YK6H井高压阀门腐蚀及防护对策

2014-05-05周国英梁根生

石油化工腐蚀与防护 2014年2期

杨刚，李明，周国英，梁根生

(中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆库车842017)

1 腐蚀现状

雅克拉气田YK6H井井场和站外使用DN150，PN160高压阀门多次发生腐蚀，造成频繁关井更换阀门。阀门腐蚀特征:(1)法兰槽存在不规整的坑蚀且整个钢圈槽内圈密封面存在整体减薄现象，见图1;阀门内部通道呈溃肠状腐蚀且部分存在深坑腐蚀(见图2～3)。(2)阀门本体、法兰焊缝底部有砂眼，砂眼为针眼大小。

图1 法兰钢圈槽腐蚀Fig.1 Corrosion of steel ring groove

图2 阀门内部通道溃肠状腐蚀Fig.2 Ulcers corrosion of valve internal channel

图3 坑蚀Fig.3 Pitting corrosion

2 腐蚀行为分析

2.1 腐蚀环境

YK6H井是雅克拉凝析气田一口高温、高压、高产、高流速的凝析气井，油压30 MPa，油温80℃，回压8.0 MPa，回温60℃，流速6.5 m/s，日产凝析油110 t，日产天然气50×104m3，日产水5 m3，天然气中甲烷平均体积分数85.45%，乙烷平均体积分数5.31%，丙烷平均体积分数2.07%，平均相对密度0.66。凝析油密度在平均为0.79 g/cm3，动力黏度平均为2.66 Pa·s，蜡平均质量分数为15.96%。CO2质量分数为3.10%，H2S质量浓度为25 mg/m3。

2.2 阀门材质分析

雅克拉采凝析气田YK6H井场和站外使用DN150，PN160高压阀门，阀门阀体及阀盖材质WCB(W表示可焊接的;C表示为铸造的;B表示碳素铸钢的强度等级，为中等压力等级)［1］，配对法兰材质为16Mn，与其相连管线法兰材质为06Cr13，钢圈材质为06Cr13。因YK6H井集输管线主管线采用AMERON公司芳香胺固化的6"玻璃钢管材质，井场部分管线(φ168 mm×11 mm管线材质为06Cr13)和站外转换接头后至站内管线为金属材质管线(φ168 mm×11 mm管线材质为16Mn)。2009年YK6H井玻璃钢主管线投用后井口停止加注缓蚀剂，井场照片见图4。自2009年至2012年YK6H井井口和站外高压阀门多次出现法兰和本体腐蚀刺漏事件，已累计更换高压阀门6套。

表1 相关管材材质化学成分Table 1 Chemical composition of related pipe material w，%

2.3 阀门的加工工艺缺陷

目前YK6H井井口使用的DN150，PN160阀门加工工艺:阀体为高压铸造阀门，阀门法兰为铸造加工，阀门法兰与阀门焊接。铸造过程中，阀门本体可能存在砂眼，给使用带来安全隐患。阀门法兰焊接时，因焊接或热处理过程中，未焊透或冷却时焊缝出现砂眼。

WCB与A105都是美标材料，化学成份一致，两者主要区别是加工方式，WCB为铸造成型，A105为锻造成型，但A105的力学性能要优于WCB，锻造工艺比铸造工艺少砂眼气孔，更适合使用在天然气阀门上。

3 腐蚀影响因素

3.1 电偶腐蚀机理及影响因素

凡具有不同电极电位的金属相互接触，并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀即属电偶腐蚀。如不锈钢和碳钢的连接处，碳钢在介质中做为阳极而被腐蚀。腐蚀特征为在两种金属接触部位的周围表面上耐蚀性差的金属上常出现沟槽、凹坑等局部腐蚀现象，距接触部位愈近，腐蚀愈严重。碳钢的点位序为－0.40 V，不锈钢的点位序为－0.30 V［2］。

温度越高，电偶腐蚀速率先大后小，60℃时腐蚀速率最大，YK6H井回温正处于腐蚀最大温度。不同温度和偶接面积比下碳钢的腐蚀速度图(见图5)。温度低于60℃时，未形成FeCO3保护膜，腐蚀速率随温度升而加快;温度在60～100℃时形成FeCO3保护膜，腐蚀速率随温度升而减少;温度在100～120℃时形成FeCO3保护膜，越来越致密，膜越来越薄，腐蚀速度最小，之后膜的致密性减小，腐蚀速率加快。

图4 YK6H井场照片Fig.4 YK6H wellsite photo

图5 腐蚀速度与温度的关系Fig.5 Relationship of corrosion rate and temperature

3.2 介质压力的影响

介质压力越大，越易在法兰处发生紊流，加速金属法兰面的腐蚀。特别是介质中含CO2，压力升高，CO2溶解度增大，加剧腐蚀。

3.3 流速的影响

介质流速与腐蚀的关系，主要取决于介质与金属的特性。金属在介质不发生钝化的情况下，流速越大，腐蚀速度愈大。碳钢材质在雅克拉单井井口，高流速含腐蚀介质的油气流在法兰处容易发生紊流、空蚀、冲击，加速金属法兰面的腐蚀。

3.4 静电影响

在天然气集输管线中，当选用绝缘体非金属管材料，流动的天然气流体会产生静电，非金属管道受不良导体的制约，流动中所产生的电荷很难及时泄漏到大地，大部分电荷随气体的流动而聚集在非金属管道上，在非金属管道上积聚一定量的静电荷会在金属管道上传导释放，如果金属管道外防腐层有破损点，电流在此处流出之后会有腐蚀加剧的现象，另外如果外防腐层没有破损，电荷分布在金属管道上构成静电磁场环境，可能影响介质体系或材料本身的腐蚀性能，影响材料的氧化还原电位，使其腐蚀速率加大，造成管道薄弱处放电，加剧腐蚀穿孔进程;YK6H井集输管线选用AMERON非金属管道，投运不到一年的非金属转换接头后的阀门及非金属管线之后的金属管线整体减簿至2～3 mm，验证了非金属与金属材料的静电腐蚀问题。

4 结论

结合2009年“雅克拉气田集输系统抗腐蚀管道材质实验”科研项目、雅克拉凝析气田单井集输管线抗腐蚀材质优选［3］、16Mn集输管线钢在含CO2凝析气田的腐蚀行为［4］和YK6H井采油树法兰腐蚀［5］等相关研究，YK6H井集输管线16Mn材质腐蚀管段送检，分析腐蚀产物主要为FeCO3，腐蚀为CO2冲刷腐蚀。YK6H井集输管线上使用的 DN150，PN160阀门腐蚀主要也为CO2冲刷腐蚀;电偶腐蚀、静电腐蚀和高流速在紊流、空蚀、冲击腐蚀等的影响加速了法兰金属槽的CO2腐蚀，阀门本身加工工艺缺陷也是影响因素［6］。

5 防治措施

针对YK6H阀门加工工艺缺陷、腐蚀现状和腐蚀因素分析，对高压凝析气井集输系统高压阀门腐蚀治理措施如下:

(1)选用耐蚀材料。选用316L不锈钢材质的阀门，2012年雅克拉气田腐蚀治理，井口高压阀门材质更换为316L的不锈钢锻造阀门，与20#+316L复合管内衬材质的电位序一致［7］。

(2)优化阀门加工工艺。将阀门铸造工艺(WCB)改为锻造工艺(A105)，减少砂眼、气孔;将阀门法兰钢圈槽、阀门内部内衬不锈钢(内衬316L)，见图6，提高法兰槽和阀门的防腐蚀性能和抗冲蚀性能。在牙哈凝析气田YH23-1-22井生产阀门内衬FF级不锈钢材质(1Crl3)已成功使用18月未见腐蚀;雅克拉凝析气田YK1、YK2、YK10井回压管线1Crl3方墩弯头在2008年试验使用至今未更换，通过对YK1井回压管线1Crl3方墩弯头取样分析，方墩弯头存在轻微腐蚀［8］。