油田凈化污水外輸管道腐蝕分析及對策研究

新疆油田公司實驗檢測研究院

新疆油田已建注水、污水等各類水管道3 685 km，由于管道外部環境復雜，周邊土壤為鹽堿地，地下水位偏高，對管道外部有不同程度的腐蝕；而管內輸送的介質礦化度、氯離子含量偏高，含有CO2、H2S和硫酸鹽還原菌等，且三次采油加入了各種化學藥劑，導致管道內腐蝕也比較嚴重。因此，油田水管道的失效次數越來越多，嚴重影響了油田的生產[1-3]。

為了探索管道失效分析方法，開展科學的評價，制定有效的預防措施，以新疆油田某凈化污水外輸管道為例，通過現場檢測和室內實驗相結合的方式，開展腐蝕主控原因分析和完整性評價，根據分析評價結果，提出維修、維護建議，保障了管道安全運行。

1 管道基本信息

某凈化污水外輸管道建于2010 年，規格為323.9 mm×7.1 mm，材質為螺旋焊縫鋼管，近兩年頻繁破損、滲漏，平均每年補漏搶修25 次，運行存在較大風險。管線基本信息見表1。

表1 優化管線基本信息Tab.1 Basic information of water supply pipeline

2 管道腐蝕失效分析

2.1 管道外腐蝕

為掌握管道的外腐蝕狀況，共開展管道外腐蝕檢測3.65 km，檢測方法為ACAS交流電流衰減法和ACVG交流電流梯度法[4]。

具體檢測評價結果如下：

（1）防腐層質量評價。管道防腐層檢測評價結果見表2。

表2 管道防腐層評價結果匯總Tab.2 Evaluation result summary of pipeline anticorrosive coating

（2）防腐層破損點。經檢測共發現防腐層破損點49處，具體評級見表3。

表3 管道防腐層破損點評級Tab.3 Rating of pipeline anticorrosive coating damage

（3）開挖直接檢測。對6處管道開挖進行直接檢測，均發現防腐層老化、剝離和脫落，驗證防腐層破損點符合率100%。管體兩側腐蝕呈現黃褐色和黑褐色腐蝕產物，外部最深麻坑0.7 mm。

管道外防腐的檢測評價結果表明：防腐層整體狀況良好，管道有外腐蝕情況，但較輕微，最大腐蝕速率0.078 mm/a。

2.2 管道內腐蝕

對開挖檢測結果進行分析，并對介質進行化驗分析和腐蝕性分析[5]。

（1）檢測結果分析。共開挖6 處進行直接檢測，每處檢測16個點（測4個環帶，每個環帶4個點），具體結果見表4，其中4處泄漏（內外腐蝕共同作用，以內腐蝕為主，3處在焊縫處）。

表4 開挖直接檢測結果Tab.4 Direct detection results of excavation

結果分析表明：內腐蝕比較嚴重，管道最小壁厚3.07 mm，最大腐蝕速率0.504 mm/a；管道內部呈均勻腐蝕，平均壁厚為4.93 mm，平均腐蝕速率0.271 mm/a；頂部腐蝕最為嚴重，平均壁厚4.44 mm，頂部平均腐蝕速率0.333 mm/a。

（2）室內分析。對管道介質（凈化污水）現場取樣，進行成分化驗分析，結果見表5。

由水質分析數據可以看出，因各節點水中鈣、鎂離子含量為0，無碳酸鹽自結垢趨勢，但考慮到含有潛在的侵蝕性CO2和少量的溶解氧，因此在一定條件下具有潛在的腐蝕性[6]。

利用ScaleChem 結垢腐蝕預測軟件，模擬凈化污水中溫度、CO2、還原性離子（二價硫）、溶解氧等多因素對腐蝕的影響[7-8]，檢測結果為：溫度65℃，CO2質量濃度為38.54 mg/L，S2-質量濃度為4 mg/L，O2質量濃度為0，模擬腐蝕速率為0.435 6 mm/a。

表5 水質分析數據Tab.5 Water quality analysis data

表6 供水管線完整性評價Tab.6 Integrity evaluation of water supply pipeline

內腐蝕檢測分析結果也表明：管道內腐蝕較嚴重，檢測最小壁厚3.07 mm，平均壁厚4.93 mm，頂部平均壁厚4.44 mm，最大腐蝕速率0.504 mm/a，頂部平均腐蝕速率0.333 mm/a。內腐蝕主要因素為CO2、溫度、二價硫離子。

3 完整性評價

根據SY/T 0087.1《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》和SY/T 6151《鋼質管道管體腐蝕損傷評價方法》對管道進行完整性評價[9-10]，結果見表6。

結果分析：目前對管道剩余強度可以根據標準SY/T 0087.1中5.8.6評價結果及維護建議中IIA的評價方法進行監控。剩余壽命評價時，因各標準取的安全系數不同，差異較大。SY/T 0087.1《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》較為保守，因此，按SY/T 6151《鋼質管道管體腐蝕損傷評價方法》給出最終值，在運行壓力1 MPa時，管道開挖點3的剩余壽命為3.3 a，管道平均壽命為5.1 a。

4 預防措施

（1）管道外腐蝕輕微，可及時修復防腐層破損點，減緩埋地鋼質管道的外腐蝕。

（2）管道內腐蝕嚴重，內腐蝕主要因素為CO2、溫度和硫化物。一是可在油田污水凈化過程中調整控制參數，加入緩蝕劑和除氧劑[6]，降低CO2、溶解氧和二價鐵離子等濃度，控制管道內腐蝕速率。二是可在2022 年前擇機采用內穿插、非金屬內涂層等技術修復管線，保障管道安全運行。

（3）做好腐蝕監測，建立分批、分周期壁厚檢測機制，評價剩余管道壽命及緩解措施的有效性。

5 結論

（1）通過外腐蝕檢測技術可以準確地判斷管道外腐蝕情況，及時修復防腐層缺陷，控制外腐蝕發生的風險。

（2）通過管道本體開挖直接檢測、介質化驗分析和腐蝕性模擬分析等技術手段相結合，能夠較好地判斷出管道內腐蝕主控因素，從源頭提出控制措施，從而降低內腐蝕發生的風險。

（3）對軟化水鋼質管道進行完整性評價，評估管道的剩余壽命，提出科學的維修周期，保障輸水管道安全平穩地運行。