YK6H井高壓閥門腐蝕及防護(hù)對(duì)策

楊 剛，李 明，周國英，梁根生

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆庫車842017)

1 腐蝕現(xiàn)狀

雅克拉氣田YK6H井井場和站外使用DN150，PN160高壓閥門多次發(fā)生腐蝕，造成頻繁關(guān)井更換閥門。閥門腐蝕特征:(1)法蘭槽存在不規(guī)整的坑蝕且整個(gè)鋼圈槽內(nèi)圈密封面存在整體減薄現(xiàn)象，見圖1;閥門內(nèi)部通道呈潰腸狀腐蝕且部分存在深坑腐蝕(見圖2～3)。(2)閥門本體、法蘭焊縫底部有砂眼，砂眼為針眼大小。

圖1 法蘭鋼圈槽腐蝕Fig.1 Corrosion of steel ring groove

圖2 閥門內(nèi)部通道潰腸狀腐蝕Fig.2 Ulcers corrosion of valve internal channel

圖3 坑蝕Fig.3 Pitting corrosion

2 腐蝕行為分析

2.1 腐蝕環(huán)境

YK6H井是雅克拉凝析氣田一口高溫、高壓、高產(chǎn)、高流速的凝析氣井，油壓30 MPa，油溫80℃，回壓8.0 MPa，回溫60℃，流速6.5 m/s，日產(chǎn)凝析油110 t，日產(chǎn)天然氣50×104m3，日產(chǎn)水5 m3，天然氣中甲烷平均體積分?jǐn)?shù)85.45%，乙烷平均體積分?jǐn)?shù)5.31%，丙烷平均體積分?jǐn)?shù)2.07%，平均相對(duì)密度0.66。凝析油密度在平均為0.79 g/cm3，動(dòng)力黏度平均為2.66 Pa·s，蠟平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.96%。CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.10%，H2S質(zhì)量濃度為25 mg/m3。

2.2 閥門材質(zhì)分析

雅克拉采凝析氣田YK6H井場和站外使用DN150，PN160高壓閥門，閥門閥體及閥蓋材質(zhì)WCB(W表示可焊接的;C表示為鑄造的;B表示碳素鑄鋼的強(qiáng)度等級(jí)，為中等壓力等級(jí))［1］，配對(duì)法蘭材質(zhì)為16Mn，與其相連管線法蘭材質(zhì)為06Cr13，鋼圈材質(zhì)為06Cr13。因YK6H井集輸管線主管線采用AMERON公司芳香胺固化的6"玻璃鋼管材質(zhì)，井場部分管線(φ168 mm×11 mm管線材質(zhì)為06Cr13)和站外轉(zhuǎn)換接頭后至站內(nèi)管線為金屬材質(zhì)管線(φ168 mm×11 mm管線材質(zhì)為16Mn)。2009年YK6H井玻璃鋼主管線投用后井口停止加注緩蝕劑，井場照片見圖4。自2009年至2012年YK6H井井口和站外高壓閥門多次出現(xiàn)法蘭和本體腐蝕刺漏事件，已累計(jì)更換高壓閥門6套。

表1 相關(guān)管材材質(zhì)化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of related pipe material w，%

2.3 閥門的加工工藝缺陷

目前YK6H井井口使用的DN150，PN160閥門加工工藝:閥體為高壓鑄造閥門，閥門法蘭為鑄造加工，閥門法蘭與閥門焊接。鑄造過程中，閥門本體可能存在砂眼，給使用帶來安全隱患。閥門法蘭焊接時(shí)，因焊接或熱處理過程中，未焊透或冷卻時(shí)焊縫出現(xiàn)砂眼。

WCB與A105都是美標(biāo)材料，化學(xué)成份一致，兩者主要區(qū)別是加工方式，WCB為鑄造成型，A105為鍛造成型，但A105的力學(xué)性能要優(yōu)于WCB，鍛造工藝比鑄造工藝少砂眼氣孔，更適合使用在天然氣閥門上。

3 腐蝕影響因素

3.1 電偶腐蝕機(jī)理及影響因素

凡具有不同電極電位的金屬相互接觸，并在一定的介質(zhì)中所發(fā)生的電化學(xué)腐蝕即屬電偶腐蝕。如不銹鋼和碳鋼的連接處，碳鋼在介質(zhì)中做為陽極而被腐蝕。腐蝕特征為在兩種金屬接觸部位的周圍表面上耐蝕性差的金屬上常出現(xiàn)溝槽、凹坑等局部腐蝕現(xiàn)象，距接觸部位愈近，腐蝕愈嚴(yán)重。碳鋼的點(diǎn)位序?yàn)椋?.40 V，不銹鋼的點(diǎn)位序?yàn)?－0.30 V［2］。

溫度越高，電偶腐蝕速率先大后小，60℃時(shí)腐蝕速率最大，YK6H井回溫正處于腐蝕最大溫度。不同溫度和偶接面積比下碳鋼的腐蝕速度圖(見圖5)。溫度低于60℃時(shí)，未形成FeCO3保護(hù)膜，腐蝕速率隨溫度升而加快;溫度在60～100℃時(shí)形成FeCO3保護(hù)膜，腐蝕速率隨溫度升而減少;溫度在100～120℃時(shí)形成FeCO3保護(hù)膜，越來越致密，膜越來越薄，腐蝕速度最小，之后膜的致密性減小，腐蝕速率加快。

圖4 YK6H井場照片F(xiàn)ig.4 YK6H wellsite photo

圖5 腐蝕速度與溫度的關(guān)系Fig.5 Relationship of corrosion rate and temperature

3.2 介質(zhì)壓力的影響

介質(zhì)壓力越大，越易在法蘭處發(fā)生紊流，加速金屬法蘭面的腐蝕。特別是介質(zhì)中含CO2，壓力升高，CO2溶解度增大，加劇腐蝕。

3.3 流速的影響

介質(zhì)流速與腐蝕的關(guān)系，主要取決于介質(zhì)與金屬的特性。金屬在介質(zhì)不發(fā)生鈍化的情況下，流速越大，腐蝕速度愈大。碳鋼材質(zhì)在雅克拉單井井口，高流速含腐蝕介質(zhì)的油氣流在法蘭處容易發(fā)生紊流、空蝕、沖擊，加速金屬法蘭面的腐蝕。

3.4 靜電影響

在天然氣集輸管線中，當(dāng)選用絕緣體非金屬管材料，流動(dòng)的天然氣流體會(huì)產(chǎn)生靜電，非金屬管道受不良導(dǎo)體的制約，流動(dòng)中所產(chǎn)生的電荷很難及時(shí)泄漏到大地，大部分電荷隨氣體的流動(dòng)而聚集在非金屬管道上，在非金屬管道上積聚一定量的靜電荷會(huì)在金屬管道上傳導(dǎo)釋放，如果金屬管道外防腐層有破損點(diǎn)，電流在此處流出之后會(huì)有腐蝕加劇的現(xiàn)象，另外如果外防腐層沒有破損，電荷分布在金屬管道上構(gòu)成靜電磁場環(huán)境，可能影響介質(zhì)體系或材料本身的腐蝕性能，影響材料的氧化還原電位，使其腐蝕速率加大，造成管道薄弱處放電，加劇腐蝕穿孔進(jìn)程;YK6H井集輸管線選用AMERON非金屬管道，投運(yùn)不到一年的非金屬轉(zhuǎn)換接頭后的閥門及非金屬管線之后的金屬管線整體減簿至2～3 mm，驗(yàn)證了非金屬與金屬材料的靜電腐蝕問題。

4 結(jié)論

結(jié)合2009年“雅克拉氣田集輸系統(tǒng)抗腐蝕管道材質(zhì)實(shí)驗(yàn)”科研項(xiàng)目、雅克拉凝析氣田單井集輸管線抗腐蝕材質(zhì)優(yōu)選［3］、16Mn集輸管線鋼在含CO2凝析氣田的腐蝕行為［4］和YK6H井采油樹法蘭腐蝕［5］等相關(guān)研究，YK6H井集輸管線16Mn材質(zhì)腐蝕管段送檢，分析腐蝕產(chǎn)物主要為FeCO3，腐蝕為CO2沖刷腐蝕。YK6H井集輸管線上使用的 DN150，PN160閥門腐蝕主要也為CO2沖刷腐蝕;電偶腐蝕、靜電腐蝕和高流速在紊流、空蝕、沖擊腐蝕等的影響加速了法蘭金屬槽的CO2腐蝕，閥門本身加工工藝缺陷也是影響因素［6］。

5 防治措施

針對(duì)YK6H閥門加工工藝缺陷、腐蝕現(xiàn)狀和腐蝕因素分析，對(duì)高壓凝析氣井集輸系統(tǒng)高壓閥門腐蝕治理措施如下:

(1)選用耐蝕材料。選用316L不銹鋼材質(zhì)的閥門，2012年雅克拉氣田腐蝕治理，井口高壓閥門材質(zhì)更換為316L的不銹鋼鍛造閥門，與20#+316L復(fù)合管內(nèi)襯材質(zhì)的電位序一致［7］。

(2)優(yōu)化閥門加工工藝。將閥門鑄造工藝(WCB)改為鍛造工藝(A105)，減少砂眼、氣孔;將閥門法蘭鋼圈槽、閥門內(nèi)部內(nèi)襯不銹鋼(內(nèi)襯316L)，見圖6，提高法蘭槽和閥門的防腐蝕性能和抗沖蝕性能。在牙哈凝析氣田YH23-1-22井生產(chǎn)閥門內(nèi)襯FF級(jí)不銹鋼材質(zhì)(1Crl3)已成功使用18月未見腐蝕;雅克拉凝析氣田YK1、YK2、YK10井回壓管線1Crl3方墩彎頭在2008年試驗(yàn)使用至今未更換，通過對(duì)YK1井回壓管線1Crl3方墩彎頭取樣分析，方墩彎頭存在輕微腐蝕［8］。

圖6 閥門內(nèi)襯不銹鋼Fig.6 Valves lined with stainless steel

(3)連接面加以絕緣。在法蘭連接處所有接觸面均用涂層保護(hù)，擠涂結(jié)構(gòu):聚合物砂漿加強(qiáng)層+無溶劑環(huán)氧過渡層+無溶劑環(huán)氧防腐層，見圖7。此工藝2013年6月在塔河采油三廠高壓閥門法蘭上進(jìn)行了試驗(yàn)。

圖7 閥門法蘭涂層處理Fig.7 Valve flange coating processing

(4)恢復(fù)井口緩蝕劑加注，減緩對(duì)金屬管線和閥門的腐蝕。

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