高含硫气田用电阻探针的适用性改造

李海凤

(中国石化中原油田普光分公司，四川达州 636156)

普光气田H2S含量15%～18%、CO2含量10%，属于典型高含硫气田，自2009年投产运行以来，腐蚀监测在气田腐蚀控制方面发挥了重要作用，气田的腐蚀监测手段主要分为在线监测和定期检测，其中在线监测的主要方式有：腐蚀挂片(CC)、电阻探针(ER)、线性极化电阻探针(LPR)、电指纹(FSM)[1-5]，这些监测装置分别对各工艺段、典型位置进行日常的腐蚀监测工作。

1 电阻探针(ER)运行情况

普光气田共装国外电阻探针180余点位，与腐蚀挂片匹配安装，具体监测位置分别为加热炉进、出口、计量分离器气相、液相、收球筒旁通以及外输管线、集输总站，见图1。自2009年正式投产以来，数据采集系统运行正常，但由于高含硫、高流速、单质硫堆积等因素的影响，电阻探针关键配件出现了各种问题，见图2，主要集中在本体断裂、密封损坏等。截至2015年，电阻探针有效运行率不足20%，部分电阻探针寿命最短为一周，最长约一年。通过运行总结出电阻探针主要易失效部位，并对失效频率进行了详细分析，见表1。

电阻探针运行率低直接后果导致无法全面掌握气田内的腐蚀情况，使腐蚀控制手段无法得到有效全面评价，如缓蚀剂的缓释效果等。同时失效导致的安全隐患不容忽视，电阻探针断裂会导致气井失控，出现全部站场同时关断风险，尤其是在焊缝2处断裂，使得护帽无法在线打开，只能停井处理，并需要将断裂部分通过拆其它流程的方式取出。

图1 集气站腐蚀挂片与电阻电阻探针分布示意

图2 电阻探针失效易出现部位

2 主要问题分析及改进方案

2.1 失效原因及分析

通过失效现象及参照相关资料，认为导致失效的主要原因有高压高速气流的影响、硫化氢及硫磺颗粒的影响、冰堵现象的影响等[6-7]。

2.1.1高压高速气流的影响

普光气田均为高产气井，天然气在管道内压力高、运行速度快，目前集输生产压力8.5 MPa，最高瞬时流速达15 m/s。电阻探针为悬臂结构，插入管道底部，在长期的单向扭力和气流波动导致的持续震动影响下，使电阻探针容易从薄弱处断裂，而焊缝一般为结构薄弱部位，因此电阻探针多从焊缝处断裂失效。

2.1.2硫化氢和硫磺颗粒的影响

电阻探针密封填料主要为有机物，耐硫化氢老化性能较差，在普光气田高含硫的工况下容易出现老化现象，表现为密封填料粉化或催化；另外天然气中含有大量硫磺颗粒对电阻探针表面进行持续冲击，加速了密封填料的老化，加快了电阻探针密封的失效速度，初期表现为电阻探针采集数据失真。

2.1.3冰堵现象的影响

普光气田根据下游用户和自身生产情况需求，关启井、调节单井气量是日常工作之一，而这些操作也是导致冰堵现象时常发生的主要因素。由于气田使用的是耐高压小平面电阻探针，其测试端与管道底部接近，在开井、加大气量时，最易在电阻探针底部形成固体化合物，导致两种现象发生：一是固体化合物会顶弯本体；二是超低温化合物，使测试端密封材料脆化，这两种现象，一是会加速电阻探针断裂；二是会使密封失效。

变电站监盘作为集控中心的主营业务之一，但是过分依赖设备使其有一定的局限性，特别是无人值班站，数据堵塞、装置死机等现象屡见不鲜，但自动化通信装置却无定检计划，只能依靠值班人员在日常巡视过程中，认真、仔细的核对信号与光字，有时遇到缺乏经验的值班员，这方面的工作就难以周全。这次进埔站的接地变、站用变问题就是个例子，假如不是巡视时发现，真要等其发生故障跳闸，有开关开入量上送至集控后台，值班员将无法第一时间掌握跳闸信息，延误事故处理，特别是接地变的事故处理，在此建议各集控中心将后台机信息与集控后台信息核对增加进日常巡视工作项目中，并能举一反三，切实保障设备的安全运行。

2.1.4高压气体渗透

正常生产时管道内气体压力均在5 MPa以上，高压条件下甲烷会延密封面渗透到侧面内部，尤其会储存在有机材料缺陷内，在正常生产条件下并无影响，但只要生产关井泄压(一种生产常态)，储存在测试密封内的甲烷气会快速膨胀，将端面损坏，从而导致电阻探针失效，主要表现为只要关井泄压，电阻探针信号采集器就会显示电阻探针故障，解剖后发现测试片信号线焊点断裂。

表1 电阻探针损坏情况统计

2.2 改进方案

针对普光气田用电阻探针的失效因素分析，主要是密封失效和断裂，提出了解决方案，并在相关专业制造厂家的帮助下，使其能够达到适应高含硫条件，并进行国产化尝试，对失效电阻探针进行了适用性改进。

2.2.1改进目标

a)电阻探针包括测试片在内的整体承压能力应超过40 MPa(达到设计要求)。

b)电阻探针壳体应抗气流冲击，耐弯折，不会因为气流高频次冲击导致的震动引起封胶脱落，导线脱焊等。

c)密封填料耐H2S腐蚀老化，不会在高浓度H2S环境下很快老化失效。

d)电阻探针使用寿命应达到预期目标，在12个月以上(设计寿命为2年)。

e)测试及信号线路与原结构匹配。

2.2.2改进方法的关键点(图3)

a)取消焊缝，电阻探针壳体采用锻造态不锈钢棒料整体制造。

b)加大壳体本体厚度，由目前的3 mm厚增加为根部6 mm厚。

c)断面封头改用金属封头，改变原有的高分子密封填料裸露在外的模式。

d)将航空插头调整进壳体内部，用壳体有效的保护航插接头，减少因现场错误的安装操作引起的航插脱焊。

图3 一体化电阻探针本体结构

3 应用及效果

3.1 现场实施

自2015年确定对电阻探针进行适用性改进开始，通过工厂试制造和现场使用相结合，对电阻探针进行了持续的改进，迄今一共进行了6个批次的制作和现场使用，见表2。对发生失效的现象进行了统计，见表3。从最近一批电阻探针更换后，系统运行率进行了统计，目前为82%(仍有部分国外进口电阻探针在运行)，最长电阻探针寿命大于12个月。对运行数据进行了对比(见图4)，与腐蚀试片数据基本一致。

表2 国产化电阻探针试用时间及数量

3.2 电阻探针应用效果

通过近3年的工作，高含硫普光气田电阻探针(ER)适用性得到了有效解决，主要表现在以下几个方面。

表3 国产化电阻探针失效现象统计

图4 电阻探针与腐蚀试片数据对比

a)电阻探针本体断裂、密封失效现象发生次数为零。

b)电阻探针平均寿命提高到6个月以上。

c)电阻探针信号匹配性和数据采信性与原电阻探针匹配。

4 结语

电阻探针在普光高含硫气田腐蚀监测系统应用中出现的问题，通过现场跟踪分析以及适用性改进方案得到了有效的解决，对普光气田现场的腐蚀监测工作具有实际意义，对今后类似高含硫气田开发电阻探针应用提供了有效参考。同时，电阻探针仍存在一些问题，改进工作需要持续进行。

5 参考文献

[1] 苏国丰,刘二喜,朱明喜.普光气田集输系统设备和管道腐蚀原因分析与防护[J].石油化工设备技术,2014,15(1):45-48.

[2] 龚金海,刘德绪,王晓霖.普光气田集输系统的腐蚀控制技术[J].腐蚀与防护,2012,33(4):317-319.

[3] 邢展,李煌,郭长瑞,等.石化行业常用腐蚀监测技术综述[J].全面腐蚀控制,2017,31(3):43-50.

[4] 韩磊,张艳玲,刘小辉,等.电化学噪声技术在炼油厂腐蚀监测中的应用[J].安全、健康和环境,2015,15(05):50-53.

[5] 王庆银.高含硫气田监护力量配备及监护措施[J].安全、健康和环境,2014,14(08):37-39.

[6] 吴晓虹,闵靖.扩展电阻探针在器件开发和失效分析中的应用[J].上海计量测试,1999,10(6):45-46.

[7] 张艳,李海燕,吴莱萍.液体硫磺中硫化氢含量测定方法及影响因素探讨[J].齐鲁石油化工,2014,33(3):193-195.