樊榮興* 劉 鵬 劉 亮 楊 陽(yáng) 羅 懿 王海鋒

（1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 2.中海油(天津)管道工程技術(shù)有限公司）

渤海某平臺(tái)生產(chǎn)水系統(tǒng)頻繁發(fā)生管道被腐蝕穿孔泄漏現(xiàn)象，為了降低損失，同時(shí)尋找出水系統(tǒng)發(fā)生腐蝕的主要原因，對(duì)生產(chǎn)水系統(tǒng)的腐蝕原因進(jìn)行了分析。該生產(chǎn)水處理采用單系統(tǒng)常規(guī)處理工藝，主要設(shè)備包括斜板除油器、加氣浮選器、預(yù)過(guò)濾水罐、雙介質(zhì)過(guò)濾器及超聲波過(guò)濾器、注水緩沖罐等。平臺(tái)生產(chǎn)水經(jīng)雙介質(zhì)進(jìn)料泵升壓后進(jìn)入雙介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，失效的測(cè)試短節(jié)位于雙介質(zhì)供給泵總出口位置。

1 宏觀分析及厚度測(cè)量

失效測(cè)試短節(jié)的內(nèi)壁宏觀形貌如圖1 所示。通過(guò)宏觀觀察發(fā)現(xiàn)，失效的測(cè)試短節(jié)內(nèi)壁結(jié)垢較為明顯，垢質(zhì)疏松且呈黑色，垢層厚度為2～5 mm，在垢層脫落部位可見(jiàn)黑色的腐蝕產(chǎn)物；剝落的垢層結(jié)合部位的內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物為紅棕色，測(cè)量可得腐蝕產(chǎn)物的厚度為0.5～1 mm。

圖1 測(cè)試短節(jié)的內(nèi)壁宏觀形貌

選取測(cè)試短節(jié)的不同位置，包括管段兩端（靠近與法蘭節(jié)的環(huán)焊縫處）、管段中間，去除其表面防銹層，從外壁按照?qǐng)D2 中所示方向，采用GE DM5E 超聲波測(cè)厚儀對(duì)剩余壁厚進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方向分別為12 點(diǎn)（縱向焊縫位置），3 點(diǎn)，6 點(diǎn)及9 點(diǎn)位置。

圖2 壁厚測(cè)量方向圖示

剩余壁厚測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)表1。已知母材和焊縫的測(cè)試管段原始平均壁厚分別為16.35， 17.69 mm，由剩余壁厚值可以看出，測(cè)試短節(jié)各方向都呈現(xiàn)均勻減薄趨勢(shì)。通過(guò)測(cè)量母材最小剩余壁厚為15.20 mm，焊縫最小剩余壁厚為16.58 mm。經(jīng)母材數(shù)據(jù)計(jì)算得出，管段最大壁厚減薄量為1.15 mm。

表1 測(cè)試管段剩余壁厚超聲波測(cè)量值 mm

按照API 579-2016 標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)管道進(jìn)行取點(diǎn)檢測(cè)，對(duì)管壁腐蝕類(lèi)型進(jìn)行判別，如圖3 所示。測(cè)量結(jié)果及數(shù)據(jù)可見(jiàn)表2。

圖3 檢測(cè)面與臨界厚度剖面

表2 厚讀數(shù)變異系數(shù)（COV）計(jì)算值

根據(jù)API 579-2016 標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)COV＜0.01 時(shí)，可判斷腐蝕類(lèi)型為均勻腐蝕。

2 細(xì)菌檢測(cè)及水質(zhì)分析

對(duì)水樣進(jìn)行細(xì)菌測(cè)試，結(jié)果可見(jiàn)圖4。結(jié)果顯示未檢測(cè)出存在腐生菌（TGB）、鐵細(xì)菌（FB），但存在硫酸鹽還原菌（SRB），檢測(cè)結(jié)果為25 個(gè)/mL。

圖4 細(xì)菌檢測(cè)結(jié)果

從測(cè)試短節(jié)上游泵閥處進(jìn)行水質(zhì)取樣，檢測(cè)水質(zhì)中各離子的含量，水質(zhì)分析結(jié)果可見(jiàn)表3。由表3 可知，水質(zhì)中鈣離子濃度較高，存在結(jié)垢的可能，而且水質(zhì)中含有一定量的Fe2+，F(xiàn)e3+，這是由于腐蝕導(dǎo)致的。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況，對(duì)生產(chǎn)水系統(tǒng)雙介質(zhì)供給泵出口水質(zhì)，按照SY/T 0600—2009《油田水結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)中的方法預(yù)測(cè)結(jié)垢趨勢(shì)[1-2]，結(jié)果表明該流體有CaCO3和BaSO4的結(jié)垢趨勢(shì)。

表3 水質(zhì)分析結(jié)果

3 微觀分析

分別選取測(cè)試短節(jié)垢樣、底部沉積物、脫落腐蝕產(chǎn)物、垢層脫落位置的黑色腐蝕產(chǎn)物、垢層剝離后紅棕色腐蝕產(chǎn)物的樣本進(jìn)行清洗并低溫烘干，隨后進(jìn)行微觀形貌分析和微區(qū)成分分析，5 個(gè)樣品分別標(biāo)記為1#，2#，3#，4#，5#，樣本的XRD 圖譜及結(jié)果可見(jiàn)圖5 及表4。

圖5 XRD分析譜圖

表4 腐蝕產(chǎn)物或垢樣成分

綜合以上數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析后可知，測(cè)試短節(jié)內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3O4，F(xiàn)eCO3和FeO（OH），表面垢層成分主要為CaCO3，與結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)一致?？拷軆?nèi)壁位置為鐵的腐蝕產(chǎn)物，而遠(yuǎn)離管壁位置的腐蝕產(chǎn)物中CaCO3成分增多，部分位置未檢測(cè)出CaCO3的主要原因是隨腐蝕產(chǎn)物層增厚，垢層遠(yuǎn)離管壁，更易于被介質(zhì)沖刷，從而導(dǎo)致其脫落。

4 室內(nèi)腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證管內(nèi)流體對(duì)管壁的腐蝕性，進(jìn)行了腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)。將管壁材料加工制成的掛片放入高溫高壓反應(yīng)釜中，液體介質(zhì)為海上平臺(tái)的生產(chǎn)水，設(shè)置溫度為65 ℃，壓力為0.65 MPa。浸泡7 天后取出掛片，進(jìn)行清洗、稱(chēng)重，靜態(tài)腐蝕模擬數(shù)據(jù)如表5 所示。根據(jù)Q/HS 2064—2011《海上油氣因生產(chǎn)工藝系統(tǒng)內(nèi)腐蝕控制及效果評(píng)價(jià)要求》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)碳鋼掛片的均勻腐蝕速率嚴(yán)重程度的規(guī)定，液相環(huán)境的腐蝕屬于嚴(yán)重腐蝕。圖6 為清洗前后掛片表面宏觀形貌。由圖6 可見(jiàn)，試驗(yàn)后掛片表面出現(xiàn)紅棕色腐蝕產(chǎn)物，清洗后掛片表面未發(fā)現(xiàn)局部腐蝕特征，呈現(xiàn)均勻腐蝕狀態(tài)。

表5 靜態(tài)腐蝕速率計(jì)算結(jié)果

圖6 試樣表面宏觀形貌

5 分析與討論

管道運(yùn)行時(shí)，環(huán)境介質(zhì)導(dǎo)致管道內(nèi)壁形成CaCO3垢層，垢層沉積往往會(huì)導(dǎo)致垢下腐蝕[3-4]。這是由于金屬表面上的某些不均勻因素，如腐蝕產(chǎn)物附著不完整和其他沉積物堆積，氧化軋皮不完整或局部破壞等，使金屬表面上不同部位腐蝕性氣體濃度存在嚴(yán)重差異，從而形成腐蝕性氣體的濃差電池。

另外，結(jié)垢可能會(huì)促進(jìn)細(xì)菌在垢下繁殖生長(zhǎng)，增加了細(xì)菌腐蝕的可能性[5]。垢下腐蝕通常與微生物腐蝕共同存在、協(xié)同作用，使金屬管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。當(dāng)沉積物的固體顆粒表面積較大時(shí)，會(huì)吸附帶走一定量的緩蝕劑，使緩蝕劑達(dá)不到有效濃度，同時(shí)垢的存在也抑制了緩蝕劑吸附到金屬表面，降低緩釋效果，加速管道腐蝕。

6 結(jié)論

測(cè)試短節(jié)外壁有防銹層保護(hù)，無(wú)明顯腐蝕現(xiàn)象；內(nèi)壁結(jié)垢明顯，垢質(zhì)疏松且呈黑色，與含油有關(guān)系，垢層脫落部位存在黑色腐蝕產(chǎn)物；剝落垢層結(jié)合部位的內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物為紅棕色，主要成分為Fe3O4，F(xiàn)eCO3及FeO（OH）。

測(cè)試短節(jié)內(nèi)壁表面垢層成分主要為CaCO3，與結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)一致，在當(dāng)前運(yùn)行狀況下，污水系統(tǒng)管道內(nèi)壁表面結(jié)垢明顯，存在垢下腐蝕，且水質(zhì)中存在SRB 細(xì)菌，管壁結(jié)垢有利于細(xì)菌繁殖，故同時(shí)發(fā)生細(xì)菌腐蝕的可能性極大。室內(nèi)模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示，測(cè)試短節(jié)材質(zhì)的靜態(tài)腐蝕為嚴(yán)重均勻腐蝕，腐蝕速率為0.308 1 mm/a。

測(cè)試短節(jié)壁厚檢測(cè)及API 579-2016 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示管道內(nèi)腐蝕為均勻腐蝕，但不排除管道某些滯留區(qū)存在局部腐蝕，應(yīng)定期對(duì)生產(chǎn)水系統(tǒng)中三通位置、彎頭位置、變徑位置及其他管路滯留區(qū)的位置進(jìn)行清理排查。

建議對(duì)管道進(jìn)行垢清洗，然后在斜板除油器前面加入防垢劑，并在生產(chǎn)水系統(tǒng)中定期加入具有黏泥剝離清洗功能的殺菌劑，消除表面沉積物，確保緩蝕劑吸附，必要時(shí)，對(duì)防垢劑類(lèi)型或加注比例進(jìn)行優(yōu)化，可以對(duì)防垢劑進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。