酸性气田天然气净化过程中, 腐蚀问题始终比较突出, 由于腐蚀导致穿孔、破裂, 引发天然气泄漏, 不仅影响净化厂安全生产, 而且将造成环境污染甚至灾难事故[1]。在酸性天然气净化厂, 由CO2-H2S-H2O、R2NH-H2S-CO2-H2O、高温硫化、热稳定性盐、高温流动等引起的SSC、HIC、SOHIC、碳酸盐腐蚀、胺应力腐蚀开裂、垢下腐蚀穿孔、冲刷腐蚀等腐蚀形态广泛存在于脱硫、脱水、硫磺回收、酸气处理及循环水系统[2, 3, 4, 5]。即使在没有电解质存在的环境, 高温气相带来的氧化腐蚀对管线和设备同样也会产生严重危害。本文在川渝地区多个净化厂脱硫装置的腐蚀状况调研的基础上, 从腐蚀监测点的布置、监测方法的选择及数据的管理和应用方面进一步完善了净化厂脱硫装置腐蚀监测技术。
针对川渝气田净化厂脱硫装置严重的腐蚀问题, 中国石油西南油气田公司天然气研究院开展了大量实质性工作。主要内容涉及了基于净化厂检修情况及专家意见进行的腐蚀监测点的布置, 综合分析线性极化探针、电阻探针、电感探针、超声波测厚技术、氢探针等监测技术的适应性确立的相应监测方法及利用RBI软件进行的净化厂风险评估技术等。
从川渝气田净化厂历年检修情况来看, 脱硫装置腐蚀严重部位主要存在于再生塔塔壁及内部构件、半贫液返回线、高温富液管线、原料气分离器底部、闪蒸罐入口处及酸气管线等。川渝地区主要天然气净化厂腐蚀调研情况见表 1。
从表 1可以看出, 在脱硫装置的局部位置存在严重的腐蚀, 需要进行长期腐蚀挂片或在线腐蚀监测, 具体的监测点位置见图 1。
主要的监测点包括:脱硫塔、再生塔、原料气分离器底部、闪蒸罐入口处、半贫液返回线、高温富液管线及酸气管线等。
以磨溪净化厂为例, 脱硫塔和再生塔的第一层、第十层和第二十层塔盘上安装腐蚀挂片进行长期监测, 用于研究塔内剧烈的传质和传热过程引起的腐蚀。另外, 在脱硫塔和再生塔底部安装在线腐蚀监测仪器用于对腐蚀严重部位的实时监控。原料气分离器底部腐蚀监测点主要用于在线监测分离器底部污水或污泥产生的腐蚀。换热器后至再生塔的高温富液管线安装在线腐蚀监测探针用于研究高温富液管线存在的胺腐蚀及间接反映换热器管程内电化学腐蚀。重沸器至再生塔半贫液返回线也需要安装在线监测仪器。在脱硫酸气冷凝器后安装腐蚀探针用于监测CO2-H2S-H2O腐蚀。
此外, 作为在线腐蚀监测必要而有益的补充, 超声波测厚法的特点是不损伤设备和管线, 随时监测材质的壁厚, 通过计算可以了解材质腐蚀速率的变化情况, 并能进行逐点测量。采用灵敏仪器, 通过定点、定人和定时测量才能获得较为精确的腐蚀信息。为扩大腐蚀监测数据采集范围, 磨溪净化厂在脱硫闪蒸塔、酸气分离器、净化气重力分离器、原料气过滤分离器、脱硫吸收塔、分-1101排污弯头、酸气放空管线(安全阀前)和滤-1101排污弯头等位置进行多点超声波监测。
腐蚀挂片适用于任何腐蚀环境, 可以获得均匀腐蚀速率和间接获取局部腐蚀信息, 如点蚀的深度和密集程度, 可广泛用于不满足探针安装要求位置的腐蚀监测。线性极化探针在高阻抗环境中应用具有局限性, 如气相环境和有机环境等。电阻探针具有适应性强、灵敏度高及反应快等特点, 但其在含硫条件及易产生局部腐蚀的环境中测得的结果具有很大误差。电感探针同样具有很强的适应性, 可用于不存在漏磁情况发生的区域的腐蚀监测。
根据各腐蚀监测技术的差异性和适应性及现场工艺条件要求, 对现场腐蚀监测方法进行了界定。以磨溪净化厂为例, 重点部位采用的腐蚀监测方法见表 2。
磨溪净化厂原料气分离器底部及闪蒸罐入口处实际安装线性极化探针见图 2。
此外, 超声波无损检测技术也广泛用于净化厂脱硫装置的壁厚减薄测量。然而, 许多净化厂超声波测厚工作尚存在诸多问题, 包括测试仪器精度不够, 导致产生了较大误差; 受表面涂层和内腐蚀产物膜的影响测厚结果出现增厚情况; 超声波测厚工作尚不能做到定人、定点、定时测量等。目前, 天然气研究院在川渝气田和净化厂已经使用了测量精度更高且不用去除管线和设备表面涂层即可测量的超声波测厚仪器。同时, 固定于现场管线和设备上的高精度能实现连续测量的柔性超声波测试仪已经在高含硫先导性试验基地得到应用。
数据库的基础数据来源于川渝气田净化厂脱硫装置进行的在线腐蚀监测数据、挂片数据、超声波无损检测数据及现场生产工况数据。采集到的数据进行规范性检查、数据变换、数据筛选后由本技术开发的数据库录入界面输入并统一管理。数据库管理采用MS SQL 2000+Oracle 9i, 管理界面实例如图 3所示。
净化厂脱硫装置腐蚀监测技术主要收集装置/管道运行过程中监测/检测到的工艺参数(如温度、压力、流量、管线和设备的公称数据、水质和气质参数等)和腐蚀数据(如电感探针、LPR、腐蚀挂片、超声波测厚及电阻探针等数据)。该数据库的建设和数据录入贯穿于整个净化厂生产过程, 通过不断更新和补充现场采集的数据实现对净化厂腐蚀信息的长效管理及基于腐蚀速率的安全评价, 为腐蚀控制方案的制定、指导检修及净化厂安全生产提供数据支撑。
应用在线腐蚀监测探针、腐蚀挂片及超声波测厚技术等获得金属材料的腐蚀数据对净化厂脱硫装置安全生产具有重要意义。其中, 高度敏感的在线腐蚀监测技术可以实时对腐蚀速率进行在线监测, 通过与现场工况参数建立的动态联系可以进行腐蚀控制措施的优化和调整。在线腐蚀监测和腐蚀挂片还可用于现场条件下腐蚀机理的研究。超声波测厚技术为历年净化厂检修提供了很多数据支持。
目前比较成熟的在线腐蚀监测技术都具有较好的测量精度和响应敏感的特点, 比如已经用过的CR1000电感式腐蚀监测仪、CorrTran电化学腐蚀监测仪及MICROCOR○R电感式腐蚀监测仪等。建立在线腐蚀监测数据与现场工况参数之间的动态联系, 以指导脱硫装置的安全生产是腐蚀监测技术的主要应用之一。
通过在线腐蚀监测技术建立腐蚀速率与现场参数之间的动态联系在国外已经进行过研究, 如加拿大松树河净化厂每套脱硫装置安装了8套线性极化探针。将探针提供的腐蚀速率、坑蚀指数、积累失量和试件腐蚀数据与原料气流量变化、胺溶液负荷建立动态联系用于净化厂脱硫装置腐蚀控制。
本试验在在线腐蚀监测数据和现场操作工况条件间建立动态联系方面做了研究。图 4为磨溪净化厂脱硫装置闪蒸罐入口处安装的线性极化探针测得的腐蚀速率、点蚀系数及电导率随时间的变化曲线。图 5为对应时间的闪蒸罐入口处工况参数变化曲线。可见, 在操作温度下降3.0℃, 处理量下降0.3 m3/h后, 在线腐蚀监测探针的腐蚀速率出现了明显的下降, 说明高度灵敏的在线腐蚀监测探针可用于研究现场工况参数调整后腐蚀速率的测量。实际上, 在线腐蚀监测技术已经广泛用于气田生产过程中缓蚀剂加注方案的调整和优化, 例如龙岗气田和普光气田等。
净化厂脱硫装置在线腐蚀监测技术能够实时监测腐蚀速率, 为操作人员提供了更好的方式来观察工艺参数或条件的变化对腐蚀的影响, 进而采取科学合理的防腐蚀措施, 对于净化厂的安全生产具有重要意义。
RBI技术是指采用先进的软件, 配合以丰富的工厂实践经验和腐蚀、冶金及化学知识, 对炼油厂、化工厂等工厂的设备、管线进行风险评估及风险管理方面的分析, 并根据分析的结果提出一个根据风险等级制定的设备检测计划。
天然气研究院利用RBI技术已经完成了对川西北净化厂、江津净化厂及忠县净化厂的风险评价平台的建立。较之于其他预测软件, RBI技术运行的基础是现场工况参数、管线和设备的属性参数及腐蚀监测数据。因此, 进行精确腐蚀监测是安全评价技术的迫切要求。
(1) 川渝气田净化厂脱硫装置腐蚀监测技术主要包括腐蚀监测点的布置、监测方法的选择、数据的处理、管理和应用等内容。在再生塔塔壁及内部构件、高温富液管线、半贫液返回线、原料气分离器底部及低温酸气管线等腐蚀严重部位需要进行重点腐蚀监测。根据监测探针的适应性, 在原料气分离器底部、半贫液返回线、闪蒸罐入口处选择线性极化探针, 在高温富液管线和酸气管线选择电感探针。采集的数据分析后, 利用数据库统一管理。
(2) 灵敏度较高的腐蚀监测技术可以用于在现场腐蚀速率和工况参数之间建立动态联系, 用于指导腐蚀控制措施的调整。同时, 现场基础腐蚀数据的准确收集可为现有风险评价及可靠性评价软件等提供数据支持。
(1) 常用的在线腐蚀监测及超声波无损检测等技术大多获得的是金属材料在腐蚀介质中的均匀腐蚀速率, 即或是利用腐蚀挂片通过微观形貌分析及微尺度测量获得的点蚀信息也存在较大误差和结果的滞后性。因此, 开展油气田现场用局部腐蚀监测技术(如电化学噪声技术及氢探针技术)研究具有重要意义。
(2) 建立完善的腐蚀监测技术还有很多工作需要开展, 如局部腐蚀监测仪器的应用、数据的无线传输技术、评价软件的开发和完善及数据库与其他安全评价技术的接口问题等。
2010, Vol. 39 Issue (6): 548-551, 556
2010, Vol. 39 Issue (6): 548-551, 556