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第41卷第1期

石油与天然气化工

CHEMICALENGINEERINGOFOILGAS99

浅析酸性天然气集输管道失效特性

熊钢吴文莉2计维安蒋巍1黄黎明1谷坛温冬云1

安全与环保(1.中国石油西南油气田公司天然气研究院)(2.中国石油西南油气田公司炼油化工部)

安全与环保

摘要酸性天然气集输管道由于运行风险较高，在进行管道完整性管理时需对其进行失效模式分析。介绍了天然气集输管道的通用失效模式，对酸性天然气集输管道的失效特性进行了分析，论述了酸性天然气的腐蚀和堵塞失效的机理，并提出了将堵塞作为集输管道失效模式的分析方法，以期降低集输管道运行的风险。

关键词酸性天然气集输管道失效完整性管理DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2012.01.023

管道完整性管理是指由管道运营公司对管道运行过程中存在的风险进行辨识和分析，根据分析结果，针对存在高风险的管段采取相应的风险控制措施，并通过持续的改进将管道运行的风险值控制在可接受的范围之内。管道完整性管理的实施，是确保集输管道安全运转的最佳手段。

管道完整性管理是从风险辨识开始的，而对失效模式的分析则是该项工作的基础。国际管道研究委员会(PTCI)对输气管道事故数据进行了分析并将其划分为4种缺陷类型、10种事故类型和21个失效根本原因，参考文献[1]提供了具体的失效模式。PTCI对管道完整性失效模式的识别均基于对设备、管道及附件本体的损坏。值得注意的是，在实际生产过程中，本体损坏并不是天然气集输管道系统失效的唯一原因，管道堵塞也是造成系统失效的重要原因之一。集输管道堵塞会降低管道输送的有效性，导致天然气集输管道输气量下降，严重者甚至可能导致停输，其失效后果较为严重。同时，管道堵塞也是一种常见的失效模式，即失效概率较大。从风险计算的公式可知，失效后果和失效概率均较大，则风险较大。因此，应将集输管道堵塞纳入管道完整性管理所考虑的失效模式内。

1酸性天然气集输管道失效模式分析

通常，天然气中含有一定的酸性组分，常见的酸性组分包括CO?、H?S、RSH、CS?和COS等，其中CO?和H?S最为常见。酸性组分的存在将改变天然气的性质，因而其失效模式具有独特性。通过分析得出：酸性天然气集输管道失效主要有三大特性：①存在应力腐蚀开裂的可能性；②内部腐蚀减薄过程复杂；③堵塞概率较高。

1.1应力腐蚀开裂

酸性天然气集输管道常见的应力腐蚀开裂为硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)、氢致开裂(HIC)和应力导向氢致开裂(SOHIC)。虽然应力腐蚀开裂具有失效时泄放物质毒性强、泄放面积大和突发性强等特点，其失效后果较为严重，但随着对应力腐蚀开裂的认识加深，通过采取控制管道材料质量、严格对管道进行焊后热处理，以及加强管道裂纹检测等措施，可有效降低应力腐蚀开裂事故发生的概率。

1.2内部腐蚀减薄

酸性组分内部腐蚀减薄机理较多，主要包括：CO?-H?S-H?O腐蚀、R?NH-H?S-CO?-H?O

腐蚀、高温硫化腐蚀和高温硫化物腐蚀等。酸性天然气在温度不高的干燥状态下，对碳钢的腐蚀性很小。但在存在游离水的条件下，由于CO?和H?S的溶解，生成呈酸性的电解质溶液而产生严重腐蚀。

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100浅析酸性天然气集输管道失效特性2012

鉴于集输管道内的工况，输送酸性天然气时考虑的主要腐蚀机理为CO?-H?S-H?O腐蚀，即酸水腐蚀。在CO?-H?S-H?O溶液中，含有H+、HCO?、CO-、HS-、S2-、CO?分子和H?S分子，对金属腐蚀为氢去极作用，其主要反应式如式(1)～式(4)所示：

阳极反应：Fe→Fe2++2e(1)

阳极反应：Fe2++CO?-→FeCO?+H++e(2)

阳极反应：Fe2++S2-→FeS+H++