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柳北地区掺水管线穿孔原因分析
一、柳北地区掺水管线穿孔情况
自2012年12月10日——2013年2月5日，柳北掺水管线穿孔11次，漏点17处，具体见下表：
序号
管线名称
管线投产日期
穿孔日期
漏点数量
穿孔位置
修复情况
1
C3平台总掺水管线
2003年
2012.12.10
2处
C3平台相邻上水沟掺水管线中部
更换管线20米
2
C3平台总掺水管线
2003年
2012.12.13
3处
1、C3平台东门口的掺水管线中部两处 2、C3平台南侧和北侧的主掺水管线中部一处
更换管线20米、补孔
3
L3-12平台总掺水管线
2004年
2012.12.14
1处
L3-12阀组间与计量间的总掺水管线中部
补孔
4
C3平台总掺水管线
2003年
2012.12.24
2处
C3平台东门口的掺水的管线中部
补孔
5
C3平台总掺水管线
2003年
2012.12.25
2处
C3平台相邻的上水沟及掺水管线中部发现两处
更换管线20米
6
L15-10平台总掺水管线
2006年
2012.12.27
1处
平台入口处的主掺水管线中部
补孔
7
L19-18平台总掺水管线
2004年
2012.12.27
1处
在环形掺水末端的掺水管线中部
补孔
8
L3-12至L13平台掺水管线
2012年4月
2013.1.5
1处
距L3-12阀组间南侧150米处的主掺水管线中部
补孔
9
C2平台总掺水管线
2006年
2013.1.25
2处
C2-3油井基础后面的主掺水管线中部上端发现两处间隔50cm的漏点
补孔
10
C3平台总掺水管线
2003年
2013.2.2
1处
进C3平台路口北侧500米处的掺水的管线中部
补孔
11
L19-18平台总掺水管线
2004年
2013.2.5
1处
穿越柳北转院中间的L19-18平台掺水管线中部
补孔

二、管线穿孔原因分析
管线腐蚀按腐蚀部位分为：内腐蚀和外腐蚀（包括管线焊接补口处）；按腐蚀过程特点和机理分为：化学腐蚀(包括气体腐蚀和非电解质溶液中的腐蚀)、电化学腐蚀和物理腐蚀；按腐蚀的环境分为：化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀。
柳北掺水管线腐蚀穿孔漏点都在管线中部，不在补口处，且漏点周围外表光滑，没有明显腐蚀。
取了1米长L19-18掺水管线一段纵向割开后，看内壁情况发现：管线内壁上附着一层黑色垢状物，敲掉垢状物后，发现内壁上有多处腐蚀凹坑，最深凹坑深达2mm。
2012年12月份以来，在柳北转掺水外输管线内安装挂片监测，检测结果是：点腐蚀明显，平均腐蚀速率0.32mm/a（这时期停注二氧化碳观察，二氧化碳气量比较低）。
根据以上资料分析，可以认定管线是内腐蚀、化学腐蚀。
三、管线内腐蚀严重的原因分析
1、硫化氢影响
2008年、2011年，柳北区块先后监测出硫化氢浓度超标，几个月后，硫化氢逐渐减少，恢复正常。在高硫化氢浓度时期，硫化氢对管线的腐蚀应该较大。但是，当时没有考虑管线腐蚀问题，没有进行检测。
2、二氧化碳影响
柳北二氧化碳驱开始于2011年11月21日，2012年1月份，由于二氧化碳产出，柳北区块产气量逐渐增大，4月、5月份，日均气量10300方，最高气量达15700方/日，因二氧化碳浓度很高，致使柳北转加热炉多次熄火。一年后，2012年12月初，柳北地区掺水管线开始穿孔。从时间上看，可以认定二氧化碳对管线有腐蚀。
2012年12月29日以来检测柳北转掺水PH值，观察数据发现这样的规律：产气量大，PH偏低；产气量小，PH偏高；做相关性分析计算，PH值与产气量中度相关。分析原因是：因柳北区块伴生气产量比较稳定，所以，气量大，二氧化碳浓度肯定大；气量小，二氧化碳浓度肯定小；PH值高低与二氧化碳浓度大小是有关系的。
2013年1月16日，在柳北转掺水加热炉盘管内取出一些垢状物，据试验推断主要为铁的硫化物和碳酸盐，可能为水中二氧化碳和硫化氢腐蚀所得。
2013年2月19日，取柳南、柳中、柳北掺水化验，柳北转掺水二氧化碳含量78.72mg/L，柳南、柳中掺水二氧化碳含量分别是16.75 mg/L、9.13mg/L。
从以上资料，可以认定二氧化碳对管线腐蚀严重。
四、为什么掺水管线比油管线腐蚀严重？为什么C3计掺水管线穿孔比其它掺水管线穿孔频繁？
（一）二氧化碳对金属管道的腐蚀研究文献
1、C02的腐蚀机理
关于二氧化碳腐蚀机理方面的研究工作较多。据文献资料① 介绍，二氧化碳腐蚀遵循如下反应机理：
R +2C02+2H20一R +2H2CO3一R +H2+2HCO3-；
阳极反应机理：Fe+ H20 一FeO + H+ +e
FeOH 一FeOH + e
FeOH- + H +一Fe+ H 20
阴极反应机理：CO2 +H20 一H2CO3
H 2CO3—-H++HC0-；
溶液中的H+转变成为吸附在金属表面的H+，待表面吸附的H+接受电子成为氢气后析出溶液。
2、 二氧化碳腐蚀的影响因素
（1） 温度对C02腐蚀的影响
温度对C02 腐蚀的影响主要基于以下几个方面：
① 温度影响了介质中C02的溶解度。表现为C02在介质中溶解度随着温度升高而减小。
⑦ 温度影响反应进行的速度。随着温度的升高反应速度加快。
③ 温度影响了腐蚀产物成膜的机制。温度的变化．影响了基体表面FeCO3晶核的数量与晶粒长大的速度，从而改变了腐蚀产物膜的结构与附着力，即改变了膜的保护性。
由此可见，温度是通过影响化学反应速度与腐蚀产物成膜机制来影响C02腐蚀的。
（2） 腐蚀产物对C02 腐蚀的影响
现有研究资料表明．根据温度与表面成膜状况。可把碳钢的C02腐蚀划分为以下3种类型：
温度低于60℃ 。少量的腐蚀产物FeCO3附着于试样表面，松软而无附着力，表面光滑，为均匀腐蚀。
温度在60℃ ～ 110℃ FeCO 3溶解度有负的温度系数，即随温度升高而降低腐蚀速度达最大，并且有严重的局部腐蚀出现。腐蚀产物厚而不紧，FeCO3晶粒粗大。
温度高于150℃ 时，由于形成了晶粒细小、致密而又有附着力的FeCO3膜。这层膜对基体起了保护作用，因此腐蚀速度很小。此时，CO2 腐蚀是膜的快速修复和慢速溶解的类似于不锈钢的钝化状态，X射线衍射的结果表明膜中只有FeCO3。
（3） CO2分压的影响
CO2的分压与介质的pH 值有关。CO2的分压值越大，pH 值越低，去极化反应就越快，腐蚀速度也越快。
(4)流速的影响
流速增大使H CO3-和H+等去极化剂更快的扩散到金属表面，使阴极去极化增强，消除了扩散控制，同时使腐蚀产生的Fe3+迅速离开腐蚀金属的表面，这些作用使腐蚀速率增大。
（二）为什么掺水管线比油管线腐蚀严重？
掺水管线比油管线腐蚀严重的原因至少有以下两点：
1、由于油管线内壁附着一层油膜，这层油膜起到了很好的缓蚀作用（2012年4月份，在C3计外输油管线内安装挂片监测，监测结果是：腐蚀不明显，腐蚀速率0.016mm/a；2012年12月以来，在柳北转原油外输管线内安装挂片监测，检测结果是：点腐蚀轻微，平均腐蚀速率0.061mm/a），而掺水管线内壁没用油膜形成。
2、掺水管线内的介质温度比油管线高。温度影响反应进行的速度。随着温度的升高反应速度加快。
（三）为什么C3计掺水管线穿孔比其它掺水管线穿孔频繁？
因为C3计掺水管线是D89管线（比L19-18计管线细），管径小，掺水量大（比其它平台掺水量大），掺水流速快，所以C3计掺水管线穿孔比其它掺水管线穿孔频繁。

工程技术科
2013年2月23日