分析南堡油田外輸管線腐蝕原因及措施

高新成 王東勃

摘要：近年來，冀東油田南堡聯合站再生氣管線頻繁產生穿孔問題，文章主要從生產的參數、工藝特點，以及再生氣組分等方面，針對此類管線投產后服役時間相對較長，井口流程及管線出現腐蝕穿孔等問題的原因展開細化探討，同時，探尋腐蝕穿孔的原因，進而開展針對性的處理操作，收獲效果較為顯著。

關鍵詞：管線;腐蝕問題;頻繁;介質

引言：在2009年下半年正式開展管線的應用，經由測量問題部位邊壁厚度的方式，分析出相應部位和周邊的管壁產生了較為顯著的薄化情況，同時伴隨著坑蝕、點蝕問題。經由初步分析斷定上述情況出現和管線內部雜質、氣體等沖刷管壁相關的可能性較大，此類問題也稱之為沖刷腐蝕。

一、沖刷腐蝕

（一）概述

沖刷腐蝕主要指的為金屬表面和腐蝕流體間，因高速相對運動影響，出現的金屬損傷類問題。一般處于流速較低或者靜止的腐蝕介質內，腐蝕影響相對不明顯，但在腐蝕流體進行速度較大的運動期間，會導致金屬表面可以發揮保護作用的膜層遭到破壞，例如腐蝕產物膜或者表面膜等，具體而言，膜層逐漸薄化，或者因加速影響，導致金屬腐蝕速度加快。

由此，此類問題是基于腐蝕和流體沖刷的共同作用而產生的，一般在一些海洋工程或者在臨海區域內進行建設的工程中，出現的可能性和頻率較高，同時，在一些能源、油氣生產等工業領域的各類過流部件和管道中，也時有發生，多會在運動流體內的合金或者金屬上表現出來。

沖刷腐蝕對管線的葉輪、肘管、泵、彎頭、換熱器進出口等位置產生的影響較為嚴重，具體而言，由于這些位置通常會出現流體速度或者方向改變等，或者紊流增大的現象。受沖刷腐蝕的金屬，表面會出現一些馬蹄狀的痕跡，或者溝槽、凹谷等，如果受腐蝕影響，但表面沒有腐蝕產物堆積，且呈現光亮狀態，則是由于流向的影響，一般是按照流體局部流動方向或者表面不規則產生的紊流，導致彎管或者相關部位出現較為顯著的局部腐蝕，導致管壁薄化速度加快，甚至引發穿孔問題。

（二）作用機理

沖刷腐蝕主要是將流體自身機械作用、流體對電化學產生的腐蝕影響，和兩者的相互作用當做基本特點的。沖刷會加劇腐蝕的影響，并加快腐蝕作用。具體而言：

其一，促使傳質的速度加快，利用去極化劑，將金屬表面堆積的腐蝕產物清除。

其二，受高流速影響，壓應力和切應力發生改變，由于氣泡或者多相流動固體顆粒產生的沖擊影響，導致表面膜層出現薄化、碎裂等問題，或者經由局部能量提高、塑性變形等，產生應變差異電池，進而促使腐蝕影響更為顯著化。

其三，部分保護膜脫離表面，使得新鮮體暴露出來，孔和膜之間形成電偶腐蝕作用。

二、影響因素及腐蝕原因分析

據相關統計顯示，從2016年下半年到2017年上半年，由于流程管線投產后，服役時間長，井口流程及管線多次出現腐蝕穿孔問題，具體穿孔位置多為彎頭附近。2016年10月，出現于換熱設備出口管線彎頭圍邊區域，管壁出現薄化問題，坑蝕、點蝕位置較為密集;2016年11月，出現于換熱設備出口管線彎頭圍邊區域，管壁出現薄化問題，坑蝕、點蝕位置較為密集;2017年2月，出現于換熱設備出口爬坡管線彎頭圍邊區域，管壁出現薄化問題，坑蝕、點蝕位置較為密集;2011年3月，出現于換熱設備出口爬坡管線彎頭圍邊區域，管壁出現薄化問題，坑蝕、點蝕位置較為密集。

（一）因素列舉

和基于其他應力作用影響的腐蝕類問題照比而言，可對此類腐蝕問題產生影響的因素，繁瑣性更高。不僅包括材料自身機械性能、構成成分、表面的粗糙性等，也包括pH值、硬度以及介質溫度等，甚至還有流部件結構、流體狀態及流動速度等[1]。

1.多相流

在流體內具有固體顆粒或氣泡的情況下，和單相流相比較來講，所形成沖刷腐蝕的影響更為明顯，同時，會導致臨界的流速大幅降低。

2.流速

通常來講，流動速度的提升，會導致沖刷腐蝕的影響大幅提升。

3.流態

流體流態具體包括湍流與層流兩種，針對第一種來講，屬于非穩態流，壓強及流速等通常會發生一些不規則的改變，是損害性較高的一種流態;第二種流態下，流體的質點混雜且互補，軌跡線互為平行狀態。

（二）具體原因

管線的直徑為150mm;運行介質屬于天然氣;運行壓力處于1.7到1.9Mpa。每小時可產生氣體量為8000標方。

1.流速計算

基于S=3.14×r2能夠得出，基于標準狀況下，此管道內氣體的流速是每秒124.3m;基于PV=nRT能夠得出，基于壓力為1.8Mpa的條件下，天然氣流速是每秒6.78m[2]。

根據壓力的大小，可將壓力管道劃分成：其一，超高壓管道，即壓力超過100Mpa;其二，高壓管道，即壓力大于10Mpa，且小于或者等于100Mpa，建議氣流速度不超過每秒30m;其三，中壓管道，即壓力大于1.6Mpa，且不超過10Mpa，建議氣流速度每秒處于10到15m之間;其四，低壓管道，即壓力大于或者等于0Mpa，且不超過1.6Mpa，建議氣流速度每秒處于5到6m之間。

2.細化分析

其一，從腐蝕表現特征方面。穿孔管線的表現特征包括：內部腐蝕;腐蝕位置多為彎頭或者臨近區域;穿孔位置附近區域的管壁出現薄化現象，厚度只達到1到2mm左右;腐蝕區域周邊出現較為顯著的坑蝕、點蝕的情況，管壁出現淚滴狀、溝槽等表現。上述腐蝕特點和沖刷腐蝕表現特征完全相符。

其二，從運行介質方面。首先，管線運行期間，再生天然氣于彎頭位置周邊會出現流動方向改變的情況，極易引發湍流形成，進而加速沖刷腐蝕。其次，近年來，因上游設置的一些脫硫設備中的很多脫硫劑流入了天然氣管道內部，導致管道中的一些粉塵顆粒經由壓縮設備進入到過濾分離設備中，對其中的濾芯造成了較為明顯的腐蝕性影響，使得濾芯難以正常發揮作用。隨后，相應顆粒會進到分子篩中，因此類設備的間隙較窄，會導致顆粒過多的集中在上端位置處，如此一來，在分子篩再生的同時，氣流和脫水吸附氣流的方向不同，所以分子篩上端位置中的一些粉塵進入到管線內部。氣體在離開分子篩后會帶有較多的水分，粉塵顆?；谒肿饔?，出現板結、固化等問題，導致氣體內產生二相流，從而使得沖刷腐蝕影響愈發顯著。由此，管線存在沖刷腐蝕基礎性條件。

經由上述對腐蝕表現及運行介質的分析，能夠得出，此類穿孔問題產生的主要原因為，天然氣將脫硫劑粉塵顆粒帶至管線彎頭周邊位置中的管壁，形成沖刷影響而造成的。

三、預防措施分析

結合上述原因分析，可通過如下措施加以預防：

其一，優化設計，增加管線直徑，減少氣體的流動速度。計算后得知，倘若利用DN200管線替代原有管線，氣體的流動速度可降低45%左右，和之前的每秒3.8m存在較大差距。

其二，盡可能的防止惡劣湍流的產生。于分子篩再生的同時，對其前后流程開展緩慢的導通操作，以降低湍流出現可能性。于管線彎頭位置盡量的選擇低度數的彎頭，有助于大幅減少惡劣湍流產生幾率。

其三，在來氣管線上添設霧化水洗設備，促使天然氣內的粉塵顆粒能夠被阻攔在入口的分離設備處，以降低脫硫劑等顆粒進入到過濾分離和壓縮設備中，對相關設備造成影響[3]。

其四，縮減過濾分離設備更換濾芯的間隔時間，降低甚至完全消除濾芯被腐蝕后，脫硫劑顆粒進入到分子篩中對其造成不良影響。

結論：綜上所述，經由上述措施的應用，針對管線開展的防沖刷腐蝕相關操作取得了較為優良的成果。在一年的期間內，針對管線中出現穿孔問題可能性較高的部位開展細化檢測，沒有發現相應部位出現薄化的問題，管線也沒有再出現過腐蝕穿孔的問題，但因跟蹤調查時間尚短，因此，還需要展開進一步的觀察和探究。

參考文獻：

[1]李志斌.一起儀表空氣露點不合格的原因分析及技改處理[J].瀘天化科技，2017（04）：197-199.

[2]陳鵬軒，張井魯，鄧全文.新疆某天然氣處理站分子篩脫水橇投產故障分析及處理措施[J].中國石油石化，2017（08）：166-168.

[3]張超凡，李振偉，胡東平.HXK-5000/8型分子篩純化系統再生流程壓力高原因分析及處理[J].深冷技術，2016（01）：57-60.