電阻探針在油田站場生產設施腐蝕平臺中的應用研究*

渠 蒲,于慧文,陳永浩,尹琦嶺,王樹濤,王清嶺

(1.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司,河南 濮陽 457001;2.中石化煉化工程集團洛陽技術研發中心,河南 洛陽 471003)

隨著油氣田開發年限的延長,地面系統骨架工程已進入更新、維修期,改造投資逐年增大。主要表現在:設備陳舊老化、能耗高、效率低;管道腐蝕嚴重,影響安全生產。腐蝕問題不但制約著開發效益的提高,而且關系到企業的生存及發展[1]。中原油田東濮老區自1975年發現濮參一井以來,已連續開采近50 a,目前綜合含水率已高達97%,站場生產設施因腐蝕發生泄漏、穿孔事故頻繁,站場內數字化、信息化、智能化應用程度又偏低,事故隱患排查治理、事前預防能力嚴重不足。

因此,中原油田選擇在濮二聯進行系統研究,選取平臺中關鍵的腐蝕數據,油田目前使用的是常規的失重掛片法[2],其滯后的腐蝕數據,嚴重影響腐蝕評估的準確性,不能滿足腐蝕平臺的要求。該文結合現場工況實際和經濟性考慮,進行了在線電阻探針技術的研究和應用,通過開展室內對比試驗、優化算法及探針形狀等進一步提升了數據精度,以及在現場進行的監測點布局優化、安裝應用試驗,最終確定了適用于中原油田的腐蝕數據采集方式,為下一步油田油氣站場實時管控腐蝕風險因素分析的準確性奠定了基礎。

1 油氣站場腐蝕現狀

濮二聯合站主要工藝流程為油藏經營管理區來液以及經三相分離處理后油、氣、水,設計處理能力12 000 m3/d,設計處理油量700 t/d,目前實際處理液量9 227 m3/d,進站含水率約98%,進站溫度40 ℃,進站壓力0.24 MPa,外輸含水率 1.6%,外輸溫度85 ℃,外輸壓力0.5 MPa。

濮二聯合站主要腐蝕問題:罐體腐蝕穿孔、罐壁及罐頂銹蝕、外防腐層脫落;三相分離器減薄,管線、閥門、泵等腐蝕泄漏。發生腐蝕泄漏最多的為管線,其次是泵。近兩年漏點情況統計見圖1。

圖1 近兩年的漏點情況統計

2 在線監測技術

2.1 必要性

中原油田東濮老區腐蝕監測采用掛片失重法,其基本原理是將試件掛在管線內一定高度,然后在一定時間內進行監測,通過分析掛片失重來計算腐蝕速率。目前中原油田腐蝕監測周期為3個月,即每個監測部位每年只能獲取4組腐蝕數據,傳統的監測技術,只能得到累積的腐蝕速率,時效性差,難以實現實時監測,滯后的數據會對腐蝕評估平臺造成誤判,導致風險識別精準度下降,不能滿足腐蝕評估平臺要求。因此,需要選擇在線腐蝕監測技術[3]實現實時監測,得到的瞬時腐蝕速率數據,有助于腐蝕評估平臺進行風險分析調整,實現實時預警機制。

2.2 優選電阻探針作為在線監測方式

在線腐蝕監測技術已經廣泛應用于煉油、油氣采輸等多種工業領域[4],在線監測技術按照適用范圍、精度要求、成本費用等用于不同的工業現場。根據中原普光現場監檢測應用技術經驗[5],目前常用的在線監測技術為線性極化探針、電阻探針、電感探針、電指紋、氫探針等,由于現場工況為油氣水介質,通過對適用范圍、監測成本等綜合因素分析,在濮二聯站選用了在線電阻探針監測技術,各類監測技術對比情況見表1。

表1 腐蝕監測技術對比分析

3 “蚊香”形電阻探針優化設計

3.1 現有探針存在的不足

電阻探針工作原理是在電阻探針長度不變的前提下,根據截面積與電阻的線性關系得出的腐蝕速率。根據其原理,試驗逐步優化后,均取得了較好的效果[6]。但結合中原油田后期開采高含水、低pH值、高Cl-易發生點蝕的特點,目前市面上常用的棒式電阻探針在出現點蝕或斷裂長度變化后,將會存在嚴重的數據誤差,同時,電阻探針運行中,會產生隨機誤差和系統誤差等,使得每次測定的腐蝕深度值不一致,導致測量結果波動較大。

3.2 電阻探針結構優化設計

結合中原油田高礦化度、高Cl-含量的特性,失重掛片表面易形成深V型嚴重點蝕及腐蝕產物附著后造成的垢下腐蝕。電阻探針常用的棒狀結構與失重掛片情況類似,長時間使用后可能存在斷裂、腐蝕產物附著導致數據失真,同時探針垂直插入管線內部,與介質流向垂直,流速的改變可能出現沖蝕現象,為消除此影響,將探針形狀設計成平面“蚊香”形,這樣探針與介質流向一致,可防止探針受到正面沖刷,同時探針垂直向下,表面與介質流向一致后,在其表面形成的垢可被清除,進而得到管線的腐蝕速率。

3.3 電阻探針數據優化處理

探針形狀改變后,為保證“蚊香”形探針精度,將試棒進行了最大程度的加粗,增加其有效長度,再通過與失重掛片的室內對比試驗,將得到的數據進行對齊、分析,篩除無效數據,獲取蚊香形探針的腐蝕損壞規律[7],隨后,結合現場加有緩蝕劑的實際情況,再次對緩蝕劑加注后蚊香型探針與失重掛片的數據對比,進一步剔除離群值,將所有數據平滑處理后,確定出一元線性擬合方程式,確保現場應用達到滿意效果。

根據試驗結果發現電阻探針測試的腐蝕速率數據與掛片數據能夠得到很好的擬合,掛片數據基本處于探針數據的95%置信區間。通過進一步試驗可以看出,電阻探針累計腐蝕速率與掛片腐蝕速率一致,瞬時腐蝕速率低于累計腐蝕速率。

4 現場應用

由于濮二聯站場內部分閥組管線使用柔性復合管、來水管線采用了玻璃鋼材質,不適宜在這類部位安裝在線電阻探針,需選擇金屬管線部位,同時配合在線測厚裝置,對管線腐蝕進行實時監測,最終確定在具有代表性的濮二聯東五線來油閥組、濾后水、濮三聯原油外輸部位,進行監測布局,獲取整個系統的腐蝕數據。監測布局見圖2,掛片數據對比見表2。

表2 掛片數據對比 mm/a

圖2 監測布局

5 結 論

(1)通過改變電阻探針形狀,可以更好的貼合現場實際,提高電阻探針的可靠性,消除點蝕斷裂、沖刷和結垢等不利因素,使得電阻探針能夠更好的滿足測量需求。

(2)對電阻探針因形狀改變后造成的誤差,通過室內對比試驗,將改進后的電阻探針測試的腐蝕速率數據在實驗室與掛片數據進行對比,最終得到電阻探針累計腐蝕速率與掛片腐蝕速率一致的結果,同時瞬時腐蝕速率數據可作為工況變化后引起腐蝕變化的動態評價指標,為及時采取腐蝕措施提供指導。