普光气田腐蚀监检测技术应用现状及效果分析

2018-08-29

石油化工腐蚀与防护 2018年4期

(中国石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川达州 635003)

普光气田具有H2S和CO2分压高，井筒中流体温度高，地层水矿化度高，不含凝析油和有元素硫析出5个特点，而国外成功开发的高含硫气田中同时具备以上5个特点的气田非常少见。这些特点加剧了普光气田设备和材料的腐蚀。与酸性气体接触的设备容易发生腐蚀，甚至引起H2S气体泄漏，严重威胁气田的正常生产和人员的生命安全。

腐蚀监检测是防腐工作的重要环节，在线腐蚀监测能够监测介质的腐蚀状态，以便于能够对现场腐蚀风险进行评估，阶段性腐蚀检测是预防腐蚀风险、减少腐蚀损失的必要手段，准确检测有利于及时发现腐蚀问题并及时解决。高酸性天然气具有强烈的腐蚀性和毒性，管道一旦发生腐蚀开裂或穿孔，就可能引起剧毒的气体泄漏，造成严重后果。普光气田自建立之初，对于腐蚀监检测就极为重视，将其视为保证普光气田安全生产的重要措施，除了初期建立了大量的腐蚀监测装置以外，还定期对站场进行阶段性全面检测，并每年开展管道智能检测。

普光气田在开发过程中，针对其所在地属山地地形，地形复杂，工况苛刻，引进集成了挂片、电阻探针、线性极化探针、电指纹在线监测技术、管道智能检测和超声波相控阵等离线检测技术，形成了监测范围包括内壁、外壁、气相、液相、站场和管线的全套腐蚀监测体系。

1 普光气田的腐蚀监测技术

普光气田的腐蚀实时监测方法主要包括挂片法、电阻探针、电感探针、线性极化探针、电指纹和氢探针等。

1.1 挂片法

挂片法是最传统也是最有效的腐蚀监测方式。普光气田集输系统现场布设挂片数量186个，安装在加热炉进口、出口，计量分离器气相、液相、收球筒旁通及外输管线，可以实现11 MPa的带压提取/安装挂片操作，挂片法信息全面、准确、具有无可替代的作用。通过对普光气田现场不同间隔的挂片取放周期研究，发现不同取放周期腐蚀速率变化不大。目前普光气田的挂片取放周期一般为3～6个月，如果发现挂片的腐蚀速率异常，则会缩短取放时间，增加监测次数。

1.2 电阻探针

电阻探针在普光气田的应用非常广泛，电阻探针对于环境没有苛刻的要求，可以同时满足气相、液相条件，在普光气田现场的布设与挂片分布位置完全相同。目前的探针更换也同样可以实现带压取放操作。电阻探针非常灵敏，现场每4 h提取一个数值，从几年的运行情况来看，探针虽然与挂片的数据并不完全相同，但是却很接近，所反映的腐蚀规律也基本一致。但由于普光气田腐蚀环境非常严苛，存在高温、高压、高含硫以及有硫沉积等原因，电阻探针的寿命较短需要频繁更换，影响了电阻探针功能的发挥。

1.3 电感探针

目前普光气田的电感探针应用于净化系统，集输系统并未采用。电感探针具有与电阻探针同样的优势，既可应用于液相也可以应用于气相环境中，探针寿命较长，数据的稳定性也较好。

1.4 线性极化探针

线性极化探针具有很高的灵敏度，但仅能适用于液相环境中，目前在普光气田主要设置部位为计量分离器液相出口处。但由于液相出口处常未充满液体或由于固相沉积物填充于三电极之间，限制了线性极化探针的正常工作。

1.5 电指纹

电指纹在高含硫气田使用的最大优势在于这是一种非插入式内腐蚀监测技术，不必像挂片等监测方式需要在管道上开孔，从而防止了由于开孔、焊接等对于管道本身造成的损伤。另外，电指纹探针不同于挂片、电阻探针等间接监测方式，直接监测管道本身，通过软件分析后绘制的图像直观准确，但一次性投资较高。目前在普光气田使用中，稳定性较好。

1.6 氢探针

氢探针和电指纹探针类似，具有非插入式优势，氢探针使用方便，使用时无需去除漆皮，可以对于任意部位(管径不能太小，否则探头无法检测)进行测量，测量时间仅十余分钟，非常方便，但目前对于低温厚壁体系测量时存在时效性较差等问题，并且测量数值并不能准确直观地换算成mm/a。

2 普光气田的腐蚀检测技术

普光气田除了装备完善的腐蚀实时监测系统以外，还分阶段对管道及站场进行全面检测。目前主要应用的方法有以下几种：智能检测技术、磁粉检测、渗透检测、超声波检测技术和磁致伸缩导波技术。

2.1 智能检测技术

智能检测技术主要分为几何变形检测器和金属损失检测器，既对管道缺陷和几何变形进行定位，又及时掌握管线的变形及腐蚀情况，从而合理地调整生产运行参数和防腐蚀措施。普光气田集输系统中的管道每两年全面检测一次。

几何变形检测器：检测内容主要包括管道长度、椭圆度、凹坑、内径变化和焊缝数量等；在管道探测金属损失量大于等于10%管壁的金属损失记录。由导向盘、密封盘、测距轮、温度传感器、几何变形传感器和拉钩等组成。测管线长度、弯头半径、内径变化、大的凹坑和椭圆度等参数。

金属损失检测器：以“漏磁”为基础，以磁通量的漏失量判定金属损失程度，检测管道的腐蚀、侵损、凿槽以及其他金属损失特征。检测内容主要包括管道长度、椭圆度、凹坑、内径变化和焊缝数量等；在管道探测金属损失量大于等于10%管壁的金属损失记录。

2.2 磁粉及渗透检测

该检测技术是非常传统的无损检测方式，方法直观有效。对于铁磁性材料的表面检测，国内外标准一般都推荐优先选用磁粉检测，现场曾利用微型裂纹试样对于磁粉、渗透两种表面检测方法进行了检测灵敏度对比，结果如表1所示。

表1 磁粉、渗透表面裂纹检测灵敏度对比

从表1可以看出，磁粉和渗透两种检测方式中，磁粉检测的示踪性更强一些，往往能显示出比缺陷更大的痕迹，便于在检测中发现问题。

2.3 超声波检测技术

普光气田现场所用的超声检测方式主要包括常规超声检测(UT)、超声相控阵检测(PA)和衍射时差超声检测(TOFD)三种。

UT法[1]:利用超声波的众多特性(如反射和衍射)，通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其缺陷种类及危害性。经现场试验，超声检测对于裂纹、未熔合、未焊透、气孔和夹渣等缺陷都有很高的检出率，但对于横向裂纹及夹渣类缺陷反射信号较弱，容易发生漏检，且检测结果受检测人员的操作经验影响较大。

PA法[2]：通过控制各个独立阵元的延时，可生成不同指向性的超声波波束，产生不同形式的声束效果，模拟各种斜聚焦探头的工作，进行动态扫描。现场大量检测试验表明，由于超声相控阵模式中有模拟软件进行支持，因此可对于焊缝等进行成像检测，可靠性优于常规超声检测方法。

TOFD法[3]：原理在于当超声波遇到诸如裂纹等缺陷时，将在缺陷尖端发生衍射波，这种衍射波会叠加在正常发射波上被探头检测到，从而判定缺陷的大小和深度。现场对多种规格和缺陷的样品进行试验，发现TOFD法可以对于焊缝裂纹、未焊透、未熔合、夹渣和气孔等缺陷进行有效监测。但也存在横向裂纹检出率低，薄壁管材焊缝检测效果差等缺点。

2.4 磁致伸缩导波技术

磁致伸缩导波技术[4]是利用管道的磁致伸缩效应产生机械弹性波，这种弹性波在管道中传播，当遇到管道上的特征部位(如焊缝或缺陷)时，产生反射导波。在磁致伸缩效应的作用下，反射导波会引起接受线圈电压的变化，该电压经软件系统处理后，就可以得到管道焊缝或缺陷的信号。

现场试验表明，在导波能够覆盖的范围内，缺陷信号、焊缝信号在数据图中都有明显的反映，对截面比例在0.15%以上的预制缺陷检测效果好。检测的灵敏度受缺陷或局部减薄几何特征的影响较大，调整不同频率的传感器可以适应不同的缺陷检测。

3 应用效果分析

普光气田的腐蚀监检测技术集成了国内外诸多的优秀技术，并且采用多种技术组合使用，兼顾了准确性和时效性，有效合理地进行实时监测和离线检测。除此之外，一些先进的技术也用于现场，如智能清管技术中除了漏磁检测和管道变形检测以外，最近还试用了最新研发的涡流检测技术，总体的技术水平很高。

目前应用的腐蚀监检测技术仍存在一些问题，主要是由于技术本身的局限性。集输系统腐蚀探针灵敏度较高，但寿命较短，并且探针和挂片都是间接式监测方式，难以真实反映管道本身的腐蚀状态，站场管道真实的腐蚀情况只能靠阶段性的站场检修来实现。集输管线目前的腐蚀状况主要依靠智能清管技术，但其本身存在着局限性，对于裂纹等线状缺陷以及深孔状缺陷不敏感，无法做到有效检测。另外，由于普光气田集输管线处于山地环境，智能清管器的速度控制效果差，检测精度更低。高含硫气井的井下管柱的腐蚀监测和检测依然没有找到一种安全准确的方式。