电阻探针在油田站场生产设施腐蚀平台中的应用研究*

渠 蒲,于慧文,陈永浩,尹琦岭,王树涛,王清岭

(1.中国石油化工股份有限公司中原油田分公司,河南 濮阳 457001;2.中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心,河南 洛阳 471003)

随着油气田开发年限的延长,地面系统骨架工程已进入更新、维修期,改造投资逐年增大。主要表现在:设备陈旧老化、能耗高、效率低;管道腐蚀严重,影响安全生产。腐蚀问题不但制约着开发效益的提高,而且关系到企业的生存及发展[1]。中原油田东濮老区自1975年发现濮参一井以来,已连续开采近50 a,目前综合含水率已高达97%,站场生产设施因腐蚀发生泄漏、穿孔事故频繁,站场内数字化、信息化、智能化应用程度又偏低,事故隐患排查治理、事前预防能力严重不足。

因此,中原油田选择在濮二联进行系统研究,选取平台中关键的腐蚀数据,油田目前使用的是常规的失重挂片法[2],其滞后的腐蚀数据,严重影响腐蚀评估的准确性,不能满足腐蚀平台的要求。该文结合现场工况实际和经济性考虑,进行了在线电阻探针技术的研究和应用,通过开展室内对比试验、优化算法及探针形状等进一步提升了数据精度,以及在现场进行的监测点布局优化、安装应用试验,最终确定了适用于中原油田的腐蚀数据采集方式,为下一步油田油气站场实时管控腐蚀风险因素分析的准确性奠定了基础。

1 油气站场腐蚀现状

濮二联合站主要工艺流程为油藏经营管理区来液以及经三相分离处理后油、气、水,设计处理能力12 000 m3/d,设计处理油量700 t/d,目前实际处理液量9 227 m3/d,进站含水率约98%,进站温度40 ℃,进站压力0.24 MPa,外输含水率 1.6%,外输温度85 ℃,外输压力0.5 MPa。

濮二联合站主要腐蚀问题:罐体腐蚀穿孔、罐壁及罐顶锈蚀、外防腐层脱落;三相分离器减薄,管线、阀门、泵等腐蚀泄漏。发生腐蚀泄漏最多的为管线,其次是泵。近两年漏点情况统计见图1。

图1 近两年的漏点情况统计

2 在线监测技术

2.1 必要性

中原油田东濮老区腐蚀监测采用挂片失重法,其基本原理是将试件挂在管线内一定高度,然后在一定时间内进行监测,通过分析挂片失重来计算腐蚀速率。目前中原油田腐蚀监测周期为3个月,即每个监测部位每年只能获取4组腐蚀数据,传统的监测技术,只能得到累积的腐蚀速率,时效性差,难以实现实时监测,滞后的数据会对腐蚀评估平台造成误判,导致风险识别精准度下降,不能满足腐蚀评估平台要求。因此,需要选择在线腐蚀监测技术[3]实现实时监测,得到的瞬时腐蚀速率数据,有助于腐蚀评估平台进行风险分析调整,实现实时预警机制。

2.2 优选电阻探针作为在线监测方式

在线腐蚀监测技术已经广泛应用于炼油、油气采输等多种工业领域[4],在线监测技术按照适用范围、精度要求、成本费用等用于不同的工业现场。根据中原普光现场监检测应用技术经验[5],目前常用的在线监测技术为线性极化探针、电阻探针、电感探针、电指纹、氢探针等,由于现场工况为油气水介质,通过对适用范围、监测成本等综合因素分析,在濮二联站选用了在线电阻探针监测技术,各类监测技术对比情况见表1。

表1 腐蚀监测技术对比分析

3 “蚊香”形电阻探针优化设计

3.1 现有探针存在的不足

电阻探针工作原理是在电阻探针长度不变的前提下,根据截面积与电阻的线性关系得出的腐蚀速率。根据其原理,试验逐步优化后,均取得了较好的效果[6]。但结合中原油田后期开采高含水、低pH值、高Cl-易发生点蚀的特点,目前市面上常用的棒式电阻探针在出现点蚀或断裂长度变化后,将会存在严重的数据误差,同时,电阻探针运行中,会产生随机误差和系统误差等,使得每次测定的腐蚀深度值不一致,导致测量结果波动较大。

3.2 电阻探针结构优化设计

结合中原油田高矿化度、高Cl-含量的特性,失重挂片表面易形成深V型严重点蚀及腐蚀产物附着后造成的垢下腐蚀。电阻探针常用的棒状结构与失重挂片情况类似,长时间使用后可能存在断裂、腐蚀产物附着导致数据失真,同时探针垂直插入管线内部,与介质流向垂直,流速的改变可能出现冲蚀现象,为消除此影响,将探针形状设计成平面“蚊香”形,这样探针与介质流向一致,可防止探针受到正面冲刷,同时探针垂直向下,表面与介质流向一致后,在其表面形成的垢可被清除,进而得到管线的腐蚀速率。

3.3 电阻探针数据优化处理

探针形状改变后,为保证“蚊香”形探针精度,将试棒进行了最大程度的加粗,增加其有效长度,再通过与失重挂片的室内对比试验,将得到的数据进行对齐、分析,筛除无效数据,获取蚊香形探针的腐蚀损坏规律[7],随后,结合现场加有缓蚀剂的实际情况,再次对缓蚀剂加注后蚊香型探针与失重挂片的数据对比,进一步剔除离群值,将所有数据平滑处理后,确定出一元线性拟合方程式,确保现场应用达到满意效果。

根据试验结果发现电阻探针测试的腐蚀速率数据与挂片数据能够得到很好的拟合,挂片数据基本处于探针数据的95%置信区间。通过进一步试验可以看出,电阻探针累计腐蚀速率与挂片腐蚀速率一致,瞬时腐蚀速率低于累计腐蚀速率。

4 现场应用

由于濮二联站场内部分阀组管线使用柔性复合管、来水管线采用了玻璃钢材质,不适宜在这类部位安装在线电阻探针,需选择金属管线部位,同时配合在线测厚装置,对管线腐蚀进行实时监测,最终确定在具有代表性的濮二联东五线来油阀组、滤后水、濮三联原油外输部位,进行监测布局,获取整个系统的腐蚀数据。监测布局见图2,挂片数据对比见表2。

表2 挂片数据对比 mm/a

图2 监测布局

5 结 论

(1)通过改变电阻探针形状,可以更好的贴合现场实际,提高电阻探针的可靠性,消除点蚀断裂、冲刷和结垢等不利因素,使得电阻探针能够更好的满足测量需求。

(2)对电阻探针因形状改变后造成的误差,通过室内对比试验,将改进后的电阻探针测试的腐蚀速率数据在实验室与挂片数据进行对比,最终得到电阻探针累计腐蚀速率与挂片腐蚀速率一致的结果,同时瞬时腐蚀速率数据可作为工况变化后引起腐蚀变化的动态评价指标,为及时采取腐蚀措施提供指导。