高含二氧化碳?xì)馓锛敼艿兰夹g(shù)經(jīng)濟(jì)分析

張亞飛 朱 偉 陳 庚 楊 強(qiáng) 戚 娟

中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司

長(zhǎng)嶺1號(hào)氣是國(guó)內(nèi)最大的陸上高含CO2氣田。目前高含CO2氣田集輸工藝中可供選擇的防腐方式有：碳鋼加緩蝕劑、碳鋼加內(nèi)涂層、玻璃鋼管、13Cr不銹鋼、雙相不銹鋼、304不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬?gòu)?fù)合管等。影響各方案比較結(jié)果的因素主要在于管材費(fèi)用、緩蝕劑購(gòu)置費(fèi)。在高含CO2氣田集輸管道工程中，具體采用哪種材質(zhì)的管材，可根據(jù)工程所選管徑、穩(wěn)產(chǎn)年限、緩蝕劑加注量，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果而定。在長(zhǎng)嶺1號(hào)氣田DN250 mm的集輸管道采用了投資低且無維護(hù)的316 L雙金屬?gòu)?fù)合管。

CO2腐蝕；管材；緩蝕劑；技術(shù)經(jīng)濟(jì)；費(fèi)用

1 工程概況

長(zhǎng)嶺1號(hào)氣田位于吉林省西部松原市境內(nèi)，是國(guó)內(nèi)最大的陸上高含二氧化碳（CO2）氣田。該氣田分為高含CO2的營(yíng)城組區(qū)塊和低含CO2的登婁庫區(qū)塊，其中營(yíng)城組區(qū)塊經(jīng)過幾年的穩(wěn)定開發(fā)，天然氣中CO2含量加權(quán)平均保持在25%（mol%）左右。根據(jù)長(zhǎng)嶺1號(hào)氣田氣井分布集中，集氣站及天然氣處理廠位于氣田中心的特點(diǎn)，本工程采用放射狀管網(wǎng)布置，多井集氣，高、中壓輸送，集中輪換、分離處理的工藝流程。氣田內(nèi)部共設(shè)1號(hào)和2號(hào)兩座集氣站，各井站天然氣通過采氣管線直接輸送至就近的集氣站，集氣站天然氣通過集氣管線輸至處理廠進(jìn)行脫水、脫碳處理后外輸。

2 管材選擇

由于石油天然氣行業(yè)輸送介質(zhì)的特殊性，目前高含CO2氣田集輸工藝中可供選擇的防腐方式有：碳鋼加緩蝕劑、碳鋼加內(nèi)涂層、玻璃鋼管、13Cr不銹鋼、雙相不銹鋼、304不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬?gòu)?fù)合管等[1]。

針對(duì)長(zhǎng)嶺1號(hào)氣田的特點(diǎn)進(jìn)行分析，除碳鋼加內(nèi)涂層、玻璃鋼管、13Cr不銹鋼、304不銹鋼由于管道自身的特點(diǎn)不適用于本氣田外，其余4種方案均適用于長(zhǎng)嶺氣田集輸管道。以下對(duì)碳鋼加緩蝕劑、雙相不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬?gòu)?fù)合管4種管材進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)分析及對(duì)比。

3 管材技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

選擇1條集氣管線，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，實(shí)際運(yùn)行壓力8.0 MPa，線路長(zhǎng)度5.0 km，年運(yùn)行天數(shù)350天，針對(duì)DN100 mm、DN150 mm、DN200 mm、 DN250 mm 4種常用管徑分別計(jì)算建設(shè)期費(fèi)用投資和長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用。管線長(zhǎng)度、外徑、敷設(shè)方式一致時(shí)，采取不同材質(zhì)管線工程費(fèi)差異主要體現(xiàn)在管材費(fèi)、管道安裝費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、緩蝕劑購(gòu)置費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)（設(shè)備維護(hù)+電費(fèi)）等方面。在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算時(shí)，計(jì)算期為10年，折現(xiàn)率10%，其中L245NB碳鋼管材價(jià)格9 500元/噸，雙相不銹鋼管材價(jià)格102 000元/噸，316 L不銹鋼管材價(jià)格60 000元/噸，316L內(nèi)襯復(fù)合鋼管管材價(jià)格40 000元/噸。根據(jù)工程實(shí)際條件，核算出4種不同材質(zhì)管材在4種管徑條件下對(duì)應(yīng)的外徑及壁厚[2-3]。

3.1 碳鋼加緩蝕劑方案

結(jié)合本工程實(shí)際情況，選擇L245NB碳鋼管加緩蝕劑的方案。目前CO2腐蝕緩蝕劑種類繁多，國(guó)外對(duì)CO2腐蝕緩蝕劑產(chǎn)品研究相比國(guó)內(nèi)更成熟，但產(chǎn)品價(jià)格較貴，國(guó)內(nèi)較知名的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品也基本可以達(dá)到技術(shù)要求，具體選用哪種緩蝕劑需要結(jié)合工程氣質(zhì)條件經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過對(duì)各種緩蝕劑價(jià)格的調(diào)研，以4萬元/噸進(jìn)行計(jì)算。緩蝕劑加注時(shí)間一般要根據(jù)氣田水中緩蝕劑的濃度來判斷，根據(jù)本工程具體條件，在不同管徑條件下用HYSYS軟件模擬實(shí)際工況進(jìn)行計(jì)算。緩蝕劑加注量、緩蝕劑購(gòu)置費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)（設(shè)備維護(hù)+電費(fèi)）、管材費(fèi)、管道安裝費(fèi)見表1。運(yùn)行費(fèi)和緩蝕劑購(gòu)置費(fèi)在10年內(nèi)每年都發(fā)生，需將這部分費(fèi)用折現(xiàn)。

3.2 不銹鋼和雙金屬?gòu)?fù)合管方案

通過大量實(shí)驗(yàn)?zāi)M，雙相不銹鋼和316 L材料管材本身具有良好的抗CO2腐蝕性能，在本工程的氣質(zhì)條件下，基本沒有腐蝕，所以采用雙相不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬?gòu)?fù)合管這3種方案時(shí)，在穩(wěn)產(chǎn)期10年內(nèi)不需要更換管材，無維護(hù)費(fèi)用，不考慮緩蝕劑加注設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)（設(shè)備維護(hù)+電費(fèi)）、緩蝕劑購(gòu)置費(fèi)?？傎M(fèi)用為管材費(fèi)+管道安裝費(fèi)，管材費(fèi)、管道安裝費(fèi)均為一次性投入。雙相不銹鋼、316 L不銹鋼、316 L雙金屬?gòu)?fù)合管方案費(fèi)用見表2、表3和表4，各方案的一次性投資及總費(fèi)用比較見表5。

表1 碳鋼加緩蝕劑方案費(fèi)用

表2 雙相不銹鋼方案費(fèi)用

表3 316 L不銹鋼方案費(fèi)用

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析，對(duì)于4種不同管徑，一次性投資最小的均為碳鋼加緩蝕劑方案，主要是因?yàn)楣懿馁M(fèi)用低；但綜合考慮10年中的緩蝕劑購(gòu)置費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用后，4種不同管徑方案中總費(fèi)用最低的均為316 L雙金屬?gòu)?fù)合管。雙相不銹鋼方案和316 L不銹鋼方案的投資大小在不同管徑條件下結(jié)果不盡相同，主要原因在于這兩種管材強(qiáng)度不同，同一管徑條件下壁厚相差很大，管徑和壁厚差越大，造成管材費(fèi)用相差也越大。

表4 316 L雙金屬?gòu)?fù)合管方案費(fèi)用

表5 各方案費(fèi)用比較

影響各方案比較結(jié)果的因素主要在于管材費(fèi)用、緩蝕劑購(gòu)置費(fèi)。在高含CO2氣田集輸管道工程中，具體采用哪種材質(zhì)的管材，可根據(jù)工程所選管徑、穩(wěn)產(chǎn)年限、緩蝕劑加注量，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果而定。在長(zhǎng)嶺1號(hào)氣田DN250 mm的集輸管道采用了投資低且無維護(hù)的316 L雙金屬?gòu)?fù)合管。

[1]傅廣海．徐深氣田CO2防腐技術(shù)分析[J]．油氣田地面工程，2008，27（4）：66-67．

[2]易成高，宮敬，楊勇，等．含二氧化碳天然氣集輸管道管材的優(yōu)選[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28（6）：76-78．

[3]馮琦，何秀芬，楊英．磨溪?dú)馓锏孛婕斚到y(tǒng)腐蝕現(xiàn)狀及處理措施[J]．天然氣與石油，2003，21（3）：28-31．

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.002