QC成果报告--降低西1集气站分离器积液包腐蚀速率

降低西1集气站分离器积液包腐蚀速率成果报告发表人：张志浩西安长庆科技工程有限责任公司设备防腐QC小组2012年4月2012年度国家工程建设（勘察设计）优秀QC成果申报资料目录1小组简介.........................................................................................12活动计划...........................................13选择课题（P阶段）..................................24设定目标（P阶段）..................................45目标可行性分析（P阶段）...........................46分析原因（P阶段）.................................77确定要因（P阶段）..................................98制定对策（P阶段）................................159对策实施（D阶段）................................1510效果检查（C阶段）...............................2411巩固措施（A阶段）...............................2712总结和下一步打算（A阶段）.......................2811小组简介表1-1小组基本情况表小组名称设备防腐QC小组注册编号2011-063课题名称降低西1集气站分离器积液包腐蚀速率成立时间2011.03课题类型现场型活动时间2011.03-2011.11指导老师刘新枝当年活动次数12次小组人数（≤10人）8人小组成员平均年龄32岁序号姓名年龄组内职务文化程度职称组内分工1罗慧娟30组长研究生工程师组织活动、成果总结2张志浩37副组长本科高级工程师技术指导、方案审查3孙银娟29组员研究生工程师分析实施、记录总结4成杰32组员本科工程师分析实施5孙芳萍32组员本科工程师分析实施6董艳国30组员本科工程师记录总结7吕江33组员本科工程师技术指导、分析实施8乔玉龙31组员本科工程师分析实施2活动计划为保证本次活动的顺利开展，小组严格按照QC活动的P、D、C、A活动程序制定了活动计划，根据活动内容和工作进度安排，商讨确定了计划完成的具体时间，并指定了专项负责人。小组活动日程推进计划见表2-1。2表2-1小组活动时间进度表进度时间3月份4月份5月份6-8月份9-10月份11月份选择课题设定目标目标可行性分析原因分析要因确认制定对策对策实施效果检查成果巩固回顾总结注：表示计划进度表示实际进度3选择课题（P阶段）双筒式天然气分离器是进行天然气气液两相分离的专用设备，主要用在气田集气站以除去天然气中的游离水及杂质。图3-1双筒式分离器3靖边气田于1997年9月建成投产，是长庆气田投产最早的气田，酸气含量、产水量相对较高，开发10余年来，地面设备及管线均产生了不同程度的腐蚀。近年来，靖边气田在集气站检修期间发现，由于采出天然气中含有的硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）等酸性气体、矿化度水及部分机械杂质对分离器的腐蚀、冲刷作用，致使投产较早的13座集气站分离器腐蚀状况日益严重，尤其以积液包腐蚀最为突出，其中西1集气站的平均腐蚀速率达0.224mm/a，严重影响气田安全生产。《钢质管道内腐蚀控制规范》GB/T23258-2009，对管道及容器内介质腐蚀性评价及腐蚀强弱等级划分见表3-1。表3-1管道及容器内介质腐蚀性评价项目级别低中较重严重平均腐蚀速率/（mm/a）＜0.0250.025～0.120.13～0.25＞0.25点蚀速率/（mm/a）＜0.130.13～0.200.21～0.38＞0.38由表3-1可以判定，靖边气田西1集气站分离器积液包的腐蚀情况达到了较重或严重级别，重影响集气站分离器的安全运行。GB/T23258-2009规定现状当输送介质含有腐蚀性杂质时，应对管道及容器采取减缓腐蚀措施，使介质对其腐蚀级别控制在中等级别以下，平均腐蚀速率≤0.12mm/a。西1集气站分离器积液包平均腐蚀速率达0.224mm/a，甚至更高，属于较重或严重腐蚀，会造成分离器腐蚀穿孔，影响集气站安全生产。小组选题降低西1集气站分离器积液包腐蚀速率44设定目标（P阶段）目标：积液包腐蚀速率由0.224mm/a降至0.12mm/a（GB/T23258规定的中等腐蚀级别）以下，见图4-1。00.050.10.150.20.25现状目标分离器积液包腐蚀速率降低目标设定图4-1工作目标设定5目标可行性分析（P阶段）5.1西1站积液包壁厚检测小组利用超声波检测的方法，将积液包每间隔50cm，按照圆周顺时针方向分别选取顶部（12点）、右侧壁（3点）、底部（6点）、左侧壁（9点钟）进行了壁厚检测，见图5-1。0.2240.12腐蚀速率（mm/a）5图5-1分离器积液包壁厚检测示意图从壁厚测试结果中去掉1个最大值和1个最小值，然后计算得到平均壁厚，则平均腐蚀速率（mm/a）＝(原始壁厚－平均壁厚)/工作时间。5.2西1站腐蚀速率计算2011年4月初，小组成员选择了H2S和产水量相对较高的西1站分离器积液包进行了壁厚检测，西1站分离器于2000年12月投产，原始壁厚为16mm，工作时间约为10年，并由壁厚检测结果计算分别得到顶部、右侧壁、底部和左侧壁的平均腐蚀速率，见表5-1。表5-1西1站分离器积液包壁厚检测结果表积液包壁厚检测结果检测部位壁厚（mm）平均壁厚（mm）平均腐蚀速率（mm/a）顶部14.33;13.92;14.27;14.64;14.43;14.10;14.40;14.2714.30.17右侧壁14.21;13.62;14.47;14.24;14.15;13.6;13.4;13.6713.920.21底部13.15;13.14;13.21;12.87;13.25;12.94;12.60;12.9313.040.296左侧壁14.10;13.73;14.22;14.44;13.73;13.50;13.30;13.5213.80.221236950cm分离包积液包6表5-2西1站分离器积液包腐蚀速率腐蚀速率检测部位积液包顶部右侧壁底部左侧壁平均腐蚀速率（mm/a）0.170.210.2960.220.22400.050.10.150.20.250.3腐蚀速率（mm/a）顶部右侧壁底部左侧壁图5-2西1站积液包不同部位腐蚀速率对比图由图5-2可以看出，积液包底部平均腐蚀速率达0.296mm/a，是腐蚀速率最高、最严重的部位，而顶部腐蚀相对较弱。从积液包日常运行情况看，底部长期处于积水状态；侧面为水、气两相状态，液位随生产情况而变化；顶部主要处于气相。由此可见，积液包内污水的腐蚀是导致集气站分离器积液包腐蚀速率高的关键症结。根据规范规定，如果我们重点对分离器积液包底部污水采取相应的减缓腐蚀的防护措施，使其平均腐蚀速率降低60%，即由0.296mm/a主要腐蚀7降低至0.118mm/a；防护措施同时对顶部和侧壁也会起到减缓腐蚀作用，可将积液包平均腐蚀速率由0.224mm/a降低至规范规定的0.12mm/a，腐蚀速率会明显降低，可见我们所设定的目标具有可行性。图5-3西1站分离器积液包底部腐蚀形貌图6分析原因（P阶段）针对“积液包内污水腐蚀”这一主要症结，小组成员运用关联图进行原因分析，并找出导致积液包腐蚀速率高的5条末端因素，见图6-1。8图6-1关联图污水矿化度含量高（Ca2+浓度高）存在硫酸盐还原菌原料气中含有机械杂质污水pH值＜7呈酸性环境加快腐蚀机械杂质冲刷垢下腐蚀微生物腐蚀水中氯根含量高形成点蚀、加速腐蚀污水溶解有H2S/CO2等酸性气体原料气含有H2S/CO2等酸性气体H2S/CO2腐蚀积液包污水腐蚀1、原料气中含有H2S/CO2等酸性气体；2、原料气中含有机械杂质；3、存在硫酸盐还原菌；4、污水矿化度含量高（Ca2+浓度高）；5、水中氯根含量高。末端因素97确定要因（P阶段）针对以上5条末端因素，小组成员根据现场测试、验证，考虑所有末端因素逐一论证分析，制定要因确认计划表，找出主要原因。表7-1要因确认计划表序号末端因素确认内容确认方法确认标准责任人时间1原料气中含有H2S/CO2等酸性气体原料气中是否含有酸性气体现场测试腐蚀产物中铁的化合物含量10%张志浩吕江罗慧娟2011.4.62原料气中含有机械杂质机械杂质是否有相对运动现场验证机械杂质与金属表面无相对运动乔玉龙成杰孙银娟2011.4.123存在硫酸盐还原菌是否含有硫酸盐还原菌现场测试灼烧后腐蚀产物重量减少5%乔玉龙孙芳萍2011.4.174污水矿化度含量高污水中矿化度含量是否影响腐蚀现场测试矿化度含量10000mg/L腐蚀影响小张志浩罗慧娟孙银娟2011.4.215水中氯根含量高水中氯根含量是否加速腐蚀现场测试现场分析氯根含量1000mg/L，不会加速形成点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀吕江成杰孙芳萍2011.4.26小组成员分工，到现场对所有末端因素逐一确认。7.1原料气中含有H2S/CO2等酸性气体原料气中含有H2S/CO2等酸性气体，溶于水后形成H2S和H2CO3，其化学过程为：10CO2+H2O=H2CO3→H++HCO3-H2S=S2-+2H+对分离器腐蚀的作用机理有两方面：一是氢的去极化腐蚀，二是硫化氢应力腐蚀开裂。图7-1分离器内腐蚀产物小组成员通过对腐蚀产物进行X射线衍射（XRD），分析其衍射图谱，测定西1站分离器腐蚀产物成分，判定是否含有H2S/CO2等酸性气体。图7-2西1站分离器腐蚀产物XRD图谱表7-2西1站分离器腐蚀产物XRD检测结果表11编号组成含量（%）合计（%）1CaCO334.8234.822Fe3S425.9665.183FeCO313.874Fe(OH)SO4.2H2O7.285FeO(OH)5.656FeSO4.H2O8.887FeS23.54通过上表可以看出，腐蚀产物中铁的化合物含量达65.18%远远大于10%，说明原料气中含有酸性气体，溶于水后形成酸与积液包底部发生了电化学腐蚀反应。结论：原料气中含有H2S/CO2等酸性气体是要因。7.2原料气中含有机械杂质图7-2分离器工作原理示意图积液包分离包要因导流板鳍型挡板波纹板机械杂质12原料气中携带的机械杂质，高速流入分离包后经导流板、鳍型挡板和波纹板沉降进入积液包，机械杂质属于静态介质，与积液包内壁表面无相对运动，因此不会产生冲刷腐蚀作用。结论：原料气中含有机械杂质不是要因。7.3存在硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌是一种在厌氧条件下使硫酸盐还原成硫化物，以从有机含碳化合物中取得碳元素为营养而生存的细菌。《工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中灼烧失重测定方法》HG/T3533-2003，规定了腐蚀产物550℃灼烧失重可估计产物中有机物和化合水的含量，从而验证是否存在硫酸盐还原菌。小组成员按照HG/T3533-2003中试验步骤，对西1站分离器内固体腐蚀垢样经过550℃灼烧，结果见表7-3。表7-3垢样检测结果表项目分析检测结果西1站分1/1西1站分2/1外观黑色颗粒黑色颗粒550℃灼烧减少量%0.902.05由上表可以看出，腐蚀垢样经灼烧后重量只减少了1～2%5%，灼烧后腐蚀产物重量无明显变化，说明腐蚀样中不含有机物、生物黏泥等，即分离器积液包中没有硫酸盐还原菌腐蚀。结论：存在硫酸盐还原菌不是要因。非要因非要因137.4污水矿化度含量高根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规定，当污水中矿化度（水中化学组分含量的总和）含量10000mg/L时，对碳钢腐蚀影响较小。小组成员对西1站分离器积液包的污水进行了采样分析，检测结果见表7-4。表7-4水样矿化度分析结果表项目分析检测结果（mg/L）Ca2+19460.0Mg2+10829.60