高含硫气田集输系统腐蚀和腐蚀控制-吕彬

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1、高含硫气田集输系统腐蚀和腐蚀控制作者吕彬摘要:系统地分析和研究了世界上部分国家典型高含硫气田集输系统防腐的成功经验。结合我国川东渡口河、罗家寨等高含硫气田具体情况，较为深入地论述了高含硫气田集输系统与普通气田或低含硫气田集输系统不同的工艺和技术特征，以及由环境和这些工艺、技术特征所确定的集输系统中集输管网和设备的腐蚀及防腐蚀工艺技术。从理论上，对腐蚀、缓蚀处理，气体流速和腐蚀之间的关系进行了研究。对我国第一个高含硫气田——川东渡口河气田开发建设及初步设计提出了实施意见和方案。主题词:气田;天然气输送;集输系统;酸性气体;酸腐蚀;控制;防腐;防垢;检测;工艺;

2、技术国外高含硫气田主要分布于加拿大、美国、德国、法国。高含硫气田开发从20世纪中叶开始至今已有半个多世纪，在这半个多世纪的生产实践中一些国家成功开发了大批高含硫酸性气田，建立了一整套较为完整的生产体系，取得了较为丰富的成功经验。我们认为国外高含硫气田的开发是成功的，技术上较为成熟，经济上比较合理，在集输系统方面取得了相当丰富的经验，很值得我们借鉴。法国拉克气田集输系统拉克气田位于法国西南，原始层压力达66.15MPa，井口压力41.21MPa，井口温度90℃。气田所产天然气为酸性气体，气体成分为：CH4含量为74%、H2S含量为15%、CO2含量为9%、汽油

3、含量为25g/m3及水含量为10g/m3。1拉克气田集气管道系统腐蚀情况拉克气田集气管道系统腐蚀情况表明，腐蚀发生在管道中气体流速最低的部位。流速高的部位没有发现腐蚀现象。拉克气田集气管道的腐蚀提供了一个“气体流速，相流改变与管道腐蚀相关”的实例。从理论上探讨相流改变与管道内腐蚀分布的关系，结果表明管道内连续液膜的形成对管道起保护作用。对于一定直径的管道，在一定流速下，流体形成“环状”，由此对管道起一定保护作用。这一观点得到多相流理论的支持。酸气集气系统的设计和腐蚀控制需要根据生产条件确定一种适当的流体速度，既提高生产率，又能使管道的腐蚀得到控制。为此采用O

4、.Baker的研究成果，作为一双相系统计算“层流”和“环流”之间的边界条件。2腐蚀监测根据拉克气田环境、酸性气气质、集输系统及工艺特点，建立了相应的监测体系。（1）试片重量损失检测；（2）超声波检测，用于高于地面的管线、有效点、或低点检测管壁厚度；（3）用放射源（钴60、铯137）检测井口阀门，节流阀等。必要时采用伽玛射线检测评价腐蚀量。应用“透度计”（penetrometer）区别各腐蚀区域的几何形状和分布。（4）整个集输系统由设置的安全阀分为若干段，若发生事故可分段隔离。集输系统设置一百多个检测点，用伽玛（γ）射线系统检测管壁厚度。3拉克气田集输系统防腐

5、蚀工艺技术拉克气田集输系统防腐蚀原因是：一是H2S引起的脆裂；二是集输系统中的水的存在增大了金属的总体（general）腐蚀，包括重量损失腐蚀、坑蚀等。根据其腐蚀的特性选用抗腐蚀材料、气液分离、缓蚀剂处理相结合的防腐蚀工艺技术。（1）采用抗硫化物应力开裂材料。集输系统相关设备采用酸性气田用低碳钢，对管道采用等级为该材料的B级。金属材料抗拉应力应低于最大工作压力屈服强度的60%。管道采用轧制、无缝、B级型钢。管道用标准电焊，焊管在650℃温度下退火20min。采用射线进行检测。在最大工作压力下管道拉应力（与因腐蚀而采用2mm壁厚裕量比较）保持为52%的屈服强度

6、，在标准工作压力下不超过屈服强度的40%。（2）酸性气体经采油树和间接加热器两级降压，在最大压力为130kg/cm2下，由分离器分离除水。气体含水最高可达10g/m3，分离器脱水8g/m3。另外2g/m3水分别以液和气态存留天然气和汽油中，并以最大流速通过集输管线进入装置。（3）缓蚀处理。经分离器除水后，进入集输管道之前，由注入装置注入30×10-6L/m3有机缓蚀剂及三甘醇（根据环境进行调节）抗水合物制剂，每1000m3的酸性气体加入0.5～1L。（4）根据不同直径的管道确定其最低流速。如：管径101.6mm的管线通过的最低气量为25.5×104m3/d；

7、管径150mm的管线最低气量为53.8×104m3/d。加拿大Burnttimber湿酸气集输系统Burnttimber集输系统集输来自于3个气藏、8口井的天然气。其中Huntervalley管线，所输天然气H2S含量为14%，CO2含量为2.7%。日产天然气1.9×106m3、日产凝析油4.3×104L、水为1.7×104L。1集输系统的腐蚀管线1970年投产后两个月中未进行缓蚀处理，以此取得管线腐蚀的基本数据。投产运行13个月后，Huntervalley管线第一次出现泄漏，经调查沿管线低位部分四分之一圆周出现明显凹点，腐蚀部位长达300m。两年后系统部分

8、管段出现孤立坑蚀，管段接头有两处泄漏。腐蚀监测和现场