高含二氧化碳氣田集輸管道技術經濟分析

高含二氧化碳氣田集輸管道技術經濟分析

張亞飛 朱 偉 陳 庚 楊 強 戚 娟

中國石油工程設計有限責任公司西南分公司

長嶺1號氣是國內最大的陸上高含CO2氣田。目前高含CO2氣田集輸工藝中可供選擇的防腐方式有：碳鋼加緩蝕劑、碳鋼加內涂層、玻璃鋼管、13Cr不銹鋼、雙相不銹鋼、304不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬復合管等。影響各方案比較結果的因素主要在于管材費用、緩蝕劑購置費。在高含CO2氣田集輸管道工程中，具體采用哪種材質的管材，可根據工程所選管徑、穩產年限、緩蝕劑加注量，結合技術經濟分析結果而定。在長嶺1號氣田DN250 mm的集輸管道采用了投資低且無維護的316 L雙金屬復合管。

CO2腐蝕；管材；緩蝕劑；技術經濟；費用

1 工程概況

長嶺1號氣田位于吉林省西部松原市境內，是國內最大的陸上高含二氧化碳（CO2）氣田。該氣田分為高含CO2的營城組區塊和低含CO2的登婁庫區塊，其中營城組區塊經過幾年的穩定開發，天然氣中CO2含量加權平均保持在25%（mol%）左右。根據長嶺1號氣田氣井分布集中，集氣站及天然氣處理廠位于氣田中心的特點，本工程采用放射狀管網布置，多井集氣，高、中壓輸送，集中輪換、分離處理的工藝流程。氣田內部共設1號和2號兩座集氣站，各井站天然氣通過采氣管線直接輸送至就近的集氣站，集氣站天然氣通過集氣管線輸至處理廠進行脫水、脫碳處理后外輸。

2 管材選擇

由于石油天然氣行業輸送介質的特殊性，目前高含CO2氣田集輸工藝中可供選擇的防腐方式有：碳鋼加緩蝕劑、碳鋼加內涂層、玻璃鋼管、13Cr不銹鋼、雙相不銹鋼、304不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬復合管等[1]。

針對長嶺1號氣田的特點進行分析，除碳鋼加內涂層、玻璃鋼管、13Cr不銹鋼、304不銹鋼由于管道自身的特點不適用于本氣田外，其余4種方案均適用于長嶺氣田集輸管道。以下對碳鋼加緩蝕劑、雙相不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬復合管4種管材進行詳細的經濟分析及對比。

3 管材技術經濟比較

選擇1條集氣管線，設計壓力10 MPa，實際運行壓力8.0 MPa，線路長度5.0 km，年運行天數350天，針對DN100 mm、DN150 mm、DN200 mm、 DN250 mm 4種常用管徑分別計算建設期費用投資和長期運行費用。管線長度、外徑、敷設方式一致時，采取不同材質管線工程費差異主要體現在管材費、管道安裝費、設備費、緩蝕劑購置費、運行費（設備維護+電費）等方面。在進行技術經濟計算時，計算期為10年，折現率10%，其中L245NB碳鋼管材價格9 500元/噸，雙相不銹鋼管材價格102 000元/噸，316 L不銹鋼管材價格60 000元/噸，316L內襯復合鋼管管材價格40 000元/噸。根據工程實際條件，核算出4種不同材質管材在4種管徑條件下對應的外徑及壁厚[2-3]。

3.1 碳鋼加緩蝕劑方案

結合本工程實際情況，選擇L245NB碳鋼管加緩蝕劑的方案。目前CO2腐蝕緩蝕劑種類繁多，國外對CO2腐蝕緩蝕劑產品研究相比國內更成熟，但產品價格較貴，國內較知名的廠家生產的產品也基本可以達到技術要求，具體選用哪種緩蝕劑需要結合工程氣質條件經過嚴格的實驗驗證。通過對各種緩蝕劑價格的調研，以4萬元/噸進行計算。緩蝕劑加注時間一般要根據氣田水中緩蝕劑的濃度來判斷，根據本工程具體條件，在不同管徑條件下用HYSYS軟件模擬實際工況進行計算。緩蝕劑加注量、緩蝕劑購置費、設備費、運行費（設備維護+電費）、管材費、管道安裝費見表1。運行費和緩蝕劑購置費在10年內每年都發生，需將這部分費用折現。

3.2 不銹鋼和雙金屬復合管方案

通過大量實驗模擬，雙相不銹鋼和316 L材料管材本身具有良好的抗CO2腐蝕性能，在本工程的氣質條件下，基本沒有腐蝕，所以采用雙相不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬復合管這3種方案時，在穩產期10年內不需要更換管材，無維護費用，不考慮緩蝕劑加注設備購置費、運行費（設備維護+電費）、緩蝕劑購置費。總費用為管材費+管道安裝費，管材費、管道安裝費均為一次性投入。雙相不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬復合管方案費用見表2、表3和表4，各方案的一次性投資及總費用比較見表5。

表1 碳鋼加緩蝕劑方案費用

表2 雙相不銹鋼方案費用

表3 316 L不銹鋼方案費用

4 結論

根據以上分析，對于4種不同管徑，一次性投資最小的均為碳鋼加緩蝕劑方案，主要是因為管材費用低；但綜合考慮10年中的緩蝕劑購置費和運行費用后，4種不同管徑方案中總費用最低的均為316 L雙金屬復合管。雙相不銹鋼方案和316 L不銹鋼方案的投資大小在不同管徑條件下結果不盡相同，主要原因在于這兩種管材強度不同，同一管徑條件下壁厚相差很大，管徑和壁厚差越大，造成管材費用相差也越大。

表4 316 L雙金屬復合管方案費用

表5 各方案費用比較

影響各方案比較結果的因素主要在于管材費用、緩蝕劑購置費。在高含CO2氣田集輸管道工程中，具體采用哪種材質的管材，可根據工程所選管徑、穩產年限、緩蝕劑加注量，結合技術經濟分析結果而定。在長嶺1號氣田DN250 mm的集輸管道采用了投資低且無維護的316 L雙金屬復合管。

[1]傅廣海．徐深氣田CO2防腐技術分析[J]．油氣田地面工程，2008，27（4）：66-67．

[2]易成高，宮敬，楊勇，等．含二氧化碳天然氣集輸管道管材的優選[J]．油氣儲運，2009，28（6）：76-78．

[3]馮琦，何秀芬，楊英．磨溪氣田地面集輸系統腐蝕現狀及處理措施[J]．天然氣與石油，2003，21（3）：28-31．

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.002