YK6H井高壓閥門腐蝕及防護對策

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 腐蝕現狀

雅克拉氣田YK6H井井場和站外使用DN150，PN160高壓閥門多次發生腐蝕，造成頻繁關井更換閥門。閥門腐蝕特征:(1)法蘭槽存在不規整的坑蝕且整個鋼圈槽內圈密封面存在整體減薄現象，見圖1;閥門內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 腐蝕環境

YK6H井是雅克拉凝析氣田一口高溫、高壓、高產、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，日產凝析油110 t，日產天然氣50×104m3，日產水5 m3，天然氣中甲烷平均體積分數85.45%，乙烷平均體積分數5.31%，丙烷平均體積分數2.07%，平均相對密度0.66。凝析油密度在平均為0.79 g/cm3，動力黏度平均為2.66 Pa·s，蠟平均質量分數為15.96%。CO2質量分數為3.10%，H2S質量濃度為25 mg/m3。

2.2 閥門材質分析

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WCB(W表示可焊接的;C表示為鑄造的;B表示碳素鑄鋼的強度等級，為中等壓力等級)［1］，配對法蘭材質為16Mn，與其相連管線法蘭材質為06Cr13，鋼圈材質為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，井場部分管線(φ168 mm×11 mm管線材質為06Cr13)和站外轉換接頭后至站內管線為金屬材質管線(φ168 mm×11 mm管線材質為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法蘭和本體腐蝕刺漏事件，已累計更換高壓閥門6套。

表1 相關管材材質化學成分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，因焊接或熱處理過程中，未焊透或冷卻時焊縫出現砂眼。

WCB與A105都是美標材料，化學成份一致，兩者主要區別是加工方式，WCB為鑄造成型，A105為鍛造成型，但A105的力學性能要優于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，并在一定的介質中所發生的電化學腐蝕即屬電偶腐蝕。如不銹鋼和碳鋼的連接處，碳鋼在介質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溝槽、凹坑等局部腐蝕現象，距接觸部位愈近，腐蝕愈嚴重。碳鋼的點位序為－0.40 V，不銹鋼的點位序為 －0.30 V［2］。

溫度越高，電偶腐蝕速率先大后小，60℃時腐蝕速率最大，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，未形成FeCO3保護膜，腐蝕速率隨溫度升而加快;溫度在60～100℃時形成FeCO3保護膜，腐蝕速率隨溫度升而減少;溫度在100～120℃時形成FeCO3保護膜，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Fig.4 YK6H wellsite photo

圖5 腐蝕速度與溫度的關系Fig.5 Relationship of corrosion rate and temperature

3.2 介質壓力的影響

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

3.3 流速的影響

介質流速與腐蝕的關系，主要取決于介質與金屬的特性。金屬在介質不發生鈍化的情況下，流速越大，腐蝕速度愈大。碳鋼材質在雅克拉單井井口，高流速含腐蝕介質的油氣流在法蘭處容易發生紊流、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，當選用絕緣體非金屬管材料，流動的天然氣流體會產生靜電，非金屬管道受不良導體的制約，流動中所產生的電荷很難及時泄漏到大地，大部分電荷隨氣體的流動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在金屬管道上傳導釋放，如果金屬管道外防腐層有破損點，電流在此處流出之后會有腐蝕加劇的現象，另外如果外防腐層沒有破損，電荷分布在金屬管道上構成靜電磁場環境，可能影響介質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，加劇腐蝕穿孔進程;YK6H井集輸管線選用AMERON非金屬管道，投運不到一年的非金屬轉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，驗證了非金屬與金屬材料的靜電腐蝕問題。

4 結論

結合2009年“雅克拉氣田集輸系統抗腐蝕管道材質實驗”科研項目、雅克拉凝析氣田單井集輸管線抗腐蝕材質優選［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］等相關研究，YK6H井集輸管線16Mn材質腐蝕管段送檢，分析腐蝕產物主要為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YK6H閥門加工工藝缺陷、腐蝕現狀和腐蝕因素分析，對高壓凝析氣井集輸系統高壓閥門腐蝕治理措施如下:

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

(2)優化閥門加工工藝。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、閥門內部內襯不銹鋼(內襯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井生產閥門內襯FF級不銹鋼材質(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年試驗使用至今未更換，通過對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，擠涂結構:聚合物砂漿加強層+無溶劑環氧過渡層+無溶劑環氧防腐層，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行了試驗。

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

(4)恢復井口緩蝕劑加注，減緩對金屬管線和閥門的腐蝕。

［1］ 鄭云海，于國良.鋼制閥門常用主體材料［J］.閥門，2004(3):15-17.

［2］ 趙麥群，雷阿雨.金屬的腐蝕與防護［M］.北京:國防工業出版社，2002(9):100-108.

［3］ 梁根生，顏超，楊剛，等.雅克拉凝析氣田單井集輸管線抗腐蝕材質優選［J］. 腐蝕與防護，2011，32(9):753-755.

［4］ 胡志兵.16Mn集輸管線鋼在含CO2凝析氣田的腐蝕行為［J］. 腐蝕與防護，2013，34(3):267-272.

［5］ 楊剛，李鳳強.雅克拉凝析氣田采油樹構件腐蝕分析與防護措施［J］. 腐蝕與防護，2012，33(1):69-74.

［6］ 艾俊哲，梅平，郭興蓬.用失重法研究二氧化碳環境中的電偶腐蝕［J］. 材料保護，2008，41(2):60-62.

［7］ 楊剛，胡平，王勇，等.雙金屬復合管在雅克拉-大澇壩氣田的應用［J］.管道技術與設備，2013(2):50-52.

［8］ 李明，羊東明.集輸彎頭選材改型在雅克拉氣田CO2腐蝕環境下應用［J］. 新疆地質(增刊)，2009，3(27):94-96.