含CO2油气混输管道动态腐蚀研究.docx

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第1期—49—

含CO?油气混输管道动态腐蚀研究

刘萍萍1,李悦钦2,古丽2

(1.中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都610041)(2.西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室，四川成都610500)

[摘要]以国内某高温高压气田为例，应用失效分析理论、流体动力学理论和数值模拟方法，分析了高温高压高含气(气体体积分数约为95%)油气混输管道动态腐蚀机理。样品失效源于高温高压环境下不均匀分布的气液混合物CO?腐蚀一冲蚀共同作用。液相沉积和结构引起的湍动对管壁的冲击是管壁减薄的主要原因。根据现场试验，研究了高温高压条件下CO?动态腐蚀规律，提出了相关结论。

[关键词]高温高压；油气混输；CO?;腐蚀一冲蚀

随着深层含CO?油气藏的开发以及多相混输技术的应用，集输管道越来越多地处于含CO?油气水多相环境中。与此同时，出现了越来越多的失效问题，给油气田造成较大经济损失和安全隐患，限制了混输技术的应用。针对多相混输失效问题，一些学者基于反应釜或自行简化设计的试验环道进行了许多含固相粒子的冲蚀一腐蚀实验研究，结果认为：由多相流腐蚀与流动交互作用引发的冲蚀一腐蚀是石油化工管道失效的主要原因；多相流的冲蚀一腐蚀主要与介质腐蚀性、含固相情况、流速以及管输介质流动形态等因素有关；冲蚀一腐蚀协同作用明显。而对不含固相的较高流速的冲蚀一腐蚀，尚无较为系统的研究，多数学者将这种不含固相的环境归为“腐蚀”进行研究[123,在实际应用中存在着较大局限性。

本文以我国某高温高压凝析气田为例，应用失效分析理论、流体动力学理论和数值模拟方法及现场试验，系统分析得出CO?动态腐蚀的失效机理及作用规律，为类似油气田的开发和工程设计提供基础，从而有效保证油气传输系统的完整性。

1失效形貌分析

国内某高温高压凝析气田集输系统采用气液混输、高压集气工艺，集输温度约为65℃,天然气中CO?含量0.32%,地面集输系统中CO?分压为0.04MPa,原油具有密度低，粘度低，凝固点低，含硫低的特点。该气田投产一年多，站内碳钢集输管线多次出现壁厚严重减薄以及刺漏、穿孔等事故，局部腐蚀率高达12mm/a,管道平均每3~5月

更换一次，严重影响正常生产，形成严重的安全隐患。

经对该气田某站场大量失效三通管件的调研，发现该环境中三通管件的失效具有明显的腐蚀和冲蚀特征。管件下部壁厚减薄严重，表面较为光滑且伴有明显的冲蚀沟槽；上部壁厚减薄量较小，有腐蚀产物层和大量蚀坑存在；管件下游损坏比上游严重。

2数值模拟

随着对两相流动现象本质认识的不断加深及计算流体力学的发展，有可能对复杂的两相流过程进行较为精确的数值模拟[4。应用数值计算方法，进行失效三通部件的流场模拟验证，展现气液两相流内部流场特征，结合失效形貌，得出引起失效的主要结论。

2.1模型及参数设定

采用稳态模拟，多相流模型选用欧拉一欧拉多相流模型，界面传递采用离子模型。由于气相含量很高，液相含量较低，设气相为连续相，而液相为离散相。气相和液相湍流模型分别为k-Epsilon模型和ZeroEquation(5,两相界面张力系数为0.02N/ml?。边界条件为质量入口和压力出口：进口为气液两相质量流率(5.16和2.14kg/s)和体积分数(0.9488和0.0512);出口为截面平均静压，11.4MPa。因现场中，样品入口前有较长的直管段，可以认为样品在入口前不存在涡旋或其作者简介：刘萍萍(1987一),女，西南石油大学化工过程机械专业，硕士。中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司助理工程师。

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—50—腐蚀防护

石油和化工设备2013年第16卷

它湍动，即其进口可以简化为气液两相均匀分布通过一定距离发展后的情况。所以，样品在模拟时，加长进口管和出口管，以使流动充分发展。

应用三维软件绘制现场三通的流道模型，加长进口段和两出口端为1.0m、0.5m和0.5m;再对模型划分网格离散化，使用ANSYSICEMCFD软件划分网格，整体上采用四面体网格，管壁附近采用棱柱体网格作为边界层，并在入口、出口以及壁面处加密网格，如图1所示。

Out1

Out1

Out2

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图1流道网格模型

该三通可实现去生产汇管和去计量两个工艺，即out1开启为去生产汇管，而out2开启为去计量流程。现场中主要实现去生产汇管