某FPSO分离器出口焊接管道失效分析

某FPSO分离器出口焊接管道失效分析

安静

中海油（天津）管道工程技术有限公司  天津  300452

天津北海油人力资源咨询服务有限公司  天津  300452

摘 要: 某FPSO分离器出口焊接管道（水相出口弯头部位）投用不到两年即发生穿孔，通过宏观分析、微区化学成分分析、XRD分析、输送介质PH及细菌含量检测、结垢趋势预测等方式，开展弯头失效分析。结果表明，协同作用会加剧单一因素对弯头的腐蚀影响，失效弯头是由于沉积物下腐蚀、微生物腐蚀与冲刷腐蚀协同作用下导致的内腐蚀失效。

关键词：弯头 失效分析 沉积物下腐蚀 微生物腐蚀 冲刷腐蚀

Failure analysis of separator outlet welded pipeline of FPSO

An Jing1,2

（1. CNOOC (Tianjin) Pipeline Engineering Technology Co., Ltd., Tianjin, 300452, China; 2. Tianjin North Human Resources Consulting Service of China National Offshore Oil Co., Ltd., Tianjin, 300452, China)

Abstract: The outlet welded pipeline of an FPSO separator (water phase outlet elbow) was perforated less than two years after it was put into service. The elbow failure analysis was carried out by means of macro analysis, micro area chemical composition analysis, XRD analysis, transmission medium PH and bacterial content detection, scaling trend prediction, etc. The results show that the synergistic effect will aggravate the corrosion effect of a single factor on the elbow, and the failure elbow is due to the internal corrosion failure caused by the synergistic effect of sediment corrosion, microbial corrosion and erosion corrosion.

Keywords: elbow；failure analysis；corrosion under sediment；microbial corrosion；erosion corrosion

0 引言

海上平台FPSO（浮式生产储油设备）是重要油气生产设施，涉及到的安全环保生产因素众多，其中，工艺管道是保障平台平稳生产运行的重要一环。渤海某海上平台FPSO，三级分离器出口焊接管道改造后不足两年即发生多处管道减薄或穿孔失效，严重影响该平台正常生产。为查找腐蚀失效原因，通过现场取样并开展后续失效分析工作，以期为后续海上平台FPSO焊接工艺管道腐蚀防护提供借鉴。

图1为该海上平台FPSO生产工艺流程：井口平台来液，依次进入一级分离器、二级分离器、三级分离器，分离后的天然气进入气流程，分离后的油进入油流程，分离后的水，先进入闪蒸罐，再经过两级沉降后增压回注。本次失效管段位于三级分离器出口至闪蒸罐总管弯头部位，如图1蓝色箭头所示。

图1 某FPSO工艺流程示意图

取失效弯头开展失效分析，通过宏观分析、腐蚀产物微观分析、水性及细菌含量检测，并与其他部位管段进行对比分析，研究其失效原因，从而进一步的提出针对性的预防及改进措施。

1 宏观分析

对分离器至闪蒸罐总管三通和弯头进行了现场调研，失效弯头的位置如图2所示。其中，三通部位已经焊接加厚板进行了加厚，弯头靠近焊缝（距离约4cm）位置下侧有一个漏点，采用打卡方式进行了堵漏；之后，对失效弯头进行拆除更换。

图2 失效弯头未更换前现场图片（绿框中为失效部位）

经现场检测，三通处（T01）平均壁厚和最小壁厚分别为9.22mm和4.35mm，已采用焊接加厚板的方式进行了加厚（图2红框处）；堵头处（NO01）平均壁厚和最小壁厚为9.23mm和8.80mm（图2红框处）。弯头处（E01）发生一处穿孔，漏点距离焊缝较近（约4cm），采用打卡的方式进行了堵漏，除漏点外其他位置平均壁厚和最小壁厚分别为10.46mm和9.01mm（图2绿框处）。三通与弯头示意图如图3所示。

图3 分离器至闪蒸罐总管线三通和弯头管段示意图

1.1  1#管段宏观分析（失效弯头）

对失效弯头（1＃）进行宏观检查，管道外侧因穿孔失效存在修补，整体形貌如图4所示，图中黄线为介质流向。从A方向进一步观察管段内壁形貌，管道6点钟方向存在底部沉积物，且存在明显的局部腐蚀坑；其余3个方位均存在明显的局部腐蚀，如图5中箭头所指位置，且3点钟方向的黄色圆框可见明显的垢层，最大厚度达到3.96 mm。

图4 失效弯头整体形貌

（a）6点钟                         （b）（12点钟）

（c）3点钟                         （d）（9点钟）

图5 失效弯头1＃A方向内壁形貌

从B方向观察管段内壁形貌如图10所示，管道12点钟方向存在明显的局部腐蚀坑；未腐蚀区域也存在一层棕黄色的附着物，测量厚度为1.02mm，见图11所示。另外6点钟方位均存在明显的局部腐蚀，如图12中箭头所示位置。

（a）12点钟

（b）内壁附着层厚度测量（12点钟）                 （c）6点钟

图6 失效弯头1＃B方向内壁形貌

1.2 2~3#管段宏观分析（未失效管段）

除此之外，取三级分离器至油流程的2段工艺管线（命名为2#和3#管段，如图7所示），开展对比分析。图8为管段2＃内壁的宏观形貌，可以观察到大量的内壁附着物，厚度约为5.60mm，对其附着物进行清除后，内壁并无明显的局部腐蚀特征；管段3＃内壁也存在较多的内壁附着物，厚度约为7.46mm，对其附着物进行清除后，内壁并无明显的局部腐蚀特征。

图7 三级分离器出口至油流程管段

图8 管段2内壁清理腐蚀产物前后对比

2 腐蚀产物分析

选取管段不同位置的内壁附着物及腐蚀产物进行清洗、烘干，对其进行微观成分分析，共计7个样品：管段1#由4处不同位置分别取样，并标记为1-1#~1-4#，取样位置分别为20''弯管坑底、24''三通坑边坑底、24''三通坑底和24''三通内（覆盖腐蚀坑砂状物）；管段2#由封头坑底取样，样品标记为2#；管段3#由2处不同位置分别取样，标记为3-1#、3-2#，取样位置为变径管内壁和直管段内壁）。

2.1  微区化学成分分析

采用Oxford能谱仪对7个样品的微区成分进行分析，重点关注的腐蚀性元素硫元素和易结垢元素钙元素的含量情况，检测结果见表1。

表1 化学成分分析结果 （质量分数%）

综合以上分析结果，分离器至闪蒸罐管线（1#、2#、3#）的内壁附着物及腐蚀产物的硫含量和钙元素含量均较高。

2.2  XRD分析

采用X射线衍射仪对7组样品进行物相分析，管壁典型的附着物及腐蚀产物的XRD图谱如图9所示。XRD分析结果表明，1-1#试样腐蚀产物为SiO2和FeSO3；1-2#试样主要腐蚀产物为FeCO3、FeO(OH)、SiO2和FeS；1-3#试样由于样品太少，未进行检测；1-4#试样腐蚀产物为SiO2；2#试样主要腐蚀产物为Ca(Mg)CO3、CaCO3、FeS和FeCO3；3-1#和3-2#试样腐蚀产物均为Ca(Mn,Mg)CO3和CaCO3。

图9 典型样品分析图谱

从分析中可看出，分离器至闪蒸罐管线的内壁结垢较严重，主要结垢成分为Ca(Mg)CO3；1#~3#管线内壁腐蚀产物中均含有FeCO3、FeO(OH)和FeS，且含有一定量的SiO2和FeCO3。

3 输送介质分析

取闪蒸罐出入口水样，对水质成分及细菌、结垢情况进行研究。

3.1  水样PH及细菌检测

取失效弯头（1#）输送水样通过现场取样进行pH及细菌检测。结果显示：闪蒸罐入口水样的pH值为6.5~7.0；存在SRB细菌，为25~70个/ml，同时存在少量的TGB、FB细菌。

3.2  水样成份检测及结垢趋势预测

常见的油气田生产水结垢物质主要有CaSO4、CaCO3、BaSO4、SrSO4。对闪蒸罐入口水样进行了水质检测，总矿化度为24317.42 mg/L，水质分析结果见表2。

表2 离子质量含量检测数据

根据以上离子检测结果，闪蒸罐出口水样的矿化度较高，依据SY/T 0600-2009《油田水结垢趋势预测》标准对CaSO4、CaCO3、BaSO4、SrSO4的结垢趋势进行预测，认为存在较高的CaCO3结垢趋势，与1＃-3＃管段内垢样分析结果基本相符。

4 失效原因分析及建议

4.1 失效原因分析

失效弯头（1#）属于严重的局部内腐蚀。管道腐蚀位置表面及周围均有附着物结块存在（主要成分为SiO2，油砂的主要成分），且结块覆盖位置内壁存在明显腐蚀坑，说明内壁腐蚀坑的存在与附着物结块有关，存在沉积物下腐蚀[2-3]。对比未失效（2#和3#）管段，说明水系统管道更易发生内腐蚀现象。失效弯头腐蚀坑位置分步无明显规律，考虑到弯头附近存在冲刷，说明冲刷进一步加剧了弯头附近的内腐蚀。另外失效弯头中腐蚀产物中含有一定量的FeS，根据细菌检测结果，介质中含有一定量的SRB细菌，淤积的沉积物较高的硫元素会进一步促进细菌繁殖生长[4]，增大细菌腐蚀的可能性。综上，该分离器水出口弯头（三级分离器至闪蒸罐进口管道弯头）失效是由于沉积物下腐蚀、微生物腐蚀与冲刷腐蚀协同作用下导致的内腐蚀失效。

4.2 建议

（1）持续开展生产系统挂片腐蚀监测，并在挂片检测过程中，增加对挂片表面的垢样分析，为全面分析提供依据。

（2）针对存在的微生物腐蚀，采取添加杀菌剂等杀菌措施，并定期开展杀菌剂效果评估，确保其杀菌效果。

（3）对生产系统中的弯头，在下步更换时考虑使用耐蚀材质等防护手段，并对在用的水系统弯头等易腐蚀失效部位，定期进行定点测厚，提前识别腐蚀风险。

参考文献

[1] 叶帆，高秋英．凝析气田单井集输管道内腐蚀特征及防腐技术［J］．天然气工业，2010，30（4）：96-101．

[2] 樊荣兴,刘鹏,刘亮等.渤海某平台生产水管线腐蚀原因研究［J］.化工装备技术，2020，41（03）：48-51.

[3] 刘鹏, 倪先锋，樊荣兴等. 某油田生产水处理系统管线腐蚀失效分析［J］.化工装备技术，2022，43（1）：47-50.

[4] 蒋秀, 刘艳，范举忠等. 某集气站排污水管腐蚀失效原因分析［J］.腐蚀科学与防护技术，2017，29（2）：195-198.

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