稠油采出水水回用注汽锅炉腐蚀行为和安全评价技术.ppt

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1、稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为和安全评价技术研究,一前言二腐蚀行为研究三.安全评价技术四.炉管解剖检验五.结论,目 录,一前言,由于稠油采出水水质与清水水质有较大差异，认识稠油采出水回用高压注汽锅炉腐蚀行为和规律，对确保注汽锅炉系统的安全经济运行和确保稠油采出水的资源化应用具有重要意义。,1.研究方法,采用现场所取水样和材料，通过高温高温高压模拟试验，考察稠油采出水回用锅炉对注汽系统的腐蚀影响因素;,通过高温高压模拟试验和电化学实验方法，以及腐蚀和结垢产物的宏微观分析测试等手段，认识回用水对注汽系统的腐蚀结垢机理与规律。,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,1.1试验设备及试样处理方法,二

2、.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,试验材料为现场所取锅炉管和注汽管线材料;所有试样均为72mm的1/6圆环，腐蚀介质为现场所取回用水。试验装置是美国Cortest公司生产的344.4105Pa 的动态高压釜进行高温高压模拟试验。,1.2 表面腐蚀产物和结垢的分析方法 采用X射线衍射法（XRD）定性分析腐蚀产物和垢样的主要组分；采用扫描电镜（SEM）分析微区断面的情况；采用交流阻抗谱（EIS）法研究表面膜对电化学腐蚀的影响；,NACE RP-0775-91对腐蚀程度的规定,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,1.3 腐蚀速率的计算与评定：用失重法计算平均腐蚀速率。,腐蚀试验参数 试验介质

3、为现场所取水样，分别改变试验温度、压力、流速、pH值大小和水中Cl、HCO3、SO42、以及Fe离子、Ca2+、Mg2、SiO2的含量，测试炉管材料的腐蚀速率，以确定不同因素的影响程度。其中测试某一种参数的影响时，其它参数尽可能不变，以着重说明被测试参数的影响。,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,2.稠油采出水回用对注汽系统的腐蚀影响因素研究,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,通过极差法及灰关联分析法可以得出，不同因素对炉管钢的腐蚀速率作用程度由大到小顺序依次是：pH值、流速、温度、压力和Cl、HCO3、SO42、S2、SiO2、Ca2+、M

4、g2+、Fe离子。各种影响因素的作用规律为：增加炉管钢的腐蚀速率的因素主要有Cl、HCO3等；降低炉管钢的腐蚀速率的因素有pH值、Ca2+、Mg2+；影响不大的因素主要有SiO2、SO42和系统压力等；温度的影响呈现出先增加后略有降低的趋势；随着溶液中SiO2、Ca2+、Mg2+、Fe离子等的增加，回用水结垢趋势上升,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,3.回用水对注汽系统的腐蚀结垢机理与规律研究,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,由于锅炉在加热过程中回用水的温度、压力、各种离子含量处在不断变化之中，利用高温高压试验装置模拟测试不同阶段锅炉的腐蚀和结垢现象，掌握沿注汽锅炉生产工艺流程

5、的材料腐蚀与结垢规律，从而指导生产。,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,3.回用水对注汽系统的腐蚀结垢机理与规律研究,预热段出口水环境中炉管动静态腐蚀形貌,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,动态,静态,对流段进口水环境中去掉腐蚀产物后动静态腐蚀宏观形貌,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,动态,静态,辐射段出口处炉管腐蚀产物与结垢情况,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,辐射段出口处炉管表面腐蚀垢的SEM图,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,不同阶段锅炉管在动态和静态环境中的腐蚀速率的变化,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,高温高压模拟试验腐蚀特征分析,锅炉管及

6、注汽管网材料在回用污水中主要以均匀腐蚀为主，属中等以上程度腐蚀。炉管材料的腐蚀速率在预热段和对流段变化较大，呈现出由小到大再变小的趋势；在整个流程中，动态腐蚀较静态腐蚀要稍微严重一些。由于试验是在模拟环境中进行，试验溶液未进行循环更新，与实际锅炉回用水在辐射段的成分不完全一致，导致腐蚀产物和溶液结垢的堆积，且经过加工后的炉管由于去除了外部的钝化膜导致炉管处于活化状态，实际锅炉管腐蚀和结垢现象应不如模拟试验严重。,二.稠油采出水回用注汽锅炉腐蚀行为研究,三.稠油采出水回用注汽锅炉安全评价技术,应用试验结果综合分析稠油采出水回用可能对锅炉造成的危害，分析计算炉管材料的剩余强度和剩余寿命，以充分认识

7、回用污水对炉管的腐蚀成因及其严重程度，为系统检测周期和监测方法的确定提供依据。,1.剩余强度评价,剩余强度评价方法 体积型缺陷剩余强度评价方法确定剩余强度因子均匀腐蚀：用点测厚法或厚度截面法两种金属损失定量方法来确定缺陷实际面积和投影面积，计算所用壁厚值为所有厚度测试结果的算术平均值，此时可直接计算注汽管的剩余强度因子RSF。缺陷可以在炉外表面，也可以在管道内表面 局部腐蚀：采用厚度截面法来对金属损失进行定量化，确定检测截面和危险厚度截面（CTP）和腐蚀缺陷的面积计算含缺陷管道极限内压裂纹型缺陷剩余强度评价方法采用双判据法，通过弹塑性断裂力学分析，采用失效评估图（FAD）来进行安全评价,三.稠

8、油采出水回用注汽锅炉安全评价技术,极限缺陷尺寸计算结果腐蚀缺陷,壁厚为7mm,壁厚为8mm,壁厚为9mm,壁厚为10mm,三.稠油采出水回用注汽锅炉安全评价技术,三.稠油采出水回用注汽锅炉安全评价技术,2.剩余寿命预测,三.稠油采出水回用注汽锅炉安全评价技术,炉管的剩余强度评价结果表明：随着炉管服役压力的增加，炉管所能承受的极限缺陷尺寸可以达到6mm以上；在考虑系统的安全系数及温度的影响后，实际允许缺陷最大尺寸要小得多，仅为原来的四分之一左右；在考虑系统安全系数和温度影响的情况下，当炉管剩余壁厚大于8mm时，可满足目前生产压力的需要。根据剩余寿命预测结果在污水回用锅炉7.6年后应对锅炉进行全面

9、检验。,三.稠油采出水回用注汽锅炉安全评价技术,1.炉管解剖情况和材料的理化性能测试,对回用两年以后的炉管不同部位(辐射段共有56根炉管,根据水汽在不同部位转化过程,对第1、10、18、28、50、54、56根）进行解剖检验。,四.炉管解剖情况,注汽锅炉辐射段内部结构照片,入口,出口,对炉管和注汽管进行解剖检验，经测试符合20G无缝钢管材质要求。,炉管材料金相组织照片,注汽管材料金相组织照片,常规理化性能测试符合标准要求,显微组织正常,四.炉管解剖情况,拉伸性能符合标准要求,冲击韧性符合标准要求,测试结果表明:常规理化性能测试：符合标准要求显微组织：正常拉伸性能：符合标准要求冲击韧性：符合标准

10、要求目前在用的炉管和注汽管在回用污水中满足要求。,四.炉管解剖情况,2.有限元分析和实物验证对比分析,有限元计算网格（100mm30mm3mm）,四.炉管解剖情况,实物静水压爆破试验,试验条件 试验设备：水压爆破试验系统（SN260068）试验温度：室温试验方法：参考API SPEC 5CT 和GB/T9711.1-1997端部封堵方式：焊接封头加压介质：水加压速率：34MPa/min 试样选取对管段进行预制缺陷处理，缺陷尺寸（长宽深）为：100mm30mm3mm。,四.炉管解剖情况,试验结果,四.炉管解剖情况,爆破压力：77.31Mpa（11213psi）,全尺寸实物静水压爆破试验表明，软件

11、计算结果总是偏安全的，与有限元计算结果相近，这是由所采用评估方法的保守性决定的。有限元分析和全尺寸实物静水压爆破试验结果说明对腐蚀规律和剩余寿命的预测结果是可信的。,四.炉管解剖情况,3.腐蚀和结垢情况,四.炉管解剖情况,第28根炉管解剖图,第56根炉管解剖图,炉管腐蚀产物SEM图,4.运行情况,从炉管检验来看，根据腐蚀行为研究结果采取措施后腐蚀小于高温高压模拟试验情况。稠油采出水回用锅炉技术已在新疆油田全面推广，回用规模由试验初期的3000m3/d上升到目前的3.5104m3/d，设备运行良好。,四.炉管解剖情况,五.结论,1.20G材料适合于新疆油田所用高温蒸汽环境，由于管壁腐蚀减薄作用和管体缺陷的影响程度可通过安全可靠性评价加以确定。2.通过剩余强度评价和剩余寿命预测，为稠油采出水回用锅炉的检测、维修周期制定提供科学决策依据，对确保了注汽设备的安全运行具有指导意义。3.通过离子调整技术减少回用水中有害离子的数量可以降低回用水的腐蚀性和结垢倾向。4.需要继续加强对水质的处理和锅炉运行状况的监测，同时要强化停炉期间的管理。,汇报结束,敬请领导、专家指正！,