天然氣處理裝置調(diào)節(jié)閥腐蝕分析

天然氣處理裝置調(diào)節(jié)閥腐蝕分析雅克拉-大澇壩天然氣處理裝置共有56臺氣動控制閥，調(diào)節(jié)閥在自控系統(tǒng)中作用不可忽略。隨著調(diào)節(jié)閥使用時間增長，調(diào)節(jié)閥腐蝕問題日益凸顯，主要表現(xiàn)為調(diào)節(jié)閥的閥籠和閥芯腐蝕，腐蝕造成調(diào)節(jié)能力失效。對調(diào)節(jié)閥材質(zhì)、腐蝕行為開展分析，從選材、構(gòu)造、工藝流程使用上提出一些措施建議。

**塔里木盆地雅克拉-大澇壩集氣處理站是**最大、自動化程度最高的凝析天然氣處理裝置。目前雅克拉-大澇壩天然氣處理裝置共有56臺氣動控制閥(不包括機(jī)組的調(diào)節(jié)閥)，雅大兩站調(diào)節(jié)閥均是由美國FISHER公司提供，其中計(jì)量分離器液相控制調(diào)節(jié)閥，凝析油穩(wěn)定塔進(jìn)料溫度控制為三通閥，膨脹機(jī)的旁通J-T閥。據(jù)統(tǒng)計(jì)故障80%出于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)閥是接通介質(zhì)通路或改變介質(zhì)流向，調(diào)節(jié)流量、壓力、液面及溫度的壓力管路原件。調(diào)節(jié)閥由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥(調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))兩部分組成。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動裝置，根據(jù)控制信號推動閥門動作，閥(調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))是機(jī)械調(diào)節(jié)部分。1、故障情況

(1)雅站直井計(jì)量分離器的液相出口調(diào)節(jié)閥LV1001閥芯斷落在閥座環(huán)內(nèi)造成介質(zhì)流通受阻。原因分析結(jié)果：閥芯與閥座之間有雜質(zhì)堵塞。采取措施：將執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥拆開，發(fā)現(xiàn)針型閥芯斷脫，更換新閥芯。

(2)雅站水平井計(jì)量分離器液相控制調(diào)節(jié)閥LV1002和一級閃蒸分離器水相調(diào)節(jié)閥LDV1101閥籠和閥芯腐蝕造成調(diào)節(jié)閥關(guān)不嚴(yán)。

拆下檢查時發(fā)現(xiàn)，該調(diào)節(jié)閥關(guān)不嚴(yán)。

LV1002閥籠表面凹凸不平，有空隙，環(huán)面有不同程度的坑孔，見圖1。LV1002調(diào)節(jié)閥為FISHER調(diào)節(jié)閥，腐蝕閥籠材質(zhì)為316L。

LDV1101閥芯的上端面有豁口，閥芯本體表面呈麻坑狀(見圖2)，造成閥芯與閥座之間密封不嚴(yán)，從而導(dǎo)致該調(diào)節(jié)閥關(guān)不嚴(yán)。LDV1101調(diào)節(jié)閥為FISHER調(diào)節(jié)閥，腐蝕閥籠材質(zhì)為316L。

圖1閥籠表面腐蝕坑

圖2閥芯本體表面呈麻坑狀

原因分析結(jié)果：

(a)該調(diào)節(jié)閥材料(閥體材質(zhì)WCC，閥芯316L)耐腐蝕性差;

(b)該調(diào)節(jié)閥經(jīng)?？刂圃谛￠_度(20%)以下使用，由于節(jié)流作用對閥芯沖刷力較強(qiáng)，導(dǎo)致閥內(nèi)件磨損;

(c)由于液相腐蝕作用所致。從安裝LDV1101管線的低點(diǎn)排污處，接水樣開展觀察，水樣沉淀物呈黑色且含沙。

(3)大站液相調(diào)節(jié)閥磨損嚴(yán)重。大站計(jì)量、生產(chǎn)分離器液相調(diào)節(jié)閥磨損嚴(yán)重。閥籠表面和邊緣有不同程度的坑孔，倒角內(nèi)外出現(xiàn)較大的腐蝕坑和狹長的溝槽(見圖3)。調(diào)節(jié)閥為FISHER調(diào)節(jié)閥，腐蝕閥籠材質(zhì)為316L。

圖3閥籠腐蝕坑

原因分析結(jié)果：計(jì)量、生產(chǎn)分離器進(jìn)三相分離器前后壓差較大，計(jì)量、生產(chǎn)分離器實(shí)際運(yùn)行壓力6.2MPa，三相分離器壓力0.6MPa，原生產(chǎn)流程見圖4。

圖4原生產(chǎn)流程圖2、腐蝕原因分析

2.1、氣蝕與閃蒸

根據(jù)伯奴利方程，管道內(nèi)流體的流速提高壓力就會下降。管道節(jié)流處流體速度大幅度提高。壓力急劇下降。如果液體流經(jīng)管道節(jié)流處的壓力低于汽化壓力(PVC)將產(chǎn)生氣蝕或閃蒸現(xiàn)象。

雅克拉-大澇壩天然氣處理站兩站站內(nèi)調(diào)節(jié)閥均為FISHER調(diào)節(jié)閥，從費(fèi)希爾控制設(shè)備公司出版的FISHER控制閥手冊(第三版)中控制閥選型內(nèi)容查出閃蒸圖(圖5)和氣蝕圖(圖6)。氣蝕與閃蒸是由于管道節(jié)流引起的。如果液體流過管道節(jié)流處，壓力恢復(fù)后P2仍低于汽化壓力(PVC)(此時流體內(nèi)仍有氣泡)。這種現(xiàn)象稱為閃蒸。如果液體流過管道節(jié)流處，壓力恢復(fù)后P2高于汽化壓力(PVC)此時流體內(nèi)氣泡破裂)。這種現(xiàn)象稱為氣蝕。閃蒸最嚴(yán)重的破壞發(fā)生在流速最高處。即閥塞閥座處。沖蝕是閃蒸破壞的直觀表現(xiàn)氣蝕發(fā)生時，氣泡破裂釋放的能量使閥塞閥座甚至附近管道損壞，并伴發(fā)噪聲氣蝕與閃蒸是致使閥門損壞的重要原因。

圖5閃蒸圖

圖6氣蝕圖

根據(jù)雅大兩站凝析油壓力和管路情況，推測雅大兩站裝置中FISHER調(diào)節(jié)閥腐蝕主要受氣蝕的影響。

2.2、腐蝕分析

雅克拉-大澇壩凝析氣田流體介質(zhì)簡介：凝析氣井天然氣中甲烷平均含量85.45%，乙烷平均含量5.31%，丙烷平均含量2.07%，平均相對密度0.66，CO2平均含量2.33%，H2S平均含量6.82%，站內(nèi)氣相流速2.21～5.29m3·h-1;凝析油密度在平均為0.78g·cm-3，粘度平均為2.66MPa.s，含硫量平均為0.041%，含蠟量平均為15.96%，站內(nèi)液相流速0.58～2.29m3·h-1。在氣、水、烴、固共存的多相流腐蝕介質(zhì)中H2S、CO2、Cl-和水是主要腐蝕介質(zhì)，在40～60℃和6.2～8.0MPa工況條件下為金屬腐蝕提供了理想的腐蝕環(huán)境。

(1)CO2分壓的影響

CO2的分壓越大，pH值越低，去極化反應(yīng)就越快，腐蝕速度也越快。影響CO2腐蝕的主要因素是CO2分壓、溫度以及流速等。

(2)CO2-Cl-H2O腐蝕

在CO2-Cl-H2O組成的甜氣環(huán)境下碳素鋼和低合金鋼都可以產(chǎn)生縫隙腐蝕、均勻腐蝕和點(diǎn)蝕，最終導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥點(diǎn)蝕、坑蝕。CO2是腐蝕劑，水是載體，Cl-是催化劑。

通過對雅克拉-大澇壩調(diào)節(jié)閥316L閥芯腐蝕樣化驗(yàn)分析，圖7為316L腐蝕試樣表面掃描電鏡圖，圖8為316L腐蝕產(chǎn)物能譜分析圖，確定腐蝕類型為CO2沖刷腐蝕。

圖7316L腐蝕試樣表面SEM

從圖8知，液相腐蝕產(chǎn)物的元素含量較氣相腐蝕產(chǎn)物的要大。原因?yàn)檠趴死?大澇壩液相腐蝕環(huán)境較氣相腐蝕環(huán)境復(fù)雜，液相中H2S、CO2、Cl-和水相互作用，加速腐蝕速率。

圖8316L腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果

液相中腐蝕產(chǎn)物在形成過程中316L材質(zhì)的Mo參與腐蝕形成了腐蝕產(chǎn)物，氣相中Mo在腐蝕過程中沒有參與腐蝕，故液相腐蝕產(chǎn)物能譜圖中有Mo，氣相腐蝕產(chǎn)物能譜圖中沒有Mo。

2.3、鹽堵和鹽腐蝕

雅克拉-大澇壩凝析氣田凝析油含水、含鹽。雅克拉氣田地層水的礦化度為102716mg·L-1，大澇壩氣田地層水的礦化度為210297mg·L-1，屬于高含鹽的地下水。進(jìn)站的未穩(wěn)定凝析油進(jìn)站后經(jīng)站內(nèi)換熱后，溫度升高，凝析油中部分鹽析出造成鹽結(jié)晶。造成凝析油換熱器調(diào)節(jié)閥鹽堵和鹽腐蝕。為減少兩站換熱裝置、管線、調(diào)節(jié)閥等鹽堵、鹽腐蝕，雅克拉-大澇壩兩站凝析油處理裝置分別增加密閉洗鹽流程。3、防腐蝕措施建議

(1)建議在進(jìn)計(jì)量分離器前的計(jì)量、生產(chǎn)匯管處開展緩蝕劑加注;

(2)優(yōu)選抗腐蝕材料一般材料越硬，抗蝕能力越強(qiáng)。因目前調(diào)節(jié)閥閥材質(zhì)為硬合金鋼，耐腐蝕性在雅克拉凝析氣田腐蝕性較差，建議優(yōu)選鎢碳鋼和鈦合金材料;

(3)閥體構(gòu)造改型采用多級閥芯調(diào)節(jié)閥構(gòu)造，使壓力通過調(diào)節(jié)閥后逐級降壓，把調(diào)節(jié)閥的總壓差分成幾個小壓差，逐級降壓，使每一級都不超過臨界壓差(PVC)，減少閥體和閥芯的氣蝕;

(4)優(yōu)化工藝流程對于調(diào)節(jié)閥前后壓差很大(在5MPa以上)，建議采用雙調(diào)節(jié)閥控制，減少壓差對閥芯和閥籠的沖擊、磨損。大澇壩計(jì)量、生產(chǎn)分離器液相調(diào)節(jié)閥從6.2MPa調(diào)節(jié)至0