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1、稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為和安全評價技術研究,一前言二腐蝕行為研究三.安全評價技術四.爐管解剖檢驗五.結論,目 錄,一前言,由于稠油采出水水質與清水水質有較大差異，認識稠油采出水回用高壓注汽鍋爐腐蝕行為和規律，對確保注汽鍋爐系統的安全經濟運行和確保稠油采出水的資源化應用具有重要意義,1.研究方法,采用現場所取水樣和材料，通過高溫高溫高壓模擬試驗，考察稠油采出水回用鍋爐對注汽系統的腐蝕影響因素;,通過高溫高壓模擬試驗和電化學實驗方法，以及腐蝕和結垢產物的宏微觀分析測試等手段，認識回用水對注汽系統的腐蝕結垢機理與規律。,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,1.1試驗設備及試樣處理方法,二.2、稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,試驗材料為現場所取鍋爐管和注汽管線材料;所有試樣均為72mm的1/6圓環，腐蝕介質為現場所取回用水。試驗裝置是美國Cortest公司生產的344.4105Pa 的動態高壓釜進行高溫高壓模擬試驗。,1.2 表面腐蝕產物和結垢的分析方法 采用X射線衍射法（XRD）定性分析腐蝕產物和垢樣的主要組分；采用掃描電鏡（SEM）分析微區斷面的情況；采用交流阻抗譜（EIS）法研究表面膜對電化學腐蝕的影響；,NACE RP-0775-91對腐蝕程度的規定,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,1.3 腐蝕速率的計算與評定：用失重法計算平均腐蝕速率。,腐蝕試驗參數 試驗介質為3、現場所取水樣，分別改變試驗溫度、壓力、流速、pH值大小和水中Cl、HCO3、SO42、以及Fe離子、Ca2+、Mg2、SiO2的含量，測試爐管材料的腐蝕速率，以確定不同因素的影響程度。其中測試某一種參數的影響時，其它參數盡可能不變，以著重說明被測試參數的影響。,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,2.稠油采出水回用對注汽系統的腐蝕影響因素研究,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,通過極差法及灰關聯分析法可以得出，不同因素對爐管鋼的腐蝕速率作用程度由大到小順序依次是：pH值、流速、溫度、壓力和Cl、HCO3、SO42、S2、SiO2、Ca2+、Mg4、2+、Fe離子。各種影響因素的作用規律為：增加爐管鋼的腐蝕速率的因素主要有Cl、HCO3等；降低爐管鋼的腐蝕速率的因素有pH值、Ca2+、Mg2+；影響不大的因素主要有SiO2、SO42和系統壓力等；溫度的影響呈現出先增加后略有降低的趨勢；隨著溶液中SiO2、Ca2+、Mg2+、Fe離子等的增加，回用水結垢趨勢上升,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,3.回用水對注汽系統的腐蝕結垢機理與規律研究,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,由于鍋爐在加熱過程中回用水的溫度、壓力、各種離子含量處在不斷變化之中，利用高溫高壓試驗裝置模擬測試不同階段鍋爐的腐蝕和結垢現象，掌握沿注汽鍋爐生產工藝流程的5、材料腐蝕與結垢規律，從而指導生產。,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,3.回用水對注汽系統的腐蝕結垢機理與規律研究,預熱段出口水環境中爐管動靜態腐蝕形貌,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,對流段進口水環境中去掉腐蝕產物后動靜態腐蝕宏觀形貌,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,輻射段出口處爐管腐蝕產物與結垢情況,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,輻射段出口處爐管表面腐蝕垢的SEM圖,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,不同階段鍋爐管在動態和靜態環境中的腐蝕速率的變化,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,高溫高壓模擬試驗腐蝕特征分析,鍋爐管及注汽管網材料在回用污水中主6、要以均勻腐蝕為主，屬中等以上程度腐蝕。爐管材料的腐蝕速率在預熱段和對流段變化較大，呈現出由小到大再變小的趨勢；在整個流程中，動態腐蝕較靜態腐蝕要稍微嚴重一些。由于試驗是在模擬環境中進行，試驗溶液未進行循環更新，與實際鍋爐回用水在輻射段的成分不完全一致，導致腐蝕產物和溶液結垢的堆積，且經過加工后的爐管由于去除了外部的鈍化膜導致爐管處于活化狀態，實際鍋爐管腐蝕和結垢現象應不如模擬試驗嚴重。,二.稠油采出水回用注汽鍋爐腐蝕行為研究,三.稠油采出水回用注汽鍋爐安全評價技術,應用試驗結果綜合分析稠油采出水回用可能對鍋爐造成的危害，分析計算爐管材料的剩余強度和剩余壽命，以充分認識回用污水對爐管的腐蝕成因及7、其嚴重程度，為系統檢測周期和監測方法的確定提供依據。,1.剩余強度評價,剩余強度評價方法 體積型缺陷剩余強度評價方法確定剩余強度因子均勻腐蝕：用點測厚法或厚度截面法兩種金屬損失定量方法來確定缺陷實際面積和投影面積，計算所用壁厚值為所有厚度測試結果的算術平均值，此時可直接計算注汽管的剩余強度因子RSF。缺陷可以在爐外表面，也可以在管道內表面 局部腐蝕：采用厚度截面法來對金屬損失進行定量化，確定檢測截面和危險厚度截面（CTP）和腐蝕缺陷的面積計算含缺陷管道極限內壓裂紋型缺陷剩余強度評價方法采用雙判據法，通過彈塑性斷裂力學分析，采用失效評估圖（FAD）來進行安全評價,三.稠油采出水回用注汽鍋爐安全評8、價技術,極限缺陷尺寸計算結果腐蝕缺陷,三.稠油采出水回用注汽鍋爐安全評價技術,三.稠油采出水回用注汽鍋爐安全評價技術,2.剩余壽命預測,三.稠油采出水回用注汽鍋爐安全評價技術,爐管的剩余強度評價結果表明：隨著爐管服役壓力的增加，爐管所能承受的極限缺陷尺寸可以達到6mm以上；在考慮系統的安全系數及溫度的影響后，實際允許缺陷最大尺寸要小得多，僅為原來的四分之一左右；在考慮系統安全系數和溫度影響的情況下，當爐管剩余壁厚大于8mm時，可滿足目前生產壓力的需要。根據剩余壽命預測結果在污水回用鍋爐7.6年后應對鍋爐進行全面檢驗。,三.稠油采出水回用注汽鍋爐安全評價技術,1.爐管解剖情況和材料的理化性能測試9、,對回用兩年以后的爐管不同部位(輻射段共有56根爐管,根據水汽在不同部位轉化過程,對第1、10、18、28、50、54、56根）進行解剖檢驗。,四.爐管解剖情況,注汽鍋爐輻射段內部結構照片,入口,出口,對爐管和注汽管進行解剖檢驗，經測試符合20G無縫鋼管材質要求。,常規理化性能測試符合標準要求,顯微組織正常,四.爐管解剖情況,拉伸性能符合標準要求,沖擊韌性符合標準要求,測試結果表明:常規理化性能測試：符合標準要求顯微組織：正常拉伸性能：符合標準要求沖擊韌性：符合標準要求目前在用的爐管和注汽管在回用污水中滿足要求。,四.爐管解剖情況,2.有限元分析和實物驗證對比分析,有限元計算網格（100mm310、0mm3mm）,四.爐管解剖情況,實物靜水壓爆破試驗,試驗條件 試驗設備：水壓爆破試驗系統（SN260068）試驗溫度：室溫試驗方法：參考API SPEC 5CT 和GB/T9711.1-1997端部封堵方式：焊接封頭加壓介質：水加壓速率：34MPa/min 試樣選取對管段進行預制缺陷處理，缺陷尺寸（長寬深）為：100mm30mm3mm。,四.爐管解剖情況,試驗結果,四.爐管解剖情況,爆破壓力：77.31Mpa（11213psi）,全尺寸實物靜水壓爆破試驗表明，軟件計算結果總是偏安全的，與有限元計算結果相近，這是由所采用評估方法的保守性決定的。有限元分析和全尺寸實物靜水壓爆破試驗結果說明對腐蝕11、規律和剩余壽命的預測結果是可信的。,四.爐管解剖情況,3.腐蝕和結垢情況,四.爐管解剖情況,第28根爐管解剖圖,第56根爐管解剖圖,爐管腐蝕產物SEM圖,4.運行情況,從爐管檢驗來看，根據腐蝕行為研究結果采取措施后腐蝕小于高溫高壓模擬試驗情況。稠油采出水回用鍋爐技術已在新疆油田全面推廣，回用規模由試驗初期的3000m3/d上升到目前的3.5104m3/d，設備運行良好。,四.爐管解剖情況,五.結論,1.20G材料適合于新疆油田所用高溫蒸汽環境，由于管壁腐蝕減薄作用和管體缺陷的影響程度可通過安全可靠性評價加以確定。2.通過剩余強度評價和剩余壽命預測，為稠油采出水回用鍋爐的檢測、維修周期制定提供科學決策依據，對確保了注汽設備的安全運行具有指導意義。3.通過離子調整技術減少回用水中有害離子的數量可以降低回用水的腐蝕性和結垢傾向。4.需要繼續加強對水質的處理和鍋爐運行狀況的監測，同時要強化停爐期間的管理。,匯報結束,敬請領導、專家指正！,