普光氣田腐蝕與防護技術

劉二喜，田燁瑞，賈厚田

(中國石化中原油田普光分公司采氣廠，四川達州 636156)

1 普光氣田防腐現狀

普光氣田屬典型高含硫化氫天然氣田，集輸系統選用濕氣加熱保溫混輸工藝，因此要求采取更為完善的腐蝕控制技術。普光氣田集輸系統采用了“抗硫管材+緩蝕劑+陰極保護+智能清管”聯合防腐工藝。井口采出的天然氣在集氣站內經加熱、節流、分離、計量后外輸，采用“加熱保溫+注緩蝕劑+水合物抑制劑”工藝經集氣支線進入集氣干線，然后輸送至集氣總站。站外集輸管線外防腐采用“防腐保溫層+陰極保護”技術，內防腐采用“緩蝕劑連續加注+緩蝕劑批處理涂膜”技術，最大程度上減緩惡劣工況下介質對設備和管道的腐蝕。

普光氣田腐蝕具有如下特征：氣、水、固共存的多相流腐蝕介質；高溫/高壓環境；硫化氫、二氧化碳、氯離子和水分是主要的腐蝕介質。同時，氣田設備還承受較大載荷，并可能遭到微生物(如硫酸鹽還原菌)的侵蝕和雜散電流的影響。因此，氣田腐蝕既有全面腐蝕又有局部腐蝕。

在國內對高含硫氣田地面集輸管道腐蝕機理原因、材質選擇、緩蝕劑選擇、預膜技術、腐蝕監測等方面未形成配套成熟技術的情況下，普光氣田根據實際情況采用了多方位的腐蝕控制方法。通過腐蝕監測與控制技術的應用，綜合掌握了系統的腐蝕趨勢與動態，以判斷腐蝕控制技術措施的實施效果，發現不正常的腐蝕因素，從而對地面集輸系統管道和設備安全性進行有效管理，延長設備的使用壽命，間接減少對設備的投資，同時為以后高酸氣田開發的腐蝕監測與控制提供經驗。

2 腐蝕控制的目標

通過建立完善的腐蝕監測體系，綜合評估了高酸性氣田不同管材、不同位置、不同工況下的腐蝕規律；實施有效的腐蝕控制方案，控制高含硫介質對系統的腐蝕。普光氣田集輸系統腐蝕控制執行SY/T0611-2008《高含硫化氫氣田集輸管道系統內腐蝕控制要求》腐蝕控制的要求，即設備與管道平均腐蝕速率為≤0.076 mm/a。

3 腐蝕監測體系的構建

3.1 集輸系統腐蝕監測點分布

集輸系統腐蝕監測系統監測點分布在介質參數變化較為明顯的區域、腐蝕介質易于積聚的區域與管道設備相對脆弱的區域，具體分布如下：①加熱爐進出口；②計量分離器氣相出口與液相匯管；③外輸管道進站與出站口位置；④沿線閥室處管道焊縫與彎頭處。

3.2 多種監測手段綜合利用

站場采用CC、ER、LPR方式，線路管道采用FSM方法，進行腐蝕監測。在線監測方法測量的數據通過網絡傳至站控室和中控室，實時在線監測和分析，普光氣田集輸系統腐蝕監測體系網絡見圖1。

圖1 普光氣田集輸系統腐蝕監測體系網絡

3.2.1腐蝕掛片(CC)法

通過失重法來確定整個實驗周期內的平均腐蝕速度，同時觀察試片上點蝕。

3.2.2電阻探針(ER)

通過測量電阻探頭的金屬損耗量來測量腐蝕，探頭為平試片。

3.2.3電指紋(FSM)

FSM是一種非插入全周向腐蝕監測技術。在管道焊縫及焊縫兩側的管道表面均勻布置128個探針電阻形成區域矩陣，見圖2。通過監測矩陣區域內管壁的電場變化，實時在線測量管道壁厚變化、腐蝕趨向和腐蝕速率。其敏感性和重復性是剩余壁厚的0.1%。

圖2 電指紋系統與監測曲線

3.2.4介質性質監測

3.3 周期性全面檢測

3.3.1智能檢測

通過周期性智能清管對集輸管道的幾何變形和金屬損失進行定位、定性、定量檢測分析，及時掌握管線的腐蝕情況。

3.3.2設備管道無損檢測與評價——超聲波全面檢測

采用磁粉探傷、超聲波C掃描和相控陣等技術對于站場管線進行全面檢測，及時對于腐蝕嚴重區域進行診斷和識別，掌握站場腐蝕狀況，發現隱患并及時處理。

3.3.3管道外壁防腐層檢測——PCM多頻管中電流、CIPS密間隔電位檢測技術

a)PCM檢測

PCM是一項檢測埋地管道防腐層漏電狀況的技術，是以管中電流梯度測試法為基礎的改進型防腐層檢測方法，能準確檢測管道防腐層破損情況。

b)密間隔電位測量法

密間隔電位測量法是通過電位的測量來確定管道未保護和過保護，判定管線的陰極保護效果和管道防腐層的狀態。

普光氣田集輸系統建立了完善的腐蝕監測與檢測體系，系統投運以來，采集了大量的現場腐蝕數據，完善了高含硫氣田集輸系統腐蝕數據庫，為探索高含硫介質的腐蝕規律和腐蝕控制提供了數據支持。

4 腐蝕控制體系的實施

普光氣田地面集輸系統采用“抗硫管材+緩蝕劑+防腐涂層+陰極保護”的聯合防腐工藝，其中內防腐技術主要采用“抗硫管材+緩蝕劑”，外防腐技術主要采用“防腐涂層+陰極保護”。

4.1 內腐蝕控制體系——緩蝕劑的應用

根據實際工況，普光主體采用CI-1204水溶性緩蝕劑進行連續加注，大灣區塊采用5K35油溶性緩蝕劑進行連續加注；普光主體采用CI-545油溶性緩蝕劑、大灣區塊采用5K35油溶性緩蝕劑每月一次進行批處理作業。通過嚴格的緩蝕劑應用程序，普光氣田集輸系統腐蝕速率整體受控。

a)緩蝕劑連續加注流程加注點設在每口井一級節流后管段以及酸氣管線出站發球筒前管段，由固定式緩蝕劑加注撬進行連續加注，采用霧化工藝以保證足夠距離達到腐蝕控制的要求，選用中空式霧化噴頭，安裝在管線的中線部位，以保證霧化效果。連續加注示意見圖3。

b)緩蝕劑批處理的目的是在集輸管線內壁上形成一層堅固的油溶性緩蝕劑膜。為了實現這個目標，在每次批處理開始之前，在管線內運行鋼絲刷的清管器清潔管壁及管道內低洼處的積水。

圖3 緩蝕劑連續加注示意圖

批處理的緩蝕劑應與柴油按比例1∶1預先混合，緩蝕劑的化學組分對金屬表面有吸附力。批處理的過程中，要確保在兩個清管器之間投入足夠的緩蝕劑，以保證全周覆蓋。對于沒有清管設備的管線，要采用高容量泵向管線中泵入1∶1的混合劑以便最優化模擬環繞面。該過程要重復兩次以上，以達到完全環繞面。

批處理過程中會在管線內壁形成大約,0.08 mm的緩蝕劑涂層，它因自身粘性緊密吸附在管道內壁，一定程度上阻止了含硫天然氣直接于管道內壁的接觸，大大減少了硫化氫、二氧化碳酸性介質對管道的腐蝕。

4.2 外腐蝕控制體系

4.2.1防腐涂層

DN400以下(包括DN400)酸氣集輸管道采用硬質聚氨脂泡沫聚乙烯防腐保溫層，底層防腐涂料采用無溶劑液體環氧涂料，補口采用粘彈體膠帶、輻射交聯聚乙烯熱收縮帶。DN500的集輸管道和燃料氣管道采用加強級三層PE防腐結構，管道補口采用輻射交聯聚乙烯熱收縮帶。

4.2.2外加電流陰極保護

普光氣田集輸管道采用強制電流陰極保護，共設11座陰極保護站，58個陰保電位測試樁，管線進出站處設置絕緣法蘭，管道保護電位控制在-0.85至-1.15 V之間，確保整條集輸管道處于陰極保護之中。

普光氣田集輸管網電位控制在-0.85V至-1.15 V之間，系統保護率到達100%。

5 腐蝕分析方法

5.1 工況與材料分析

工況差異與材料差異是造成腐蝕變化的重要因素，腐蝕規律的探索離不開工況的分析。

5.2 數據采集周期分析

腐蝕監測數據的精度受數據采集周期的影響，設置不同腐蝕監測方式和數據采集周期是保證獲取可靠腐蝕數據的關鍵。

5.3 選擇合適的腐蝕數據分析方法

橫向分析與系統分析相結合，同一類腐蝕監測位置單一種腐蝕監測數據分析，同一類腐蝕監測位置多種腐蝕監測數據對比分析，系統上下游綜合對比。

5.4 腐蝕監測數據數據模型的建立

通過建立腐蝕掛片數據與在線監測系統數據的數學關系，根據日常性的在線監測數據掌握系統內直觀的腐蝕狀態，減少頻繁更換腐蝕掛片的作業頻次。根據日常在線電阻探針監測數據，采用腐蝕掛片與電阻探針數據對應模型，擬合系統直觀的腐蝕速率況。

5.5 腐蝕控制評估

綜合分析日常監測與周期性檢測綜合分析，評價系統的腐蝕現狀和趨勢，評估腐蝕控制措施的有效性。

6 腐蝕控制效果

通過對普光氣田地面集輸系統現場腐蝕狀況分析和評價，更進一步了解了站場、管道的整體腐蝕情況，加強了高含硫氣田腐蝕與防護工作的管理體系，增強了現場設備、管道腐蝕與防護工作的反應機制，提高了高含硫氣田腐蝕與防護的管理水平，實現了加強管理、控制腐蝕的預期目標。

通過開展普光氣田地面集輸系統腐蝕狀況分析工作，初步得出以下認識。

a)集氣站場通過腐蝕掛片、電阻探針、線性極化探針、站場水分析和集氣站場開口檢測等技術手段，從目前監測的數據得知集氣站場的整體腐蝕速率控制在0.076 mm/a的標準范圍以內。

b)集輸管道通過智能檢測、電指紋、水離子分析、緩蝕劑殘余濃度分析、清管殘余物分析和現場管道開口檢測等技術手段，從目前的檢測數據得知集輸管道的整體腐蝕速率控制在0.076 mm/a的標準范圍以內。

c)通過對集輸管道腐蝕狀況的初步分析發現，普光主體集輸管道內部清潔，并且隨著氣田生產氣井殘酸、雜質返排的減少，集輸管道進入穩定運行階段，按照目前的緩蝕劑加注與批處理涂膜制度可以滿足集輸管道的安全運行。