管道输送介质为富含CO2或H2S天然气,在0.1MPa压力和25℃温度下,CO2和水溶液的PH值为3.7,H2S饱和水溶液的PH值更低。输送CO2或H2S天然气的管道腐蚀环境应为介质中含有液相水和CO2或H2S,且浓度越高,腐蚀越严重。该类介质腐蚀最典型的特征是呈现局部的点蚀,轮癣状腐蚀和台面状坑蚀,属于不均匀性腐蚀,具有强腐蚀性,H2S还会产生应力腐蚀。其中,台面状坑蚀过程是最严重的一种情况,这种腐蚀速度可达20mm/a。
影响腐蚀的主要因素包括:(1)分压越大,腐蚀越快。(2)流速越快,腐蚀越严重,高流速促进了腐蚀。(3)温度越高,腐蚀越快。
腐蚀性天然气集输管道选材方案主要有以下几种:
(1)碳钢+缓蚀剂
集输管道设计年限一般为50年,如采用普通碳钢管材,管道的承压能力强,但是采取取一定的腐蚀余量和添加缓蚀剂的措施对不均匀腐蚀效果不佳,难以满足耐腐蚀要求,且存在较大的风险和安全隐患。
(2)为了发挥316L不锈钢优异的耐腐蚀性能和碳钢良好的力学性能,同时降低工程投资成本,采用双金属复合管(基管-碳钢+衬管-316L不锈钢)作为集输管道。双金属复合管的价格是碳钢管(20号钢)3倍左右,比不锈钢管降低了很多。
(3)316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)材质管材,属于含钼不锈钢种,含碳量0.03%,具有优异的耐腐蚀性能、良好的机械力学性能和焊接性能。但由于目前国内市场上,316L不锈钢钢材的价格接近碳钢的9倍,采用316L不锈钢将大大增加工程的成本,降低工程实施的经济效益。
双金属复合管既有不锈钢管道的耐腐蚀能力,也有碳钢管道的承压能力,双金属复合管使基管的力学性能和衬管的耐蚀性能完美结合。其原理是:基管与衬管同轴装配后衬管内装入液压动力管,利用其产生的瞬间爆燃力的形式,通过介质传递给衬管。使衬管发生塑性变形,使基管发生弹性变形,在完成的瞬间基管的回弹量远大与衬管,从而使基管和衬管达到紧密的过盈贴合,达到复合状态。
目前国外的双金属复合钢管已基本成熟,已经发布了API5LD复合钢管的标准。国内已发布的标准为“内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范”(SY/T6623-2005)。德国的butting公司,澳大利亚的Clad Tek公司都可以生产复合管。国内目前主要有西安向阳航天材料股份有限公司复合管厂。复合管已经应用于许多工程中,四川达州普光气田(H2S含量平均15%,CO2含量平均10%,Cl-含量约40000mg/L)采气管线使用以X52无缝钢管为基体,825镍基合金为内衬的双金属复合管,目前,该管线正处在运行阶段。大庆油田宋芳屯气田高含CO2气井采气管线采用的是20无缝钢管为基体,316L钢为内衬的双金属复合管,目前运行良好。
结语
对于腐蚀性天然气集输管道,如果管道较长且管径较大,建议采用碳钢+缓蚀剂的方案;对于管道相对较短且管径较小,建议采用双金属复合管的方案;对于站内管道建议采用不锈钢管道的方案。
摘要：大庆油田气田深层天然气中CO2含量较高,四川天然气H2S含量较高,均为高腐蚀性介质,且输送压力相对较高,一般在8MPa以上,在设计过程中必须要慎重考虑集气管道的材质。
关键词：腐蚀,集输管道,复合管,不锈钢管
[1] 冯叔初、郭揆常等.油气集输与矿场加工.东营中国石油大学出版社,2006.12第2版。
[2] 张学元、邸超、雷良才.二氧化碳腐蚀与控制.化学工业出版社,2001.1。
[3] 闫凤芹、夏智富.硫化氢应力腐蚀原理与防护措施.《炼油与化工》,2009年第1期。
