼管道的耐腐蝕能力，也有碳鋼管道的承壓能力，雙金屬復(fù)合管使基管的力學(xué)性能和襯管的耐蝕性能完美結(jié)合。其原理是：基管與襯管同軸裝配后襯管內(nèi)裝入液壓動力管，利用其產(chǎn)生的瞬間爆燃力的形式，通過介質(zhì)傳遞給襯管。使襯管發(fā)生塑性變形，使基管發(fā)生彈性變形，在完成的瞬間基管的回彈量遠大與襯管，從而使基管和襯管達到緊密的過盈貼合，達到復(fù)合狀態(tài)。

目前國外的雙金屬復(fù)合鋼管已基本成熟，已經(jīng)發(fā)布了API 5LD復(fù)合鋼管的標準。國內(nèi)已發(fā)布的標準為“內(nèi)覆或襯里耐腐蝕合金復(fù)合鋼管規(guī)范”（SY/T6623－2005）。德國的butting公司，澳大利亞的CladTek公司都可以生產(chǎn)復(fù)合管。國內(nèi)目前主要有西安向陽航天材料股份有限公司復(fù)合管廠。復(fù)合管已經(jīng)應(yīng)用于許多工程中，四川達州普光氣田（H2S含量平均15%，CO2含量平均10%，Cl-含量約40000mg/L）采氣管線使用以X52無縫鋼管為基體，825鎳基合金為內(nèi)襯的雙金屬復(fù)合管，目前，該管線正處在運行階段。大慶油田宋芳屯氣田高含CO2氣井采氣管線采用的是20無縫鋼管為基體，316L鋼為內(nèi)襯的雙金屬復(fù)合管，目前運行良好。

結(jié)語

對于腐蝕性天然氣集輸管道，如果管道較長且管徑較大，建議采用碳鋼+緩蝕劑的方案；對于管道相對較短且管徑較小，建議采用雙金屬復(fù)合管的方案；對于站內(nèi)管道建議采用不銹鋼管道的方案。

[1]馮叔初、郭揆常等.油氣集輸與礦場加工.東營中國石油大學(xué)出版社，2006.12第2版。

[2]張學(xué)元、邸超、雷良才.二氧化碳腐蝕與控制.化學(xué)工業(yè)出版社，2001.1。

[3]閆鳳芹、夏智富.硫化氫應(yīng)力腐蝕原理與防護措施.《煉油與化工》，2009年第1期。

李艷貴，工程師，本科，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），天然氣集輸與處理及化工設(shè)計。