一、引言

    我國沒有高含硫氣田成熟的開發(fā)配套技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，含硫氣田的管材腐蝕問題一直是生產(chǎn)過程中一個(gè)相當(dāng)棘手的問題，常會(huì)帶來高成本和高人力投入，有必要對高含 H 2 S 海洋氣田進(jìn)行專題研究，明確材料選擇及防控措施。

    海上固定平臺(tái)的生命周期一般為 20 年左右。為了適應(yīng)生產(chǎn)需求，各種規(guī)模的升級改造以及維護(hù)工作亟待開展，而通過有效的防腐手段對其進(jìn)行安全保障具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。國外公司對于防腐重視程度高、要求嚴(yán)格，能否適應(yīng)及掌握這些技術(shù)要求往往是打入其市場的敲門磚，是否具備系統(tǒng)化的防腐技術(shù)能力往往成為業(yè)主判斷公司業(yè)務(wù)能力的重要方面，因而有必要積極梳理和掌握國際防腐技術(shù)要求，開展針對性的研究工作，為即將開展的投標(biāo)工作提供技術(shù)支持。

    防腐技術(shù)自成體系，依托生產(chǎn)設(shè)施升級改造進(jìn)行安全分析工作具有顯著的市場價(jià)值：一方面提升了服務(wù)業(yè)主的附加值，贏得業(yè)主信賴，另一方面可以形成獨(dú)立的安全分析服務(wù)包業(yè)務(wù)，為公司創(chuàng)造直接效益。

    海上工程具有空間有限、集成化程度高、風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)其與陸地工程不同，往往要求更加嚴(yán)格的防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)手段，例如采標(biāo)不同、設(shè)施布置要求不同、風(fēng)險(xiǎn)可接受水平不同等，有必要開展專題研究，掌握關(guān)鍵性防腐技術(shù)方法和理論。

    國內(nèi)外事故案例表明，缺乏有效的防腐技術(shù)以及分析建議落實(shí)不到位是事故發(fā)生的深層次原因之一。針對海上油田生產(chǎn)設(shè)施的安裝、檢修及升級改造等工作，需要有系統(tǒng)化和專業(yè)化的防腐手段來保障工程的可靠性以及規(guī)避對原有設(shè)施的不利影響。

    二、H 2 S 腐蝕原理與影響因素

    腐蝕過程和機(jī)理是不同的，可以分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕兩大類。化學(xué)腐蝕為金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞稱為化學(xué)腐蝕。主要是指金屬在干燥氣體中的氧化及在非電解質(zhì)中的腐蝕。

    電化學(xué)腐蝕為金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而引起的破壞稱為電化學(xué)腐蝕。腐蝕的進(jìn)行有自由電子參加，在金屬的表面有電流從一個(gè)區(qū)域流到另一區(qū)域。

    根據(jù)腐蝕破壞的形式，將腐蝕分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類。均勻腐蝕即全面的連續(xù)腐蝕，腐蝕作用發(fā)生在整個(gè)金屬表面上，以相近的腐蝕速度伸向金屬內(nèi)部。局部腐蝕是腐蝕損壞只局限于一定區(qū)域，包括孔蝕、脫層腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、選擇性腐蝕等。

    （一）H 2 S 腐蝕原理在材料選擇時(shí)首先要考慮金屬材料的抗硫化物應(yīng)力開裂性能，但是在酸性環(huán)境的設(shè)計(jì)選材過程中，仍然應(yīng)考慮由于電化學(xué)失重腐蝕、氫致開裂、應(yīng)力定向氫致裂紋、軟區(qū)開裂等H2S 腐蝕的影響，主要包括電化學(xué)腐蝕、硫化物應(yīng)力開裂、氫致開裂等方面。

    （二）H2S 腐蝕影響因素碳鋼或低合金鋼發(fā)生 SSC 的酸性環(huán)境的嚴(yán)重程度主要與 H 2 S 分壓 （PH 2 S） 和溶液的 pH 值有關(guān)，另外與管材成分、CO 2 、溫度以及介質(zhì)流速等因素有關(guān)。H 2 S 分壓和溶液 pH 值對腐蝕的影響可以通過嚴(yán)重程度分區(qū)圖來評價(jià)，如果不能證實(shí)計(jì)算或者現(xiàn)場測量技術(shù)的可靠性，可用 pH 值法確定。

    三、海洋氣田 H 2 S 腐蝕應(yīng)對措施

    某海洋氣田位于離海岸線 150km 的淺海區(qū)域，設(shè)計(jì)天然氣產(chǎn)量約為 1200MMSCFD，生產(chǎn)系統(tǒng)操作壓力 600kPag，溫度92℃，H 2 S 分壓 30.6kPa，CO 2 分壓 52.7kPa，pH 值約為 4.1，系統(tǒng)處于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，因此在天然氣處理與集輸過程中應(yīng)充分考慮 H 2 S 對管線和設(shè)備的腐蝕影響。某些海洋氣田可采用濕氣集輸方案，可以降低高含硫天然氣集輸風(fēng)險(xiǎn)，簡化工藝處理流程。由于濕氣輸送無法避免游離水的存在，因此防止 H 2 S 腐蝕就成了首要問題。

    （一）管材方案高含硫化氫環(huán)境下，普通碳鋼成本低、技術(shù)成熟、規(guī)格全，但是抗腐性能差，需要注入緩蝕劑，可靠性低；不銹鋼或特種鋼材抗腐性能強(qiáng)，但是成本高；玻璃或非金屬鋼材抗腐性能強(qiáng)，重量輕，但是抗沖壓差、成本高；防腐處理管材或復(fù)合鋼材的成本底、抗腐性能強(qiáng)，但是規(guī)格范圍小，應(yīng)用范圍差。海洋氣田有時(shí)采用 Alloy 625 復(fù)合鋼管和普通碳鋼管以及防腐措施作為選材方案。

    選用復(fù)合鋼管，必須對廠家的產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格控制，其中包括：生產(chǎn)廠家應(yīng)有良好的復(fù)合工藝，復(fù)合層與基層的結(jié)合力其抗剪應(yīng)力值一般應(yīng)不低于 100MPa，產(chǎn)品應(yīng)有可靠的復(fù)合質(zhì)量，產(chǎn)品有過工程實(shí)際等。

    （二）腐蝕裕量考慮足夠的腐蝕裕量是當(dāng)前平臺(tái)防腐設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的方法，但是指標(biāo)不治本，無法從根本上解決防腐問題。

    （三）配管方案配管方案主要包括管件、法蘭及閥門、支架等方面。管件要選擇與主材相同或相近的防腐材料，儀表材質(zhì)及管件需要特殊處理，不推薦使用復(fù)合材料、不銹鋼材料。法蘭與閥門需要根據(jù)公稱壓力等級選擇，例如當(dāng)?shù)燃墳?PN2.0 時(shí)，法蘭墊片需要選擇非金屬類型。支架與管道之間推薦采用活連接。如果采用焊接方式，需要采用相同或相近材料且進(jìn)行熱應(yīng)力處理。

    （四）緩蝕劑加入緩蝕劑能夠有效提高金屬的抗腐性能且對介子性能不產(chǎn)生影響，另外設(shè)備簡單、維護(hù)方便，因而成為工程上經(jīng)濟(jì)和高效的抗腐方案。然而，緩蝕劑添加的精確控制存在難度，在某些情況下，緩蝕劑容易與物流形成膠狀物，影響生產(chǎn)，為此需要考慮配伍實(shí)驗(yàn)，綜合考慮緩蝕劑的選擇。

    （五）氣體流速控制氣體流速往往與腐蝕速率成正向線性關(guān)系，特別是存在固體顆粒時(shí)，會(huì)極度加劇腐蝕。在某些情況下，隨著氣體流速的降低，管道底部容易積液，進(jìn)而發(fā)生水線腐蝕等其他腐蝕情況，因而需要整體設(shè)計(jì)氣體流速。

    （六）清管作業(yè)從管理和操作層面入手是有效實(shí)現(xiàn)防腐目的的有效方式，海洋氣田海管介子常為高含硫化氫的濕氣，由于壓力、溫度等環(huán)境條件的變化，可能在海管低洼處形成液相，從而造成電化學(xué)腐蝕，水合物的形成也容易堵塞管道。為此需要提高清球作業(yè)頻率，在一定時(shí)間段內(nèi)，通過有效清污實(shí)現(xiàn)防腐目的。

    （七）防腐監(jiān)控在設(shè)施操作運(yùn)行過程中，需要采用有效手段對硫化氫含量高的集輸系統(tǒng)進(jìn)行腐蝕監(jiān)控，例如采用腐蝕掛片、電阻探針等，同時(shí)可以通過取樣點(diǎn)進(jìn)行定期鐵離子分析，也可以設(shè)置手動(dòng)超聲波測厚裝置。

    四、結(jié)論

    防腐技術(shù)是海洋工程的重要研究領(lǐng)域，該技術(shù)系統(tǒng)化強(qiáng)，防腐和方法手段龐雜，針對海洋性氣候以及處理介質(zhì)的特點(diǎn)往往對防腐技術(shù)有了更加嚴(yán)格的要求，且細(xì)微的調(diào)整對于整個(gè)防腐方案有巨大的影響。了解 H 2 S 典型工況下的腐蝕機(jī)理與防護(hù)措施為解決高含 H 2 S 海洋氣田的管線設(shè)計(jì)提供了參考。針對H 2 S 對天然氣管線的幾種腐蝕形式，通過合理的選材與配管方案，選擇合適的腐蝕裕量，添加合理的緩蝕劑，設(shè)計(jì)合理管徑控制氣體流速，合理清管及強(qiáng)化腐蝕監(jiān)控系統(tǒng)可以對硫化氫氣田管線提供有效防護(hù)。海洋工程受限于空間和成本制約，硫化氫腐蝕防控尚未形成體系化和規(guī)范化做法，在防腐工程和關(guān)鍵設(shè)備及材料方面的攻關(guān)任重道遠(yuǎn)。

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責(zé)任編輯：王元

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