天然气长输管道内黑色粉末问题及抑制措施.pdf
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1、石油天然 气学报 ( 江汉石油学院学报 )2 0 1 3 年 4 月 第 3 5 卷 第 4 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y( J J P I )A p r 2 0 1 3 V o 1 3 5 N o 4 天然气长输管道 内黑色粉末问题及抑制措施 张鹏 ,韩钟 琴 ,朱琳 ( 中国 石油天然气管道科学研究院, 河北廊坊0 6 5 0 0 0 ) 摘要为 了全 面了解黑色粉 末问题在我 国天然气长输 管道 的存 在现状 ,对其成 因、分布 以及控 制措施进 行 深入 分析 ,选择 了国内有代表 性的数 条输 气干
2、线 管道为对 象,从相 关标准 规范 、管 线基本信 息、气 质 参 数、管输参数、清管历史等方面展开调查研 究,并实地 收集现场 清 管产 物黑色粉 末样 品进 行结构 和 成 分 的测试解 析,基本 掌握 了黑色粉末 问题在 我国存 在 的现状 、分 布规 律,并提 出 了有针 对性 的控制 措施 建议 ,可为现场 作业提供 参考。 关键 词天然气管道 ;黑色粉末 ;形 成机 理;抑制措施 中图分类号T E 9 8 8 2 文献标志码A 文章编号i 0 0 0 9 7 5 2( 2 0 1 3 )o 4 0 3 3 3 一o 4 2 0 0 7年 6月国家石油公司论坛 ( Na t i o
3、 n a l Oi l C o mp a n y F o r u m)在挪威斯塔万格召开了第一届技术 研讨会 ,沙特 Ar a mc o公司针对其早期建成的天然气管道清管时发现大量黑色粉末 ,黑粉的存在导致阀 门损坏、气质污染 以及输送能耗增加等问题提出了 “ 在役天然气管线中的黑色粉末”合作研究倡议 ,建 议开展黑色粉末形成机制预测与减缓措施、固体颗粒对在役天然气管线 的腐蚀 ,内涂层评价 ,输气管线 内黑色粉末和减缓措施,新型清管技术等方面的研究 。该研究计划得 到了巴西 P e t r o b r a s 、挪威 S t a t o i l 以及 中国 CN P C等多个 国家石油公司的
4、响应和积极参 与。作为该项研究计划 的具体参与者 ,中国石 油 天然气管道科学研究院 ( C h i n a P e t r o l e u m P i p e l i n e Re s e a r c h I n s t i t u t e )研究人员选择中国几条有代表性 的长输天然气管道进行黑色粉末 问题深入研究,通过资料调研 、实地考察和取样分析 ,明确了天然气长 输管道内黑色粉末形成的机理 ,并提 出了针对黑色粉末抑制的技术措施 。 黑色粉末成分分析 黑色粉末是钢材在输气管道 、气井和附属设施中发生化学和生物反应的产物 。该类小颗粒包括 :氧 化铁 、碳酸铁 、硫化铁、岩屑、钻井泥浆
5、、灰尘 、污垢 、矿砂、轧屑 、焊接渣和飞溅物、阀门用润滑 脂 、腐蚀抑制剂和其他杂物 。大部分黑色粉末是以固态存在 ,根据粒度分布和组成差异可呈现粉末状 、 块状等不同形式 ,另外还有一些油状黑色粉末 ,主要是因为夹杂油污或管道 内的有机物杂质l_ 1 。 为了明确 中国长输天然气管道内黑色粉末成分,项 目组对 4条管道进行了黑色粉末取样 ,并这对其 进行了 X R D物相鉴定和元素分析。根据黑色粉末样品的分析结果 ,将该 4条管线 内黑色粉末物相及主 要元素含量进行对 比,对比结果见表 1 、2 。由表 1可知 :1 和 2 管道气源均来 自新疆塔里木气 田,管 道 内黑 色粉 末 的 主
6、要 物 相含 量 基本 相 同 ,分 别 为 铁 系 氧化 物 、砂 石 及少 量 碳 酸 亚铁 化 合 物 ;3 管 道 内 黑色粉末主要为岩盐、砂石及少量 的铁系氧化物及碳 酸亚铁化合 物;4 管道 内黑色粉末主要为砂石、 碳酸亚铁化合物及少量的铁系氧化物 。 由表 2可知 :4条线内黑色粉末样品元素分析中 F e 元素均显示 出较高的相对含量 ,其原因为天然 气 中任何腐蚀性介质如水、C O 、S O 、H S等最终将导致 F e 元 素的丧失 ;由于 S元素含量较少且取 样时管线清出物未见 自燃现象 ,说明管线内 S O 、H S腐蚀的可能性较低 ,腐蚀主要来 自管线建设时期 滞 留管
7、内未及时彻底清除的水、泥土、砂石等。 收稿日期2 0 1 3 一 o 1 2 o 作者简介张鹏 ( 1 9 8 1 一 ) ,男,2 0 0 6 年大学毕业,硕士,工程师,现从事长输管道及储罐腐蚀与防护技术研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m3 3 4 油气 管道 工程 2 0 1 3 年 4 月 2 黑色粉末成 因 黑色粉末成分复杂,因不同的来源而由多种不 同无机物和有机物混合组成 ,所以其成因也具有多样 性特点。主要成因是 由于钢铁与天然气 中 H。 S 、C O 、H。 O、O 等微量成分以及微生物发生化学和生 物反应产生。铁的硫化物是由于天然气 中 H
8、 s的存在 ,虽然各国的天然气气质标准不尽相同,但是不 管 H S含量的限定有多严格 ,仍无法将其完全脱去 ,这样也就为铁 的硫化物的产生提供 了条件。而铁 的氧化物的存在是由于铁的硫化物的氧化和管材的氧化而产生 ,其他杂质可能 由于气体 的携带或管道建 设 时期残 留产 生 。 根据 文献 调研及 国内外对 输气 管道 内黑 色粉末 的研究情 况 ,黑 色粉末 可分 为再 生 和非再 生 2类 ,其 生成 过程 基本 明确 。 2 1再 生型 黑色 粉末 再生黑色粉末的主要成分是不同形式的硫化铁和氧化铁 ,是管线内腐蚀的结果 ,天然气管线 内既可 能有 H S 、S O。 等硫化物 ,又可能
9、存在微生物腐蚀源。 1 )天然气管线内 H。 S气体在液态水的作用下与管壁金属反应生成硫化铁 : H2 S +F e Fe S +H2 2 )当管线中有少量水( 3 9 )存在时反应加速 ,氧化条件充足时生成黄铁矿 : 2 H2 S+F e Fe S 2 +2 H2 3 )对于油 田集输管线而言,除 H s外 ,往往还存在其它形式的硫如硫醇类及硫酸盐等,它们在适 合 的条件下 均会 与管 线 中的铁 反应 生成硫 化 铁 。 4 )微生物所诱发的腐蚀 ,微生物腐蚀( MI C )导致硫 化铁的生成 ,主要是硫酸盐还原菌 ( S RB: s u l f a t e r e d u c i n g
10、 b a c t e r i a)或是其与造酸菌 ( AP B :a c i d p r o d u c i n g b a c t e r i a)协同作用导致 H2 S的生 成 ,进 而生成硫 化铁 : 2 H + S 0 i 一 + C H H。 S+ C O + H O H2 S + Fe F e S +H2 有些细菌,消耗硫酸盐而产生硫化氢。硫化氢可以反应生成一些金属硫化物 ,这暗示着铁的硫化物 不可能是细菌活动 的唯一产物 。研究表 明,四方硫铁矿、菱硫铁矿、硫复铁矿是 MI C活动 的指示物 。 但是有铁 的硫化物存在并不能说明一定有微生物的存在 ,因为管道 中的铁的硫化物和硫化
11、氢都可以从气 源中带入。造 酸 细菌 ( A P B )产 生挥 发性 脂 肪酸 ( VF A :v o l a t i l e f a t t y a c i d s) ,硫 酸 盐还 原 细 菌 ( S R B )除了消耗硫化氢外 ,还消耗 VF A生成二氧化碳和乙酸 ,作为其碳的来源。所以 S R B和 AP B常 一 一 9 8 1 O 一 4 一 蛆 一 O 6 7 7 8 一 O O O 7 2 0 一 u 1 1 8 船 卯 9 0 2 2 1 9 5 一 0 1 1 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m第 3 5卷第 4期 张鹏 等 :天然 气长输
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- 关 键 词:
- 天然气 管道 黑色 粉末 问题 抑制 措施
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