天然氣長輸管道內腐蝕原因分析及控制措施

陶海成 李艷麗(中海油安全技術服務有限公司，天津 300457)

0 引言

某天然氣長輸管道投產運行五年后進行內檢測，發現部分管段存在大量內腐蝕缺陷，形成內腐蝕群，并且在內檢測前清管時清出大量黑色粉塵，為天然氣長輸管道的安全運行帶來隱患，因此需要對內腐蝕成因進行分析并提出相關措施，保證管道的安全運行。

1 管道輸送介質分析

本天然氣長輸管道投運初期曾輸送過濕天然氣，但無相關介質組分數據。目前輸送介質組分如表1所示。

表1 天然氣管道目前輸送介質組分

為了對管道投運初期輸送濕氣時的腐蝕情況進行分析，參考目前輸送介質組分，考慮天然氣為濕氣，計算運行壓力1.6MPa 下管道腐蝕速率，結果如圖1所示。

圖1 運行壓力下輸送濕氣管道腐蝕速率

可見運行壓力為1.6MPa，輸送CO2含量為0.39%的濕氣，管道腐蝕速率為0.28mm/a，因此如果管道輸送的天然氣脫水處理不好，又混雜CO2等酸性氣體，在溫度、壓力、流速等多種因素的影響下，管道的內腐蝕將十分嚴重。

本管道在目前運行工況下輸送的天然氣水露點為-40℃，管道所處地域極端最低氣溫為-28.4℃，天然氣含水量一定時，一旦介質溫度低于其對應壓力下的水露點，將形成冷凝水，因此，水露點越低越不易凝水。另一方面，在一定含水量下水露點隨壓力升高而升高，因此，隨著操作壓力的提高有可能出現冷凝水，本管道所在地極端最低氣溫高于目前運行工況下天然氣水露點，因此管道輸送的天然氣在目前的運行工況下不會出現冷凝水，即目前條件下管道內腐蝕可能性很小。

2 管道黑色粉塵分析

本次內檢測前對管道進行了清管，清出了大量黑色粉塵，如圖2所示，清出的管道內部黑色粉塵重量總計8313kg。

圖2 管道內清出的黑色粉塵

采用X 射線衍射(XRD)法對HDCP 清管清出的黑色粉塵無機組成成分進行了分析，黑色粉塵由Fe3O4、SiO2組成，黑色粉塵分析結果見圖3。

采用X 射線熒光光譜儀對黑色粉塵樣品進行了半定量分析，黑色粉塵元素含量見表2。

表2 HDCP清管黑色粉塵元素含量

根據分析結果，粉塵主要由Fe、S、Si、Mg、Mn、Ca 等元素組成，其中Fe 元素含量最高，為56.20%，說明黑色粉塵來源之一是管道腐蝕產物，是由管輸天然氣所含的某些雜質與輸送管道相互作用而產生的，粉塵由Fe3O4、SiO2組成，通常情況下，Fe3O4由Fe(OH)3失水形成，Fe(OH)3來自CO2腐蝕和細菌所造成的氧濃差電池腐蝕，可能因為本管道投運初期輸送濕天然氣所致。

3 管道施工情況分析

管道試運行前要進行水壓試驗，本管道試壓前后進行了清管測徑，通過查閱部分施工文件，顯示清管后清管器前無明水，清管合格，但未搜集到管道試壓后干燥作業記錄。在管道進行水壓試驗后的干燥過程中，如果干燥的工藝和干燥質量未能滿足要求，使得在管道的低洼處產生積液，可能導致管道投產前發生內腐蝕。同時根據經驗，管道試壓用水大都取自附近河流、湖泊或其他水源，水中一般含有大量各種各樣的細菌，這種水如果不加處理，勢必將大量細菌帶入管內，細菌分為好氧菌和厭氧菌兩種，在運行過程中，主要是厭氧菌作用，在內部沒有足夠清管和清潔的情況下，會產生管內細菌腐蝕，本次未對清出的沉積物進行細菌分離、培養和分析，建議下次清管時對清出的沉積物進行細菌分離和培養，分析沉積物中是否有活性細菌存在，如果有活菌存在，使用適當的殺菌劑。

圖3 HDCP清管黑色粉塵分析結果

4 管道內腐蝕原因分析

本管道內檢測結果顯示多個管節存在內腐蝕群缺陷，本文選擇典型管節69370、69380、69390管節進行分析，此三個管節分別識別出10處、182處、30處內腐蝕缺陷，管節69370內腐蝕缺陷主要集中在4:00～8:00范圍內，管節69380內腐蝕缺陷主要集中在6:00～9:00范圍內，管節69390內腐蝕缺陷主要集中在6:00～9:00范圍內。圖4為管節69370、69380、69390高程圖，可以看出，管節69370相對上下游管節處于高程較高位置，且腐蝕缺陷較少，因此管節69370的內腐蝕原因最大可能為建造期造成；管節69380、69390相對上下游管節處于高程較低位置，同時考慮到內腐蝕缺陷所處時鐘方位集中于管道底部區域，因此管節69380、69390內腐蝕成因最大可能性為管道處于較低位置，導致管道內部存在水露聚集，造成的管體內腐蝕群，因此管道內腐蝕既有建造期原因也有運營期原因。

圖4 管節69370、69380、69390內腐蝕情況

5 管道內腐蝕控制措施

通過以上分析可知，導致本管道發生內腐蝕的原因有多種，既有建造期管道試壓用水未經處理、試壓后干燥質量未能滿足要求等原因，也有管道投運后輸送濕氣的原因。管道后期運行時應采取以下措施防止內腐蝕情況加重，保障管道安全運行。

(1) 按照SY/T 5922—2012《天然氣管道運行規范》中的規定，定期對天然氣取樣檢測，確保天然氣氣質指標滿足標準要求，并根據管道輸送的氣質情況、管道的輸送效率和輸送壓差確定合理的清管周期。

(2) 在下次清管時對清出的沉積物進行細菌分離和培養，分析沉積物中是否有活性細菌存在，如果有活菌存在，使用適當的殺菌劑。

(3) 在下次內檢測時，對內部金屬損失的增長趨勢進行關注，確認內腐蝕的控制效果。

6 結語

綜上所述，本管道發生內腐蝕的原因既有建造期管道試壓用水未經處理、試壓后干燥質量未能滿足要求等原因，也有管道投運后輸送濕氣的原因，管道后期運行過程中應定期對天然氣取樣檢測，并根據管道輸送的氣質情況、管道的輸送效率和輸送壓差確定合理的清管周期，根據清管產物分析結果采取相應措施，保障管道安全運行。