雅克拉-大澇壩集氣處理站是新疆塔里木盆地中石化最大、自動(dòng)化程度最高的冷凝天然氣處理裝置。目前，雅克拉-大澇壩天然氣處理裝置有56個(gè)氣動(dòng)控制閥（不包括機(jī)組調(diào)節(jié)閥），雅達(dá)兩個(gè)調(diào)節(jié)閥由美國制成FISHER公司提供的測(cè)量分離器液相控制調(diào)節(jié)閥、三通閥、膨脹機(jī)旁路J-T閥門。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%的故障來自調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)閥是連接介質(zhì)通道或改變介質(zhì)流向、調(diào)節(jié)流量、壓力、液位和溫度的原始?jí)毫艿?。調(diào)節(jié)閥由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門（調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥門，閥門（調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）是機(jī)械調(diào)節(jié)部分。

1 故障情況

(1)雅站直井測(cè)量分離器液相出口調(diào)節(jié)閥LV1001閥芯斷裂，導(dǎo)致介質(zhì)循環(huán)堵塞。原因分析結(jié)果：閥芯與閥座之間有雜質(zhì)堵塞。采取措施：拆卸執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門，發(fā)現(xiàn)針閥芯斷裂，更換新閥芯。

(2)雅站水平井測(cè)量分離器液相控制調(diào)節(jié)閥LV1002與一級(jí)閃蒸分離器水相調(diào)節(jié)閥LDV1101閥籠和閥芯腐蝕導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥關(guān)不嚴(yán)。

拆下檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥不嚴(yán)。

LV1002閥籠表面凹凸不平，有縫隙，環(huán)面有不同程度的坑孔，見圖1。LV1002調(diào)節(jié)閥為FISHER腐蝕閥籠材料為316L。

LDV1101閥芯上端表面有開口，閥芯本體表面呈麻坑狀(見圖2)，導(dǎo)致閥芯與閥座密封不嚴(yán)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥關(guān)閉不嚴(yán)。LDV1101調(diào)節(jié)閥為FISHER腐蝕閥籠材料為316L。

圖1

圖2 閥芯本體表面呈麻坑狀

原因分析結(jié)果：

（a）調(diào)節(jié)閥材料(閥體材料)WCC，閥芯316L）耐腐蝕性差；

（b）由于節(jié)流對(duì)閥芯的沖刷力強(qiáng)，調(diào)節(jié)閥通常控制在小開度(20%)以下，導(dǎo)致閥內(nèi)部磨損；

（c）由液相腐蝕引起。LDV接水樣觀察1101管道低污處，水樣沉淀物呈黑色，含沙。

（3）大站液相調(diào)節(jié)閥磨損嚴(yán)重。大站測(cè)量生產(chǎn)分離器液相調(diào)節(jié)閥磨損嚴(yán)重。閥籠表面和邊緣有不同程度的坑洞，倒角內(nèi)外有較大的腐蝕坑和溝槽(見圖3)。調(diào)節(jié)閥為FISHER腐蝕閥籠材料為316L。

圖3 閥籠腐蝕坑

原因分析結(jié)果：三相分離器前后壓差大，計(jì)量生產(chǎn)分離器實(shí)際運(yùn)行壓力6.2MPa，三相分離器壓力0.6MPa，原生產(chǎn)工藝見圖4。

圖4 原生產(chǎn)工藝圖

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2 腐蝕原因分析

2.1 氣蝕與閃蒸

根據(jù)伯努利方程，管道中流體流量的增加壓力會(huì)降低。管道節(jié)流處的流體速度大大提高。壓力急劇下降。如果液體流經(jīng)管道節(jié)流處的壓力低于蒸發(fā)壓力（PVC）會(huì)產(chǎn)生氣蝕或閃蒸。

雅克拉-大澇壩天然氣處理站兩站調(diào)節(jié)閥均為FISHER費(fèi)希爾控制設(shè)備有限公司出版的調(diào)節(jié)閥FISHER閃蒸圖(圖5)和氣蝕圖(圖6)在控制閥手冊(cè)(第三版)中發(fā)現(xiàn)。氣蝕和閃蒸是由管道節(jié)流引起的。如果液體流過管道節(jié)流，壓力恢復(fù)后P仍低于汽化壓力（PVC）(此時(shí)流體內(nèi)仍有氣泡)。這種現(xiàn)象被稱為閃蒸。如果液體流過管道節(jié)流處，壓力恢復(fù)后P高于汽化壓力（PVC）此時(shí)，流體內(nèi)的氣泡破裂）。這種現(xiàn)象被稱為氣蝕。最嚴(yán)重的閃蒸損傷發(fā)生在流量最高的地方。即閥塞閥座。腐蝕是閃蒸損傷的直觀表現(xiàn)。當(dāng)氣蝕發(fā)生時(shí)，氣泡破裂釋放的能量損壞閥塞閥座甚至附近的管道，噪聲氣蝕和閃蒸是閥門損壞的重要原因。

圖5 閃蒸圖

圖6 氣蝕圖

   根據(jù)雅大兩站的凝析油壓力和管道情況，推測(cè)雅大兩站裝置FISHER調(diào)節(jié)閥腐蝕主要受氣蝕影響。

2.2 腐蝕分析

雅克拉-大澇壩凝析氣田流體介質(zhì)簡(jiǎn)介：凝析氣井天然氣甲烷平均含量855.乙烷平均含量為45%.丙烷平均含量為31%.平均相對(duì)密度為07%.66，CO₂平均含量2.33%，H2S平均含量6.站內(nèi)氣相流速為82%.21～5.29m³·h^-1；冷凝油的平均密度為0.78g·cm^-3，粘度平均為2.66MPa.s，含硫量平均為0.041%的蠟含量平均為15%.96%，站內(nèi)液相流速0.58～2.29m³·h^-1。在氣體、水、烴和固共存的多相流腐蝕介質(zhì)中H₂S、CO₂、Cl^-和水是主要腐蝕介質(zhì)，在40～60℃和6.2～8.0MPa為金屬腐蝕提供了理想的腐蝕環(huán)境。

（1）CO₂分壓的影響

CO₂分壓越大，pH值越低，去極化反應(yīng)越快，腐蝕速度越快。CO₂腐蝕的主要因素是CO2分壓、溫度、流速等。

（2）CO₂-Cl-H₂O腐蝕

在CO₂-Cl^-H₂O碳鋼和低合金鋼可產(chǎn)生間隙腐蝕、均勻腐蝕和點(diǎn)蝕，最終導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥點(diǎn)蝕和坑蝕。CO₂是腐蝕劑，水是載體，Cl^-是催化劑。

316L圖7為316L腐蝕樣品表面掃描電鏡圖8為316L腐蝕產(chǎn)物能譜分析圖確定腐蝕類型CO₂沖刷腐蝕。

圖7 316L樣品表面腐蝕SEM

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從圖8可以看出，液相腐蝕產(chǎn)物的元素含量大于氣相腐蝕產(chǎn)物。原因是雅克拉-大澇壩的液相腐蝕環(huán)境比氣相腐蝕環(huán)境復(fù)雜，液相H₂S、CO₂、Cl^-與水相互作用，加速腐蝕率。

圖8 316L腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果

液相相中腐蝕產(chǎn)物的形成過程中，316L材質(zhì)的Mo參與腐蝕形成腐蝕產(chǎn)物，氣相中Mo液相腐蝕產(chǎn)物在腐蝕過程中不參與腐蝕，因此能譜圖中有液相腐蝕產(chǎn)物Mo，氣相腐蝕產(chǎn)物的譜圖中沒有Mo。

2.3 鹽堵和鹽腐蝕

雅克拉-大澇壩凝析氣田凝析油含水含鹽。雅克拉氣田地層水的礦化程度為102716mg·L^-1，大澇壩氣田地層水的礦化程度為210297mg·L^-1，屬于含鹽量高的地下水。進(jìn)站不穩(wěn)定冷凝油進(jìn)站后，溫度升高，冷凝油中部分鹽沉淀，導(dǎo)致鹽結(jié)晶。導(dǎo)致冷凝油熱交換器調(diào)節(jié)閥的鹽堵塞和鹽腐蝕。為減少兩站熱交換裝置、管道、調(diào)節(jié)閥等鹽堵塞和鹽腐蝕，雅克拉-洪壩兩站冷凝油處理裝置分別增加了密閉的鹽清洗過程。

建議3 防腐措施

（1）建議　在進(jìn)計(jì)量分離器前的計(jì)量、生產(chǎn)匯管處進(jìn)行緩蝕劑加注；

（2）優(yōu)選抗腐蝕材料　一般材料越硬，抗蝕能力越強(qiáng)。因目前調(diào)節(jié)閥閥材質(zhì)為硬合金鋼，耐腐蝕性在雅克拉凝析氣田腐蝕性較差，建議優(yōu)選鎢碳鋼和鈦合金材料；

（3）閥體結(jié)構(gòu)改型　采用多級(jí)閥芯調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，使壓力通過調(diào)節(jié)閥后逐級(jí)降壓，把調(diào)節(jié)閥的總壓差分成幾個(gè)小壓差，逐級(jí)降壓，使每一級(jí)都不超過臨界壓差（P_VC），減少閥體和閥芯的氣蝕；

（4）優(yōu)化工藝流程　對(duì)于調(diào)節(jié)閥前后壓差很大（在5MPa以上)，建議采用雙調(diào)節(jié)閥控制，減少壓差對(duì)閥芯和閥籠的沖擊和磨損。分離器液相調(diào)節(jié)閥從6開始.2MPa調(diào)節(jié)至0.6MPa，閥芯磨損嚴(yán)重，需要每3~4個(gè)月更換一次。2011年7月維修后，單調(diào)節(jié)閥（見圖4）改為雙調(diào)節(jié)閥節(jié)流（見圖9）。前一個(gè)調(diào)節(jié)閥從6個(gè)測(cè)量和生產(chǎn)分離器液相調(diào)節(jié)閥.2MPa調(diào)節(jié)至3.0MPa，后一個(gè)調(diào)節(jié)閥將壓力從3開始.0MPa調(diào)節(jié)至0.6MPa，壓產(chǎn)逐漸減少后，閥芯磨損大大減少。

圖9 改造后的流程圖