一種綠色、高效緩蝕劑

　　

       文/杜磊,上宮昌淮·中國石油天然氣集團
 

　　酸性或高酸性油氣田集輸管線的腐蝕與防護近年來受到了高度的重視。其緩蝕劑的使用也向著綠色環保和多功能方向發展。

　　全球經濟的快速發展,導致石油天然氣的需求不斷增長,大批酸性油氣田得到開發。在酸性天然氣田開發和生產過程中,各類油氣田設備和集輸管道的腐蝕非常嚴重,特別是油氣井套管、鉆采設備、井下工具以及地面集輸系統,經常面臨高含硫化氫、二氧化碳、單質硫以及高含氯離子等惡劣的工況條件。
 

　　近年來新開發的大型油氣田,如新疆塔里木、川東北、吉林、普光等油氣田,包括與國外合作的大型石油天然氣項目(如蘇丹、哈薩克斯坦、土庫曼斯坦、緬甸和印度尼西亞等國),多為酸性或高酸性油氣田,其集輸管線的腐蝕與防護受到高度的重視。
 

項目背景
 

　　為了控制集輸管線腐蝕,目前常用的方法包括碳鋼管道加注緩蝕劑、采用耐蝕合金管材(包括復合管)、管道內表面使用防腐涂層和非金屬襯管等。緩蝕劑防腐集輸作為—項經濟、有效、操作簡單的防腐手段在石油和天然氣工業中得到了廣泛運用,但是隨著含C0₂、H₂S等高酸性天然氣田的開發,傳統的緩蝕劑已經無法滿足集輸管線的防腐要求。
 

　　酸性天然氣集輸管道緩蝕劑研究開發的重心主要是有機型緩蝕劑。這是因為無機型緩蝕劑大多有毒且可降解性能差,并且緩蝕劑的緩蝕效率會隨著緩蝕劑加入量的變化而呈現性能不穩定的現象。


　　目前,在有機型緩蝕劑中,咪唑啉類緩蝕劑應用最為廣泛,而且咪唑啉和其他緩蝕劑組份以及表面活性劑復配使用可以得到更加理想的效果。還可把咪唑啉進行酰胺化或季銨化成鹽,不僅可以改變緩蝕劑的緩蝕效率,還可以改變緩蝕劑的溶解性能,使其可適用于更多的環境。此外,酰胺類緩蝕劑和季銨鹽類緩蝕劑的開發和使用也很普遍。
 

　　隨著工業的發展和科學技術的進步,緩蝕劑技術也在不斷發展和進步。隨著國內外環保安全要求的不斷提高,防腐工作者對天然氣集輸管道的緩蝕劑提出了兩個方面的要求:
 

　　(1)要求提供對生態環境不構成破壞的新型緩蝕劑有效成分。
 

　　(2)開發多功能緩蝕劑新品種。
 

　　因此—些傳統的緩蝕劑,如曼尼希堿酸化緩蝕劑,鉻鹽緩蝕劑、磷類緩蝕劑等,由于具有較高的毒性或對人體具有不良的影響,己逐漸退出了市場。
 

　　進入21世紀,研發綠色環保、高效的緩蝕劑已成為世界各國的共識,緩蝕劑的研究重點主要集中于對環境友好型的高效緩蝕劑。因此,綠色環保、高效、適用于高含C0₂、H₂S等高酸性天然氣田防腐的緩蝕劑研發成為未來發展的主流趨勢。
 

存在問題
 

　　國內從事天然氣集輸內壁防腐專用緩蝕劑開發生產的單位眾多,其產品性能參差不齊,使用過程中性能不穩定,差異較大,針對高酸性天然氣集輸系統的應用還存在較大的局限性,實用效果不佳,并且國內廠家多半缺乏售后服務和技術支持能力。而國外同類型的緩蝕劑,成本高昂,訂貨耗時長,對設備和工藝的要求較高,其性價比與國產緩蝕劑相比缺乏優勢。
 

　　此外,國內外對緩蝕劑仍多以靜態或準靜態(低速攪拌)條件下的試驗和理論為基礎進行開發,對于高酸性天然氣集輸系統中普遍存在高流速、多相流的復雜工況條件還缺乏相關的理論和基礎研究,還存在較大的空白點。
 

　　目前國內外開發有機型緩蝕劑大多具有毒性和可降解性低,并且緩蝕效率會隨著緩蝕劑加入量的變化而呈現性能不穩定的現象。對于集輸管道內壁防腐有機緩蝕劑的配方中,往往也出于性能的需要,添加了—些毒性較大或可產生有毒產物的可揮發性成分,例如:甲醇、二甲苯、丙炔醇等,在生產運輸和操作過程中一旦發生泄露,就會對人員身體健康和環境產生有害的影響。因而,隨著工業的發展和科學技術的進步,對生態環境不構成破壞的新型緩蝕劑有效成分和多功能的環境友好型緩蝕劑新品種成為了當前研發的重點和熱點。
 

技術開發
 

　　經過化工基礎原料的評估篩選,篩選出了適用于天然氣管道內壁防腐的緩蝕劑配方開發的化工原料,經過技術攻關以及室內研究,完成了不飽和脂肪酸和胺類的酰胺化反應,得到了轉化率高、性能優異的酸性天然氣集輸管道環保緩蝕劑核心原料的緩蝕劑合成工藝,確定了系列緩蝕劑的配方體系并考察了其實用條件,形成了相對成熟的酸性天然氣集輸管道環保緩蝕劑配方體系和配方工藝。
 

　　此外,在緩蝕劑具有良好的溶劑相溶和分散性基礎上,以油溶水分散緩蝕劑為依據,通過不同的溶劑組合配方調整,開發出了預膜用的油溶型,以適用于管道的批處理預膜,從而形成了一套完整的產品系列。在酸性氣田集輸現場進行了現場試驗,其結果表明,在含H₂S、C0₂的酸性環境中,本緩蝕劑在高流速、多相性天然氣輸送管道中仍具有很好的穩定性和持效性,在不同條件下應用的現場實測緩蝕率均大于90%。
 

　　采用不飽和脂肪酸和胺類合成核心原料,合成開發出了具有自主知識產權的緩蝕劑核心原料,開發的酸性天然氣集輸管道環保型緩蝕劑CPI-5(見圖1)經過復配優化,在模擬高酸性條件下(PH₂S=PC0₂=3.2MPa,T=80℃ ,t=72h,加注量1000mg/L,介質溶液為5%(m/V)Nacl溶液),其對碳鋼的可控緩蝕速率達到0.03mm/a,防腐性能較高。
 

　　CPI-5緩蝕劑產品在中石油西南分公司川西北氣礦雷三區Z8I現場進行了加注測試,腐蝕監測掛片的腐蝕速率控制在0.0199mm/a,且未出現點蝕,達到GB/T23258— 2009《鋼質管道內腐蝕控制規范》最高級別。
 

　　圖1酸性天然氣集輸管道環保型緩蝕劑

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