混輸高礦化度氣田水集輸管道絕緣接頭附近非保護端管線內腐蝕分析及解決方案

蔣 志 杜 涓 馬 蠡 沈武冬 唐 詩 徐 梅 張昌會 周 清

(1. 中國石油 西南油氣田分公司川中油氣礦工藝研究所，四川 遂寧 629000；2. 中國石油 西南油氣田分公司川中油氣礦管道與銷售部，四川 遂寧 629000）

0 引言

隨著外防腐層加強制電流（或犧牲陽極）陰極保護的防腐技術在管道保護的廣泛運用，同時也伴隨著在設計時未考慮生產介質影響、運行管理中未加強監控等方面的問題。由于生產介質存在高礦化度鹽水，致使部分埋地集輸管道外防腐中的絕緣接頭附近非保護端管線產生嚴重內腐蝕。本文擬通過分析四川某須家河氣藏陰極保護絕緣接頭附件管線內腐蝕現狀，分析內腐蝕原因，提出了相應的解決措施和技術思路。

1 腐蝕概況

根據絕緣接頭附近管線失效統計（如表1所示），四川某須家河氣藏2013年以來失效3次，最短5年失效，最長7年，平均6年。平均腐蝕速率達到0.8967mm/a。還存在有些緣接頭附近管線暫未失效，但有內腐蝕腐蝕的情況。

2 原因分析

2.1 氣田水礦化度高，腐蝕嚴重；管道積液，導電能力強

根據氣田水檢測報告，發生非保護端鋼質管線內腐蝕的氣田水礦化度高，平均為202.99g/L，氣田水礦化度高，會造成嚴重腐蝕[1]。當礦化度在0～170g/L時，隨礦化度的增加，腐蝕速率成倍增加；當礦化度達到170～258g/L時，腐蝕速率略微減少，但不明顯；當礦化度大于258g/L時，腐蝕速率再次增大。

氣田水礦化度高，電阻率就低，導電能力強。

該氣田采用氣液混輸模式，有的管道輸水量大，有的高達60方/天，或輸水量雖不大，但產氣量小，攜液能力弱，在低洼處也容易形成連續導電液體，導電時間就長。

2.2 絕緣接頭機械強度不夠、安裝方式不適應防腐需要

若管道輸送的介質中均含有高礦化度氣田水，氣田水在平行于管道安裝的絕緣接頭處極易形成電路通路。造成不利于防腐的因素：

（1）致使絕緣接頭導通漏電，失去電絕緣效果，使大量電流通過站上設備流失，導致陰極保護站陰保系統輸出電流大增大或犧牲陽極損耗加大；

（2）導致絕緣接頭附近管線內腐蝕，造成較大安全風險。

表1 輸送高礦化度集輸管道絕緣接頭附近管線內腐蝕情況

2.3 絕緣接頭非保護側內腐蝕機理分析

在管道內存在大量連續的導電液體前提下，當存在陰極保護時，會大大加快絕緣接頭附近非保護端內腐蝕速率。

（1）外加強制電流機理

陰極保護電流從輔助陽極地床中進入土壤，由于站場內存在儀表、設備接地，以及防腐層破損點，接地電阻很小，部分陰極保護電流會通過站場內的接地極或防腐層破損點進入管道，并向絕緣接頭處流動。如果絕緣接頭性能良好，且管道內部沒有導電介質，如圖1所示，就不會產生嚴重內腐蝕。但如果管道內部有導電介質，如圖2所示，該電流將跨過絕緣接頭進入保護側管道，從而形成電流回路，在非保護側電流離開管道的位置，會發生嚴重內腐蝕[2]；

圖1 陰極保護示意圖

圖2 輸送高礦化度鹽水的管道外加電流陰極保護

（2）犧牲陽極機理

犧牲陽極腐蝕機理與外加強制電流腐蝕機理類似。犧牲陽極正離子離開陽極表面進入土壤，電子通過導線進入管道。

2.4 陰極保護非保護端內腐蝕易發部位

根據腐蝕機理和實際情況（如表1所示），可以看出，管道內腐蝕主要發生在絕緣接頭非保護側焊口6～7點鐘位置，主要是由于焊口缺陷相對較多，是腐蝕的薄弱環節；6～7點鐘方向位于管道低洼位置，積液較多，容易導致電流形成通路。

3 建議

（1）選擇具有足夠機械強度的絕緣接頭，安裝采用豎直或傾斜安裝，避免水平安裝時形成高礦化度鹽水堆積導通電流；

（2）加強腐蝕監測。盡量將絕緣接頭安裝在地面以上，或安裝在閥井中，使絕緣接頭兩側處于空氣中，方便定期進行測厚或其它無損檢測（尤其是焊口及熱影響區6～7點鐘方向附近等易發區域），監控腐蝕發生的情況，對發現問題的及時進行整改更換；

（3）對強制電流或犧牲陽極，在符合一定條件時，可采用絕緣接頭跨接方案；

（4）絕緣短管方案，由于輸氣（水）壓力較高，可在兩個絕緣接頭中間串入一長段金屬管道（內襯絕緣涂層或絕緣材料）。

W.V貝克曼等所著《陰極保護手冊》指出隨著管徑增大和輸送介質導電性增加，內部腐蝕的危險性增強[3]。

殼牌公司規定絕緣短管長度應遵守以下原則。

如果電解液的電阻值高于100Ω.cm，或者電解液體積不到管道容量的5%，那么絕緣短管的全長應是管道直徑的4倍，最小值為1m。

如果電解液的電阻值低于100Ω.cm，或者電解液體積超過管道容量的5%，那么絕緣短管長度應按以下公式計算:

L＝短管長度（cm）；P＝電解液阻值（Ω.cm）；D＝管道外徑（cm）

由此經驗公式可以看出，對于輸送高礦化度氣田水的管道，直徑108mm的管道，輸送飽和NaCl溶液的管道，溶液電阻率為2Ω.cm，則絕緣短管的長度應為21.6m，此長度的絕緣短管的制造與安裝會耗費巨大人力物力，一般不推薦。