通過文獻調研了國內油氣田水處理系統在用管材的應用情況，初步篩選出了4種適用于核桃殼過濾器撬塊內管線的管材。其中，金屬管材的篩選依據為類似工況下的耐蝕性，非金屬管材的篩選依據為耐溫性及其與水介質的相容性。

4種管材分別為：金屬材料選用耐蝕性較好的316L不銹鋼、3Cr鋼及抗菌鋼；非金屬管材選用具有良好耐溫性能及與水介質相容性較好的PE-RT II管材。

在此基礎上，分別對上述管材進行適用性評價、施工及維護評價以及經濟性評價。

試驗前，用刻字筆在試樣側面進行編號，依次用去離子水和無水乙醇超聲波清洗表面粉塵，冷風吹干。

試驗參數取核桃殼過濾器撬塊典型的工況參數，試驗周期為720小時。

將準備好的3個平行樣安裝在特制的試驗架上，放入反應釜內的腐蝕介質中，試驗裝置如圖2所示。

通入高純氮氣除氧至0.05 mg/L，然后通入高純氮氣升壓升溫到試驗要求，開始試驗。

試驗結束后，觀察管材內壁和外壁的宏觀形貌，拍照記錄，如圖3所示。

對比圖1和圖3可見，相容性試驗前PE-RT II管材外壁和內壁均無明顯缺陷及損傷，試驗后管材內外壁未見溶解、氣泡、開裂及變形的現象。

對試驗后的試樣進行理化性能測試，對比相容性評價試驗前后試樣的理化性能，如表1所示，可見相容性試驗后PE-RT II管材的材料屬性、熱學性能、力學性能等均未出現顯著變化，且均滿足ISO 22391-2-2009標準的要求，在核桃殼過濾器撬塊內服役工況下具有良好的適用性。

根據標準ISO 22391-2-2009，在80 ℃工作環境中，對于設計壓力1.25 MPa的PE-RT II管（規格為4″，外徑110 mm，壁厚10 mm），假設試驗開始時管內壓為1.15 MPa，通過計算可得到靜液壓強度為5.8 MPa。

通過PE-RT II管材預測靜液壓強度參照曲線外推，可以看出當使用年限為20年左右時，PE-RT II管材的靜液壓強度為4.6 MPa，根據公式計算可得出此時管內壓為0.92 MPa，即設計壓力1.25 MPa的PE-RT II管（4″）在80 ℃、0.92 MPa內壓條件下可使用20年不滲漏。

由于核桃殼過濾器撬塊內管線工作壓力為0.5 MPa，使用溫度為55~60 ℃，可以預測使用設計壓力為1.25 MPa的PE-RT II管的使用年限超過20年。因此，PE-RT II管在核桃殼過濾器撬塊內管線服役環境中具有良好的適用性，可滿足在核桃殼過濾器中長期服役的要求。

對316L不銹鋼、3Cr鋼及抗菌鋼來說，依據標準ISO 11845-2020開展適用性評價試驗，試驗周期為720小時。

316L不銹鋼試樣為揚州科力環保設備有限公司提供的成品掛片，尺寸為50 mm×25 mm×2 mm，抗菌鋼與3Cr鋼試樣均為寶鋼提供的掛片，尺寸均為50 mm×13 mm×3 mm，每組設置3個平行試樣，試樣表面粗糙度≤1.6 μm。

試驗前，使用刻字筆編號，并依次用丙酮除油，去離子水和無水乙醇超聲波清洗表面粉塵，冷風吹干后，測量每組試樣尺寸（精確到0.01 mm）及質量（精確到0.1 mg）。

將準備好的試樣相互絕緣安裝在特制的試驗架上，放入反應釜內的腐蝕介質。試驗裝置如圖2所示，通入高純氮氣除氧至0.05 mg/L，然后通入高純氮氣升壓升溫到試驗要求。

試驗結束后，觀察試樣的宏觀腐蝕形貌，并拍照記錄，如圖4所示，可見抗菌鋼、3Cr鋼表面有均勻腐蝕痕跡，未見明顯局部腐蝕；316L不銹鋼試樣表面金屬光澤仍清晰可見，腐蝕輕微。

然后，根據ISO/FDIS 8407-2020推薦的方法去除試樣表面腐蝕產物，無水酒精除水后烘干。利用失重法計算腐蝕速率，結果如圖5所示。可見模擬工況下抗菌鋼和3Cr鋼的均勻腐蝕速率均遠小于0.125 mm/a，為NACE RP0775-2018標準中規定的中度腐蝕；316L不銹鋼均勻腐蝕輕微，腐蝕速率僅為0.0011 mm/a。

上述結果表明，316L不銹鋼、3Cr鋼、抗菌鋼在核桃殼過濾器撬塊內工況下的耐腐蝕性能均較好。

2″管設計壓力為1.6 MPa，壁厚為5.54 mm，依據標準ISO 559-1991中推薦的方法計算管內壓。

參照圖5所示的腐蝕速率，在嚴格控制溶解氧質量分數<50 μg/L的情況下，僅考慮腐蝕因素，核桃殼過濾器撬塊內管線使用316L不銹鋼、3Cr鋼、抗菌鋼的預計使用年限均超過25年。

針對調研優選的4種管材，在滿足核桃殼過濾器撬塊內施工條件下，從管線現場組裝連接方法、注意事項以及后期維護角度進行評價，分析其現場施工與維護的可行性。

對于PE-RT II管材，通常使用熱熔焊接與電熔焊接的方式進行施工。其中，對于滿足熱熔焊接設備尺寸要求的管線，優先選用熱熔焊接；對于相鄰管線間距小于26 cm的管線，使用電熔焊接。考慮到主管線上儀表引壓管、排污等小分支開孔情況，為避免在工作壓力下開孔位置發生滲漏，可在確定儀表引壓管或排污孔的小分支開孔位置后，準備異徑三通與連接儀表的內絲管件，通過熱熔焊接或者電熔焊接的方式與PE-RT II管連接，最后將內絲管件與儀表連接。

需要注意的是，當PE-RT II管受陽光紫外線照射時，容易產生老化等情況，在PE-RT II管材后期維護中，需要對PE-RT II管及配件增加外防護，比如鐵皮或鋁皮防護等，避免PE-RT II管件及配件受到紫外線的直射。同時，需要對外防護金屬的腐蝕情況進行定期檢查，確保其對紫外線起到完全隔離的作用。

對于3種金屬管材，均可通過電焊的方式進行施工，在后期維護中需要定期對管線壁厚進行檢測，當管線壁厚接近臨界使用壁厚時，需要及時對管線進行更換。

基于上述分析，將核桃殼過濾器撬塊內管線更換為PE-RT II管材、316L不銹鋼、3Cr鋼、抗菌鋼，從施工及維護的角度來看，具備可行性。

在適用性評價與施工及維護評價基礎上，重點對調研優選的4種管材的材料費、現場施工設備費、人員費等進行綜合分析，最終優選出適用性、施工及維護可行性、經濟性均較好的管材。

PE-RTII、316L 不銹鋼、3Cr鋼、抗菌鋼管材的經濟性評價結果如圖6所示，其中各材質的費用均包含核桃殼過濾器撬塊內管線用全部管材費用、現場施工費用、焊接施工設備費用及稅費。

從經濟性評價結果可以看出，PE-RT II管材的經濟性最佳，抗菌鋼比PE-RTII管材略高，3Cr鋼價格為PE-RT II管的2.3倍，316L不銹鋼價格約為PE-RT II管的6.8倍。