一種綠色、高效緩蝕劑

　　

       文/杜磊,上宮昌淮·中國石油天然氣集團(tuán)
 

　　酸性或高酸性油氣田集輸管線的腐蝕與防護(hù)近年來受到了高度的重視。其緩蝕劑的使用也向著綠色環(huán)保和多功能方向發(fā)展。

　　全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,導(dǎo)致石油天然氣的需求不斷增長,大批酸性油氣田得到開發(fā)。在酸性天然氣田開發(fā)和生產(chǎn)過程中,各類油氣田設(shè)備和集輸管道的腐蝕非常嚴(yán)重,特別是油氣井套管、鉆采設(shè)備、井下工具以及地面集輸系統(tǒng),經(jīng)常面臨高含硫化氫、二氧化碳、單質(zhì)硫以及高含氯離子等惡劣的工況條件。
 

　　近年來新開發(fā)的大型油氣田,如新疆塔里木、川東北、吉林、普光等油氣田,包括與國外合作的大型石油天然氣項(xiàng)目(如蘇丹、哈薩克斯坦、土庫曼斯坦、緬甸和印度尼西亞等國),多為酸性或高酸性油氣田,其集輸管線的腐蝕與防護(hù)受到高度的重視。
 

項(xiàng)目背景
 

　　為了控制集輸管線腐蝕,目前常用的方法包括碳鋼管道加注緩蝕劑、采用耐蝕合金管材(包括復(fù)合管)、管道內(nèi)表面使用防腐涂層和非金屬襯管等。緩蝕劑防腐集輸作為—項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、有效、操作簡單的防腐手段在石油和天然氣工業(yè)中得到了廣泛運(yùn)用,但是隨著含C0₂、H₂S等高酸性天然氣田的開發(fā),傳統(tǒng)的緩蝕劑已經(jīng)無法滿足集輸管線的防腐要求。
 

　　酸性天然氣集輸管道緩蝕劑研究開發(fā)的重心主要是有機(jī)型緩蝕劑。這是因?yàn)闊o機(jī)型緩蝕劑大多有毒且可降解性能差,并且緩蝕劑的緩蝕效率會(huì)隨著緩蝕劑加入量的變化而呈現(xiàn)性能不穩(wěn)定的現(xiàn)象。


　　目前,在有機(jī)型緩蝕劑中,咪唑啉類緩蝕劑應(yīng)用最為廣泛,而且咪唑啉和其他緩蝕劑組份以及表面活性劑復(fù)配使用可以得到更加理想的效果。還可把咪唑啉進(jìn)行酰胺化或季銨化成鹽,不僅可以改變緩蝕劑的緩蝕效率,還可以改變緩蝕劑的溶解性能,使其可適用于更多的環(huán)境。此外,酰胺類緩蝕劑和季銨鹽類緩蝕劑的開發(fā)和使用也很普遍。
 

　　隨著工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,緩蝕劑技術(shù)也在不斷發(fā)展和進(jìn)步。隨著國內(nèi)外環(huán)保安全要求的不斷提高,防腐工作者對(duì)天然氣集輸管道的緩蝕劑提出了兩個(gè)方面的要求:
 

　　(1)要求提供對(duì)生態(tài)環(huán)境不構(gòu)成破壞的新型緩蝕劑有效成分。
 

　　(2)開發(fā)多功能緩蝕劑新品種。
 

　　因此—些傳統(tǒng)的緩蝕劑,如曼尼希堿酸化緩蝕劑,鉻鹽緩蝕劑、磷類緩蝕劑等,由于具有較高的毒性或?qū)θ梭w具有不良的影響,己逐漸退出了市場。
 

　　進(jìn)入21世紀(jì),研發(fā)綠色環(huán)保、高效的緩蝕劑已成為世界各國的共識(shí),緩蝕劑的研究重點(diǎn)主要集中于對(duì)環(huán)境友好型的高效緩蝕劑。因此,綠色環(huán)保、高效、適用于高含C0₂、H₂S等高酸性天然氣田防腐的緩蝕劑研發(fā)成為未來發(fā)展的主流趨勢。
 

存在問題
 

　　國內(nèi)從事天然氣集輸內(nèi)壁防腐專用緩蝕劑開發(fā)生產(chǎn)的單位眾多,其產(chǎn)品性能參差不齊,使用過程中性能不穩(wěn)定,差異較大,針對(duì)高酸性天然氣集輸系統(tǒng)的應(yīng)用還存在較大的局限性,實(shí)用效果不佳,并且國內(nèi)廠家多半缺乏售后服務(wù)和技術(shù)支持能力。而國外同類型的緩蝕劑,成本高昂,訂貨耗時(shí)長,對(duì)設(shè)備和工藝的要求較高,其性價(jià)比與國產(chǎn)緩蝕劑相比缺乏優(yōu)勢。
 

　　此外,國內(nèi)外對(duì)緩蝕劑仍多以靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)(低速攪拌)條件下的試驗(yàn)和理論為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā),對(duì)于高酸性天然氣集輸系統(tǒng)中普遍存在高流速、多相流的復(fù)雜工況條件還缺乏相關(guān)的理論和基礎(chǔ)研究,還存在較大的空白點(diǎn)。
 

　　目前國內(nèi)外開發(fā)有機(jī)型緩蝕劑大多具有毒性和可降解性低,并且緩蝕效率會(huì)隨著緩蝕劑加入量的變化而呈現(xiàn)性能不穩(wěn)定的現(xiàn)象。對(duì)于集輸管道內(nèi)壁防腐有機(jī)緩蝕劑的配方中,往往也出于性能的需要,添加了—些毒性較大或可產(chǎn)生有毒產(chǎn)物的可揮發(fā)性成分,例如:甲醇、二甲苯、丙炔醇等,在生產(chǎn)運(yùn)輸和操作過程中一旦發(fā)生泄露,就會(huì)對(duì)人員身體健康和環(huán)境產(chǎn)生有害的影響。因而,隨著工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)生態(tài)環(huán)境不構(gòu)成破壞的新型緩蝕劑有效成分和多功能的環(huán)境友好型緩蝕劑新品種成為了當(dāng)前研發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
 

技術(shù)開發(fā)
 

　　經(jīng)過化工基礎(chǔ)原料的評(píng)估篩選,篩選出了適用于天然氣管道內(nèi)壁防腐的緩蝕劑配方開發(fā)的化工原料,經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)以及室內(nèi)研究,完成了不飽和脂肪酸和胺類的酰胺化反應(yīng),得到了轉(zhuǎn)化率高、性能優(yōu)異的酸性天然氣集輸管道環(huán)保緩蝕劑核心原料的緩蝕劑合成工藝,確定了系列緩蝕劑的配方體系并考察了其實(shí)用條件,形成了相對(duì)成熟的酸性天然氣集輸管道環(huán)保緩蝕劑配方體系和配方工藝。
 

　　此外,在緩蝕劑具有良好的溶劑相溶和分散性基礎(chǔ)上,以油溶水分散緩蝕劑為依據(jù),通過不同的溶劑組合配方調(diào)整,開發(fā)出了預(yù)膜用的油溶型,以適用于管道的批處理預(yù)膜,從而形成了一套完整的產(chǎn)品系列。在酸性氣田集輸現(xiàn)場進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn),其結(jié)果表明,在含H₂S、C0₂的酸性環(huán)境中,本緩蝕劑在高流速、多相性天然氣輸送管道中仍具有很好的穩(wěn)定性和持效性,在不同條件下應(yīng)用的現(xiàn)場實(shí)測緩蝕率均大于90%。
 

　　采用不飽和脂肪酸和胺類合成核心原料,合成開發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的緩蝕劑核心原料,開發(fā)的酸性天然氣集輸管道環(huán)保型緩蝕劑CPI-5(見圖1)經(jīng)過復(fù)配優(yōu)化,在模擬高酸性條件下(PH₂S=PC0₂=3.2MPa,T=80℃ ,t=72h,加注量1000mg/L,介質(zhì)溶液為5%(m/V)Nacl溶液),其對(duì)碳鋼的可控緩蝕速率達(dá)到0.03mm/a,防腐性能較高。
 

　　CPI-5緩蝕劑產(chǎn)品在中石油西南分公司川西北氣礦雷三區(qū)Z8I現(xiàn)場進(jìn)行了加注測試,腐蝕監(jiān)測掛片的腐蝕速率控制在0.0199mm/a,且未出現(xiàn)點(diǎn)蝕,達(dá)到GB/T23258— 2009《鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范》最高級(jí)別。
 

　　圖1酸性天然氣集輸管道環(huán)保型緩蝕劑

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