張瑾（中國石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司，遼寧盤錦 124010）

天然氣地面集輸工藝安全風(fēng)險評價與應(yīng)用

張瑾（中國石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司，遼寧盤錦 124010）

進行有效的工藝安全風(fēng)險分析，是推進HSE管理體系有效運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。遼河油田針對深層氣高溫、高壓、高腐蝕（CO2+H2O腐蝕介質(zhì)）特點，利用剩余壁厚組合檢測技術(shù)、腐蝕速率監(jiān)測與腐蝕機理研究、流場仿真模擬、剩余強度分析、剩余壽命預(yù)測等技術(shù)，以壓力管道檢測為主線，為實施科學(xué)的采氣地面工藝風(fēng)險分析所作的有益探索。

遼河油田；天然氣；集輸工藝；風(fēng)險；分析；方法

遼河油田針對天然氣高壓高腐蝕的特點，通過提高設(shè)備壓力等級、優(yōu)化采氣工藝參數(shù)、選用防腐材料和先進成熟工藝路線等措施，更重要的是針對天然氣開采行業(yè)高風(fēng)險特點，進行有效的風(fēng)險控制，而風(fēng)險控制的前提是進行科學(xué)的風(fēng)險分析，準確找出重大風(fēng)險并實施有效控制。天然氣地面工藝復(fù)雜，由于采出物中含有CO2+H2O，因而具有較強的腐蝕性，工藝在高溫高壓下運行，容易發(fā)生設(shè)備穿孔事故。如何進行采氣工藝安全風(fēng)險分析，準確找出風(fēng)險點源進而提出針對性的控制措施，就成為我們有效實施HSE管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 工藝安全風(fēng)險評價的內(nèi)涵

1.1 站場關(guān)鍵設(shè)備與管道腐蝕狀況檢測技術(shù)

停工狀態(tài)下，管道和設(shè)備為常溫，可以拆除防腐保溫層、去除涂層和打磨防銹漆，且可以進入設(shè)備內(nèi)部；不停工狀態(tài)下，部分設(shè)備和管道超過常溫，防腐保溫層和防銹漆不能破壞，因而需選擇適應(yīng)好的組合檢測技術(shù)。

1.1.1 管線圖的繪制。

根據(jù)站場工藝流程以及管道的設(shè)計壓力、設(shè)計尺寸等，將站內(nèi)管道分為若干段，并繪制詳細的管線圖。

1.1.2 管道剩余壁厚的檢測。

采用選定的組合測試技術(shù)，按照管線圖對關(guān)鍵部位進行壁厚檢測，并與設(shè)計壁厚對照分析。

2 介質(zhì)腐蝕性影響因素及規(guī)律

2.1 含水。產(chǎn)生CO2腐蝕必須有水存在，而且必須濕潤鋼鐵表面。含水率對腐蝕嚴重程度具有重要影響。

2.2 分壓的影響。二氧化碳分壓是二氧化碳腐蝕的直接影響因素。在油氣工業(yè)中根據(jù)CO2分壓判斷腐蝕程度的經(jīng)驗規(guī)律是：當Pco2＜0.021MPa時，不產(chǎn)生CO2腐蝕；當0.021＜P co2＜0.21MPa時，發(fā)生中等腐蝕；當Pco2＞0.21MPa時，發(fā)生嚴重腐蝕。

2.3 溫度。當溫度小于＜60℃時，金屬表面光滑，均勻腐蝕；溫度在110℃附近時，嚴重聚部腐蝕，溫度大于150℃時，形成的混合腐蝕產(chǎn)物膜細密，腐蝕率下降。

2.4 流速的影響。高流速使腐蝕產(chǎn)物膜產(chǎn)生機械疲勞，容易使鋼鐵處于裸露狀態(tài)，導(dǎo)致腐蝕速率升高。其他因素如pH值、水中其他離子含量等對CO2腐蝕也會產(chǎn)生一定影響，由于影響作用比較復(fù)雜，在此不做討論。

2.5 介質(zhì)流場沖刷仿真分析

應(yīng)用流體力學(xué)計算軟件，對管道典型單元如直角彎頭、三通、大小頭等進行流場仿真模擬，預(yù)測各個部件易產(chǎn)生沖刷腐蝕的部位，了解管道沖刷腐蝕規(guī)律，以掌握站場管道內(nèi)腐蝕或沖刷減薄的關(guān)鍵部位，為這些易產(chǎn)生沖刷減薄的關(guān)鍵部位的監(jiān)控提供依據(jù)。

2.6 剩余強度評估

評價的步驟進行剩余強度評估，確定管道的最小要求壁厚，以及最大承壓能力，分析管道的安全可靠性。其中，失效模式確定為塑性破壞失效；由于主要載荷為氣體內(nèi)壓力，因而管線內(nèi)力可僅考慮內(nèi)壓影響；軸向作用力和彎矩在設(shè)計壓力以及操作溫度下，利用軟件應(yīng)力分析計算得到。

2.7 剩余壽命預(yù)測

SY/T6477-2000《含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法第一部分：體積型缺陷》中給出的管道最小壁厚計算方法，求解管道最小要求壁厚，確定腐蝕余量。

3 應(yīng)用效果

3.1 準確測量了兩個站場管道和關(guān)鍵設(shè)備的剩余壁厚。

利用上述提出的組合檢測方法體系對某集氣站管道腐蝕情況進行了全面調(diào)查，監(jiān)測117處管件的剩余壁厚，發(fā)現(xiàn)54處腐蝕（沖蝕）減薄點。

3.2 分析了影響兩個站關(guān)鍵設(shè)備和管道腐蝕的關(guān)鍵因素及規(guī)律。

某站介質(zhì)含CO21.4%-3.7%之間，各井日產(chǎn)水量0.7m3—3.5m3之間，且CO2平均分壓達到0.183-0.361MPa，進站溫度低于60℃，但加熱后溫度高于60℃，部分井產(chǎn)水含有較多Ca2+、Mg2+離子，增大局部腐蝕傾向，各井盤管內(nèi)實際流速為12-37.7m/s，流速高，腐蝕產(chǎn)物膜比較疏松，這些都表明集氣站介質(zhì)具有較強的腐蝕性。

3.3 預(yù)測管道內(nèi)易沖刷腐蝕部位。

對沖刷危險點進行預(yù)測，容易發(fā)生沖刷腐蝕的部位有：①三通后背弧面位置；②節(jié)流閥閥芯位置；③直角彎頭后直管段上與彎頭間距小于2D（D為管道公稱直徑）的區(qū)域；④大小頭的小頭位置；⑤U型彎頭的兩個彎頭后外弧面區(qū)域；⑥單個彎頭的后外弧面區(qū)域。仿真預(yù)測分析結(jié)果與實際抽查的測試結(jié)果對比，驗證了仿真分析的有效性和正確性。

3.4 剩余強度評估結(jié)果。

以某站一口井加熱爐為例，加熱爐管道為∮76*9mm，工作壓力29MPa，工作溫度50℃，輸送介質(zhì)天然氣，管道材料20 鋼，腐蝕點深度0.3-0.7mm，按照很嚴重級別可接受的失效概率為10-5，從而得到加熱爐管道的剩余壽命為8.32年。

4 結(jié)語

隨著天然氣開發(fā)規(guī)模的擴大，集氣站工藝管道、單井管道數(shù)量迅速增加，由于管道失效而引發(fā)的安全問題越來越多的暴露出來。造成管道運行故障的主要因素是各種情況下的腐蝕，由于管道內(nèi)外腐蝕造成的穿孔、破裂、減薄等失效事故，不僅嚴重影響正常生產(chǎn)，也對企業(yè)財產(chǎn)和員工生命安全構(gòu)成極大威脅。針對上述問題，探索有效的集氣站管道缺陷檢測和評價方法，精確掌握站場管道和設(shè)備的腐蝕狀況，分析站場管道腐蝕影響因素及腐蝕規(guī)律，仿真分析并預(yù)測管道易發(fā)生沖刷減薄的關(guān)鍵部位，進而對管道剩余強度進行評估。

［1］陳卓元，張學(xué)元，王鳳平，杜元龍等.二氧化碳腐蝕機理及影響因素.材料開發(fā)與應(yīng)用，1998，05.