天然气集输腐蚀与防护技术

随着酸性气田的开采, 天然气集输系统的内腐蚀日趋严重。天然气集输系统中气源含有气、液、烃、固等多相流物质, 主要腐蚀介质为H2S、CO2、O2、Cl-和水, 其中Cl-为催化剂, H2S、CO2、O2为腐蚀剂, 水为载体和溶剂。很容易发生内腐蚀进而造成集输管线爆破、套管穿孔、闸门丝杆断裂等安全事故, 引起严重损失[1]。

1 防护技术及不足

1.1 管材

通常在天然气开发过程中, 腐蚀越严重的集输系统选用强度越高的管材, 经济性也越差。由此, 低成本、耐腐蚀、强度高的特种合金钢具有广大的前景。另外近年来非金属耐蚀材料发展迅速, 如人工合成玻璃钢管材。玻璃钢管材具有耐腐蚀性能强、寿命长、超低摩阻、不导电等优点, 但玻璃钢管线导热系数高, 易导致结蜡, 而且其抗折性能差, 投资大, 因此目前玻璃钢等非金属耐蚀材料使用很少。

1.2 涂层

涂层技术因其具有施工方便, 成本低廉, 适应性广等优点, 成为防腐工作中最普遍最重要的手段之一。采用内涂层和衬里技术不但能有效地防止了内腐蚀, 延长寿命, 降低经济成本, 还可以显著提高输送效率, 减小了动力消耗, 并防止天然气水合物堵塞管道, 减少了清管次数。但由于冲刷、冲击和高温的作用, 涂层易露出易损坏、易剥离、屏蔽阴极保护电流等缺陷, 从而影响到涂层的防腐效果, 并且再一次进行涂层的涂覆非常困难。并且内涂层不可避免地存在针孔, 尤其是有机涂层易在针孔出气泡剥落, 而在生产维护过程中也可能使防腐层损伤。

1.3 阴极保护

阴极保护技术主要包括外加电流法和牺牲阳极法。通常设计保护电位为-0.85~-1.15V (vs.CSE) 。近年来, 在我国, 阴极保护技术已经广泛应用于集输系统管线外腐蚀的防护, 但实践证明阴极保护技术效果不明显。

1.4 缓蚀剂

缓蚀剂是以适当的浓度和形式添加于腐蚀介质中, 来减缓腐蚀的一种化学物质或复合物质, 在防腐工作中得到广泛应用。缓蚀剂具有以下优点:用量小;基本上不改变腐蚀环境;可基本不增加设备投资, 操作简便, 见效快;对于腐蚀环境变化, 可通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果;同一配方的缓蚀剂组分有时可以同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏。但是减阻剂、降凝剂、杀菌剂等会影响缓蚀剂的性能, 所以需要进行多次的配伍性试验。并且, 目前作为商品缓蚀剂的种类十分繁多, 但是由于每个气源的气质不同, 没有一种缓蚀剂能够适应大多数的现场工况, 所以缓蚀剂的筛选的流程是较为漫长和复杂的。由于气体会对管道上缓蚀剂的膜层冲刷, 缓蚀剂膜层破损, 所以需要定期加注缓蚀剂, 但是二次成膜的缓蚀效率会降低30%左右。

2 改进措施

2.1 改变集输管道环境的腐蚀防护技术

集输管道内部腐蚀与工作环境温度、介质的矿化度、CO2的分压、H2S含量等有密切关系, 所以改变管道环境可以达到防腐效果。一是降低腐蚀介质的浓度, 降低介质中H2S浓度、Cl—含量和介质矿化度;二是控制流体的流速和流态, 在整个集输管网压力允许的前提下, 选择经济、合理的管径, 控制管内气体流速在3~6m/s范围内[2], 保证携液能力, 减少积液;三是合理设计气流的走向和集输管道的结构, 尽量减少积液的存在;四是通过保温措施等降低管道内部温度, 降低内腐蚀速率。

2.2 控制缓蚀剂加注

缓蚀剂的加注量直接影响效果, 所以需要进行监测和检测, 通过经验, 计算和模型控制缓蚀剂的加注量。连续加注的缓蚀剂加注装置可采用简单的重力式加注装置, 也可采用化学剂加注计量泵及文丘里或喷嘴加注。设计的喷嘴或文丘里管, 能使注入管道中的缓蚀剂雾化成雾状。采用缓蚀剂技术, 还要注意加注方式和周期、完善加注制度、加强生产管理, 以防由加注缓蚀剂不当而引发管线堵塞, 影响正常的生产和油气的储运[3]。

3 结语

天然气集输系统的腐蚀问题是当下热议的话题, 但是由于环境复杂, 腐蚀机理还不明朗。目前国内外通常采用缓蚀剂和涂层进行控制腐蚀, 但是每个区域的环境不同, 缓蚀剂和涂层都需要进行改变, 所以腐蚀情况还是比较严重。通过研究腐蚀机理才能从根本上了解腐蚀的源头, 避免形成腐蚀。另外, 改善涂层, 研究新型缓蚀剂和改善缓蚀剂加注工可以减少腐蚀。

摘要：天然气气源中含有CO2、H2S、O2等腐蚀介质, 可能导致管材发生电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀等局部腐蚀。天然气集输系统的内腐蚀日趋严重, 目前国内外主要采用缓蚀剂、涂层、阴极保护等技术进行腐蚀防护, 不过由于每种方法都有其自身的局限性和不足, 所以目前集输系统的腐蚀还是比较严重。从根本上研究腐蚀的机理, 控制腐蚀介质和应力状况, 并且改善管材和缓蚀剂的加注工艺可以有效降低腐蚀。

关键词：集输系统,腐蚀,缓蚀剂

参考文献

[1] 卢兰天, 何强.油气集输管道内腐蚀及内腐蚀研究[J].中国石油与化工标准与质量, 2013, 7:263-266

[2] 欧莉, 等.川东北高含硫化氢气田集输管道腐蚀监测与控制设计技术要求[S].

[3] 胡德芬, 陈华勇, 龚方君, 等.缓蚀剂引起气井油管堵塞原因分析及对策[J].天然气工业, 2008, 28 (5) :86~88.