FPSO油轮生产水管线腐蚀与防腐对策浅析

摘　要：经过对FPSO油轮生产水管线的现场调查，反复论证分析，针对FPSO油轮生产水管线工况特点，提出几种能够切实解决管线内腐蚀的方案。

关键词：腐蚀原因分析 防腐对策

一、 前言
　　FPSO油轮是为油田的开发和生产而建造的集生产、储存、外输于一体的浮动式生产储油轮。在南海部分区域，由于所开采的海底油品含蜡熔点较高，需加热至80℃左右，使之成为液态，经油水分离后获得原油，分离后的生产水为高温热海水，处理达到环保排放标准后，通过生产水管线排入大海。
　　目前，FPSO油轮生产水管线均钢制管线，部分油轮生产水管线经常性腐蚀穿孔泄漏，为了不影响生产的正常运行，对穿孔泄漏部位均采用耐高温的有机树脂配制的堵泥结合环型管卡进行临时封堵。为此，需分析腐蚀原因，研究防腐对策，减缓和杜绝管线腐蚀穿孔现象，以保证FPSO油轮采油生产能得以正常运行。
二、 生产水管线腐蚀原因分析
　　以其中一艘FPSO油轮为例，我们进行下列腐蚀分析：
      1．水质状况
　　通过对生产水水质成份分析，氯离子浓度的含量相当高（在10000ppm以上），水质电导率大，生产水的腐蚀中不仅腐蚀微电池的活性大，腐蚀宏观电池的活性也很大。从生产水管线发生腐蚀穿孔部位来看，相当数量穿孔发生没有水流的呈静水状况小口径管段上，这是由于生产水主管线相对支管段的水质来说，含氧量相对较高，由于含氧量不同而形成宏观的氧浓差电池，含氧量较低的支管段则成为宏观阳极区而遭到腐蚀。
　　FPSO油轮生产水水质属中性或中性偏酸，对管道的影响不大。
      2．温度
　　水温升高，水电导率增加，电极反应速度加快，同时水的扩散加强，加速了氧向管道表面的扩散，从而加速了钢表面的电化学腐蚀。我们设定在油田深层的生产水中氧含量不变条件下,水温每升高10℃，钢的腐蚀速度大约提高30％，80℃时腐蚀速度最大。见图1
　　       
　　
　　
　　油轮生产水的温度在80℃左右，恰好处于腐蚀最为严重的温度范围区域，即腐蚀速度增加约2倍。
      3、流速
　　海水流速增加、氧的扩散加快、腐蚀速度增加。FPSO油轮生产水管线流速平均约0.8米／秒， 从管线穿孔位置来看，生产水泵仓弯管处发生穿孔情况说明，由于管径和流经的突然变化，使之原来平稳的层流变为湍流。湍流使管道内表面生产水搅动程度比层流时剧烈得多，腐蚀破坏也更严重。湍流条件下，管道表面既受到化学腐蚀，又遭到机械磨损，两者联合作用而导致管道表面的加速蚀损。
三、 生产水管线防腐对策研究
　　针对生产水的工况条件,综合考虑原材料成本和施工工艺，分析研究后，我们提出采用钢管内衬钛套管、钢管内衬非金属涂层、缓蚀剂、阴/阳极保护等方案。
      1、钢管内衬钛套管
      钛材具有极强的钝化性能、抗海水腐蚀极强，被称之为“海水之王”，采用钛材来防止生产水腐蚀会达到一劳永逸的效果。以钢板作为基体，采用爆炸复合方式形成复合材料——内衬薄壁钛层，这样方法目前已广泛应用于大型卷制容器体上，但在小口径管道尚较难实施。为此，可以使用钢管作为基体内衬薄壁钛套管，采用机械穿越方式结合内胀管器进行内衬，在法兰连接处将钛板翻边、焊接、固定。该方法存在一定局限性，仅适用于两端法兰连接的直管段，但对于弯头和三通等部件则无法实施。
      2、钢管内衬非金属涂层
     非金属材料一般均具有良好耐腐蚀性能，且内衬工艺业已成熟、完善，但限制其广泛应用主要原因是因为其膨胀系数较钢材等金属材料的差异较大，一般为8～10倍，因此，在制作较长尺寸管道时，由于线膨胀系数的原因，使之每个单独内衬管道不宜制作的太长，以免由于膨胀应力过大，内衬与钢管基体出现分层剥离。一般用非金属材料作内衬的管段长度限制为4米左右，对于长管道，需在中间配置较多的配对法兰。非金属材料衬里对于诸如弯头、三通等较复杂不规则腔体内部防腐工艺来说，则具有其无法比拟的优越性。对于生产水管线可采用聚四氧乙烯（PTFE）或线性聚乙烯（LLDPE）材料进行管线的内衬。
      3、缓蚀剂防腐技术
　　缓蚀剂是一种用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀及不良影响的添加剂，能够有效地降低该种金属的腐蚀速度。近十年来，采用有机酸盐、钼酸盐为主的各种海水用复合型缓蚀剂得到越来越广泛应用。例如：HB－101海水缓蚀剂是有机酸，磷酸根离子以及少量金属离子复配构成，在海水中缓蚀效率可以达到90－95％，其添加量为200－400ppm。这种复配缓蚀剂为绿色高效缓蚀剂，不会造成对海水中的污染。
在添加缓蚀剂时，缓蚀剂的离子或分子必须达到钢管表面以后，须有一个预成防腐膜的过程，并有一定的滞留时间进行物理或化学反应过程，才能达到缓蚀效果，因此，在添加缓蚀剂时，要有足够的药量和足够的时间，采用临时停泵保持静止或减小管内流速方法，则能达到尽快成膜的效果。由于油轮生产用水为开放式，缓蚀剂药量不能累积，加上高温条件下缓蚀剂消耗速度加快，故应适当提高加添缓蚀剂的浓度，同时保持不间断的加入，保证缓蚀剂对管道表面的缓蚀作用。另外，进入管道前的缓蚀剂，必须充分搅拌均匀、静置，以达到最大程度水化，有利于发挥最大的缓蚀效果；添加缓蚀剂的加药口，应设置多头入口，使之管内介质的各个部位均会有缓蚀剂以达到充分缓蚀的目的。
四、 结束语
      经过对FPSO油轮生产水管线的现场调查，反复论证分析，针对FPSO油轮生产水管线工况特点，本文分析研究了钢管内衬钛套管、钢管内衬非金属涂层、缓蚀剂、阴/阳极保护等方案，这些方案可切实解决或减缓管线的内腐蚀，方案各有优劣，需根据现场实施的难易程度和综合成本予以综合采用。