管道内补口保护装置的设计

赵思捷 大庆油田采油二厂

管道内补口保护装置的设计

赵思捷 大庆油田采油二厂

随着油田三元复合驱及高矿化度水驱区块的开发，管道内腐蚀问题特别是管道焊接热影响区域的腐蚀较为突出。为此，设计一种管道内补口保护装置，该装置应用电化学保护原理，均匀极化保护电位，达到控制腐蚀的目的。测试了补口保护装置的运行数据，结合计算公式进行参数推导。针对不同的流动介质及不同的管道内径，规定其保护年限后可以通过计算合理配置保护装置电极体的质量。

管道防腐；管道内补口；保护装置；数据测试

针对内涂层管道焊接热影响区域内防腐补口问题，目前有相应的行业标准方法即内补口机涂敷法。但是在东北高纬度工况环境下，内补口施工及检验实际操作可行性较低。本文介绍一种内补口保护装置，该装置应用电化学保护原理，均匀极化保护电位，达到控制腐蚀的目的。

1 装置设计

1.1 工作原理

装置的主体结构采用铝合金材质，与管道焊接后即完成电化学连接，当介质电阻率满足要求并在管道中流动时，管道内补口部位电位极化，达到防腐要求[1]。

1.2 结构

管道内补口保护装置结构见图1。装置由以下三部分组成：

图1 管道内补口保护装置结构

（1）柱状合金体（多电极组合体，简称电极体）。它是装置的主要部分，由带钢芯的合金电极排列组成，环状定位装置、导电稳定环之间用气体保护焊接。

（2）环状定位装置。其作用是通过满焊焊接连接管道补口部位，完成电极与管道的电连接。

（3）导电稳定环。其作用是稳定电极体，提高导电效率。

1.3 技术要求

将装置安装在管道内补口位置，在流动的介质中，电极体为补口处管壁提供稳定均匀的保护电位。对于稳定流动的介质，为确保合金电极寿命及其均匀溶解，该保护装置中的Zn成分应在2.7%± 0.5%，其它微量成分In、Sn含量也应作适当调整[2]。

2 数据及参数

2.1 测试数据

模拟环道测试，保护装置焊接后在流动的介质中极化48 h，保护电位分布见表1、表2。

表1 人造海水管道保护电位分布

表2 清水、三元液管道保护电位分布

由表1、表2可见，人造海水管道5 m之内电位（甘汞电极）在0.78 V以上，达到保护要求；清水、三元液管道0.3 m之内电位（甘汞电极）在0.78 V以上，达到保护要求。

2.2 参数推导

借助上述保护距离测试数据，在相同规格管道内且同一规格的保护装置，对于上述3种不同介质，其补口装置净质量W亦不同

式中ω为电极消耗率（kg/A·a）；I为保护电流（A）。

若电极寿命按30年计，计算出对应的质量参数：W1（清水管道电极净质量）为1.16 kg；W2（人造海水管道电极净质量）为10.5 kg；W3（三元液管道电极净质量）为1.05 kg。

保护电流密度40 mA/m2；电阻率：清水150 Ω·cm，海水20 Ω·cm，三元液150 Ω·cm；管内保护电流I1=90 mA（人造海水介质有效保护距离为5 m）；I2=10 mA（清水介质有效保护距离为0.3 m）；I3=9 mA（三元液介质有效保护距离为0.3 m）。

单支电极接水电阻[3]

式中RA为电极电阻（Ω）；L为电极长度（cm）；ρ为管内水电阻率（Ω·cm）；r为电极当量半径（cm）；A为电极截面积（cm2）。

单支电极输出电流

式中U为阳极驱动电位（V），取0.2 V。

在试验管道工况条件下，对三元水溶液及清水单支电极能够提供足够的保护电流，保护时间为2.5年；对于人造海水两支电极能够提供足够的保护电流，保护时间为0.5年。清水及三元液补口装置（电极）质量见表3。

表3 清水及三元液补口装置（电极）质量

3 结论

（1）管道内电化学腐蚀控制技术目前属于初步探索阶段，相关标准仅是参照钢质水罐内壁阴极保护技术规范。测试数据显示油田内清水及三元液管道补口保护距离在0.3 m内，补口保护装置可满足要求。

（2）针对不同的流动介质、不同的管道内径，规定其保护年限后可通过计算合理配置保护装置电极体的质量。

[1]胡士信．阴极保护工程手册[M]．北京：化学工业出版社，1999：63-78.

[2]胡士信．埋地钢质管道阴极保护技术规范：GB/T21448—2008[S]．北京：石油工业出版社，2008：22.

[3]张经磊．海水管道内壁阴极保护——牺牲阳极法[J]．海洋科学，1984（5）：62-63.

（栏目主持 樊韶华）

表2 工业性现场试验空白和加药后腐蚀速率

由表1、表2可见，采用防腐措施评价装置测得的腐蚀速率与现场管道挂片测得的数据比较接近，说明在防腐措施评价试验装置上进行的药剂筛选结果真实可靠。

3 结论

（1）试验装置与现场工艺连接方便，不影响生产的正常进行。

（2）在试验装置上进行药剂筛选试验，具有条件可控，节约药剂费用，数据真实可靠等优点。试验装置还可以进行材质、涂层的优化筛选，适用于多种防腐措施的现场评价。

参考文献

[1]荣幼澧．用氧化-还原电位监督机炉腐蚀[J]．华东电力，2000，（6）：56-57.

[2]孙彦吉．海拉尔油田注水管道内腐蚀原因分析及对策[J]．腐蚀与防护，2013，（2）：180-182.

[3]王丽霞，李廷刚，王全鑫，等.油田注水系统地面管网腐蚀研究[J]．科学技术与工程，2009，19（7）：1 873-1 877.

（0459）5903786、jiaqing@petrochina.com.cn

收稿日期2015-04-17

（栏目主持 樊韶华）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.049

2015-04-17

贾庆：高级工程师，硕士，毕业于大庆石油学院油田应用化学专业，主要从事油田防腐防垢技术研究工作。