ĐÁNH GIÁ ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG DẪN KHÍ BẠCH HỔ – DINH CỐ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG ĂN MÒN

Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2019, trang 62 - 66 ISSN-0866-854X ĐÁNH GIÁ ĂN MỊN ĐƯỜNG ỐNG DẪN KHÍ BẠCH HỔ - DINH CỐ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG ĂN MỊN Phan Cơng Thành, Trương Quang Trường, Trần Mai Khơi Tổng cơng ty Dung dịch khoan Hóa phẩm Dầu khí - CTCP Email: truongtq@pvdmc.com.vn Tóm tắt Đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Dinh Cố (16”, dài 116,5km) đưa vào vận hành từ năm 1995 để vận chuyển khí đồng hành từ giàn nén khí trung tâm (CCP) mỏ Bạch Hổ đến Nhà máy xử lý khí Dinh Cố Khi sản lượng khí mỏ Bạch Hổ suy giảm, Liên doanh Việt - Nga “Vietsovpetro” Tổng cơng ty Khí Việt Nam - CTCP (PV GAS) xem xét khả sử dụng đường ống dẫn khí để vận chuyển khí từ mỏ Đại Hùng, Thiên Ưng, Cá Chó - Gấu Chúa Đại Nguyệt bể Nam Cơn Sơn bờ Do đó, tuổi thọ đường ống dẫn khí Bạch Hổ Dinh Cố cần đảm bảo đến năm 2025 để đáp ứng yêu cầu tiếp nhận vận chuyển nguồn khí Bài báo đánh giá trạng ăn mòn hệ thống đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Dinh Cố sở thông số thiết kế, vận hành, kết cập nhật sau khảo sát, bảo dưỡng sửa chữa, đánh giá ảnh hưởng đến an toàn vận hành hệ thống đường ống tiếp nhận khí từ mỏ Thiên Ưng, Đại Hùng với thành phần CO2 cao đề xuất giải pháp chống ăn mịn cụ thể Từ khóa: Đường ống dẫn khí, ăn mòn, CO2, Bạch Hổ - Dinh Cố Ngày báo duyệt đăng: 5/4/2019 Giới thiệu Các dạng ăn mịn phổ biến đường ống dẫn khí gồm: ăn mòn đều, ăn mòn cục (ăn mòn pitting, ăn mòn khe, ăn mòn mesa, ăn mòn vùng hàn), nứt tác động môi trường phá hủy dịng chảy [1, 2] Nhiều tác nhân hóa học khác đường ống ảnh hưởng đến trình ăn mịn bên hệ thống Sự phá hủy ăn mòn tác nhân thay đổi theo điều kiện vận hành môi trường vật lý Có tác nhân chính: CO2, H2S, O2, hoạt động trao đổi chất vi khuẩn Để tác nhân gây ăn mịn, bắt buộc phải có nước [1, 2] Các chế phá hủy: Cơ chế ăn mòn (ăn mòn Galvanic, ăn mòn chênh lệch nồng độ), chế nứt tác động môi trường (phá hủy hydro, nứt ăn mòn ứng suất, giòn kim loại lỏng), chế phá hủy dòng chảy (xói mịn, va chạm, ăn mịn xói mịn, tạo bọt khí) [3] Ngày nhận bài: 27/8/2018 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 27/8 - 19/9/2018 Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] bị/đường ống theo thiết kế Các biện pháp phòng ngừa cần áp dụng để kiểm soát mối nguy Hiện trạng ăn mịn đường ống dẫn khí PV GAS Vietsovpetro sở liệu vận hành đến thời điểm Trên sở thông số vận hành, có nước, chế ăn mịn chủ yếu đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Dinh Cố ăn mòn CO2 [4] Khả xảy chế ăn mòn đưa Bảng 1: - Có khả năng: Cơ chế chưa áp dụng biện pháp giảm thiểu ăn mịn có khả phá hủy tính tồn vẹn thiết 62 DẦU KHÍ - SỐ 4/2019 - Khơng có khả năng: Cơ chế dự báo khơng có ảnh hưởng đáng kể đến tính tồn vẹn thiết bị/đường ống theo thiết kế Không cần sử dụng biện pháp giảm thiểu ăn mịn Mỗi chế “Có khả năng” cần sử dụng biện pháp giảm thiểu ăn mòn Nguy xảy chế sau áp dụng biện pháp giảm thiểu ăn mòn chia thành mức độ: - Cao: Dù sử dụng biện pháp khả xảy cao, cần tăng cường kiểm tra, theo dõi, bảo Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] PETROVIETNAM dưỡng để kiểm sốt nguy cơ, phải thay đổi thiết kế/ vật liệu cần - Trung bình: Có thể kiểm sốt sử dụng phương pháp công nghiệp công bố; kiểm tra, theo dõi, bảo dưỡng mức độ thông thường - Thấp: Chỉ cần kiểm tra, theo dõi bảo dưỡng mức độ tối thiểu Dựa đánh giá chế phá hủy nguy đường ống dẫn khí, kết luận chế ăn Theo tiêu chuẩn Canada, khí có nhiệt độ điểm sương nhiệt độ vận hành coi tính ăn mịn Khí chứa H2S CO2 có nhiệt độ điểm sương nhiệt độ vận hành khử nước sử dụng chất ức chế, coi khơng có tính ăn mịn [9] Nhiệt độ điểm sương khí đường ống trì mức 5oC áp suất vận hành, thấp nhiều so với nhiệt độ vận hành (khoảng 30oC) Các phần mềm mô thường thiết lập chế Số liệu giai đoạn 2010 - 2017 Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Dịch vụ Kỹ thuật (DMC RT) sử dụng kết thực tế, WebCorr DNV sử dụng kết dự báo từ phần mềm Hysis Ngồi ra, WebCorr khơng tính đến tham số hàm lượng acid acetic/ acetate hàm lượng bicarbonate, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ ăn mịn Trong đó, DNV có tính đến tham số liệu thiếu chắn (2 liệu lệch tương đối lớn) độ an toàn đưa kết tốc độ ăn mịn dự đốn Thực nghiệm phương pháp đo điện hóa nhiều trường hợp mức độ ăn mòn cao thực tế phương pháp tổn hao khối lượng, tốc độ ăn mòn hàm nhiều Một số phần mềm lại giả sử đường ống có bảo lượng CO2 khí tăng lên khoảng 3% mol điều kiện mịn CO2 Đánh giá tốc độ ăn mòn đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Dinh Cố phương pháp mơ thực nghiệm lý thuyết vệ từ lớp dầu sản phẩm ăn mòn đưa mức độ ăn mòn thấp so với thực tế [5 - 8] Bảng Tóm tắt chế phá hủy nguy xảy Cơ ch Nguy Ăn mòn oxy Ăn mòn vi khu n Giòn th y ngân l ng Ăn mịn xói mịn H 2S (do MIC) H2S (nư c chua) Cn Clo hòa tan Ăn mòn CO Ăn mòn vùng hàn Giòn nhi t đ th p Ăn mòn dư i l p c n Acid h u Ăn mòn đ nh ng Khơng có kh Khơng có kh Khơng có kh Khơng có kh Khơng có kh Có kh Khơng có kh Khơng có kh Có kh Có kh Khơng có kh Có kh Có kh Có kh Nguy sau áp d ng bi n pháp gi m thi u ăn mịn Khơng có kh Khơng có kh Khơng có kh Khơng có kh Khơng có kh Th p Khơng có kh Khơng có kh Trung bình Th p Khơng có kh Th p Khơng có kh Th p Bảng So sánh tốc độ ăn mòn từ phần mềm với số liệu coupon/đầu dò Đơn v th c hi n Ph n m m ECE 5.4 DMC-RT M-506 ECE DNV Predict 6.1 ECE 5.1 Predict 6.1 WebCorr M-506 DWM Probe Coupon 2010 - NA 0,002 2011 NA 0,0015 2012 0,00035 0,0025 T c đ ăn mòn (mm/năm) 2013 2014 2015 0,01 0,01 0,19 0,31 0,3 0,46 0,045 0,3 0,66 0,42 0,42 0,00155 0,00195 0,0003 0,00231 0,00068 0,00035 2016 0,04 0,57 0,58 0,0005 0,41 0,81 0,62 0,53 0,0001 0,00055 2017 0,08 0,69 0,8 0,0005 0,62 1,1 0,99 0,72 0,00025 0,00013 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] DẦU KHÍ - SỐ 4/2019 63 Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ mơ khắc nghiệt thực tế (dung dịch NaCl 0,1%, 1.000ppm acid acetic) mức 0,86mm/năm (phương pháp điện hóa) mức 0,66mm/năm (phương pháp tổn hao khối lượng) Nếu sử dụng chất ức chế có hiệu bảo vệ 90% đảm bảo yếu tố độ tương thích độ bền, tốc độ ăn mòn giảm mức 0,086mm/năm 0,066mm/năm tương ứng, chiều dày ăn mòn dự trữ cần 0,59mm đến 0,77mm Theo tiêu chuẩn NACE, khơng có nước, CO2 chất khơng ăn mịn [1] Trên thực tế, hàm lượng nước đường ống Bạch Hổ - Dinh Cố thấp, tốc độ ăn mòn chậm, điều phản ánh qua kết khảo sát đầu dị coupon Đánh giá hiệu hóa phẩm chống ăn mòn sử dụng đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Dinh Cố đề xuất giải pháp chống ăn mịn hiệu Nhóm tác giả sử dụng phương pháp đặt mẫu coupon (Wheel test) phương pháp đo điện trở phân cực điều kiện sục khí (LPR bubble test) [3, 10 - 12] Các hóa phẩm chống ăn mịn đánh giá gồm mẫu hóa phẩm sử dụng (chất ức chế A) mẫu hóa phẩm thương mại khác (chất ức chế B C) - Chất ức chế A: BAKER PETROLITE CR080143 Tuy nhiên, theo ghi nhận thông tin từ PV GAS, - Chất ức chế B: CORRTREAT 5745 q trình vận hành, đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Dinh Cố - Chất ức chế C: HB CI 8102 gặp phải vấn đề liên quan đến ăn mịn số vị trí phải sửa chữa Để kiểm soát vấn đề này, cần nghiên cứu khảo sát điều kiện địa hình tuyến ống biển, từ tính tốn góc tới hạn độ nghiêng cho đoạn ống, tính tốn vị trí có nguy đọng nước đưa biện pháp xử lý phù hợp Phóng thoi định kỳ biện pháp để kiểm soát bất thường [1, 5] Kết đo điện hóa nồng độ khảo sát so sánh khả bảo vệ chất ức chế nồng độ cho thấy: ++ Đối với chất ức chế A: Đạt hiệu bảo vệ 90% từ nồng độ 100ppm ++ Đối với chất ức chế B: Đạt hiệu bảo vệ 90% từ nồng độ 150ppm 100 80 60 40 20 10ppm 30ppm 50ppm 100ppm 150ppm N ng đ (ppm) Ch t c ch A Ch t c ch B Ch t c ch C Hình So sánh hiệu bảo vệ chất ức chế Bảng So sánh hiệu bảo vệ N ng đ 10ppm 30ppm 50ppm 100ppm 150ppm Ch t c ch A 83,98 85,10 87,45 90,12 90,32 Hi u qu b o v (%) Ch t c ch B 80,58 81,89 84,55 88,69 90,04 Ch t c ch C 89,96 90,92 91,17 91,73 91,82 Hỗ trợ ơn tập 64 DẦU KHÍ - SỐ 4/2019 [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] PETROVIETNAM ++ Đối với chất ức chế C: Đạt hiệu bảo vệ 90% từ nồng độ 30ppm đạt hiệu tối ưu nồng độ từ 100ppm Trong chất ức chế A, B, C chất ức chế C cho hiệu bảo vệ cao đạt 90% hầu hết nồng độ khảo sát - Tách nước (kiểm soát điểm sương) kết hợp sử dụng chất ức chế ăn mòn phù hợp biện pháp chủ yếu sử dụng giới [1] ++ Ngay điều kiện áp suất riêng phần CO2 cao (7 - bar), nhiệt độ cao (93 - 130oC) tốc độ dòng lớn (25m/s), chất ức chế ăn mòn đạt hiệu bảo vệ cao [10] ++ Ở nhiệt độ lên tới 150oC, áp suất CO2 lên tới 10 bar, áp suất H2S lên tới 10 bar, tốc độ dòng 20m/s, đường ống thép carbon hoạt động tốt việc sử dụng chất ức chế ăn mòn [5] Kết luận Kết đánh giá chế phá hủy nguy đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Dinh Cố cho thấy chế ăn mịn CO2 Với hàm lượng CO2 trì mức thấp (dưới 1% mol), ăn mòn CO2 khống chế việc bơm chất ức chế ăn mòn Trong thực tế vận hành, vị trí ăn mịn xuất bất thường đường ống, cần thường xun theo dõi ăn mịn việc phóng thoi định kỳ sử dụng phần mềm mơ phỏng, xác định vị có nguy ăn mịn cao Kết mơ phần mềm mô với kết thực tế từ coupon, đầu dò, phần mềm Predict 6.1 cho kết phù hợp - Tách CO2 kết hợp sử dụng chất ức chế ăn mòn Kết thử nghiệm phương pháp điện hóa thử nghiệm phương pháp tổn hao khối lượng tương đối phù hợp so với kết tốc độ ăn mòn từ coupon, đầu dò phần mềm Predict 6.1 phù hợp giải pháp Tuy nhiên, chi phí cho việc Trên sở đó, nhóm tác giả đề xuất số giải pháp lắp đặt hệ thống tách CO2 cao, cần cân nhắc yếu tố chống ăn mòn: tách nước kết hợp sử dụng chất ức chế ăn kinh tế định sử dụng giải pháp [13] mòn phù hợp; tách CO2 kết hợp sử dụng chất ức chế ăn - Giải pháp khác: Điều chỉnh pH (The pH stabilisation technique): tăng pH tăng hình thành sản phẩm ăn mòn phù hợp; sử dụng phần mềm Predict 6.1 Tài liệu tham khảo mịn có tính bảo vệ bề mặt kim loại (FeCO3) [13, 14] Đề xuất yêu cầu đặc tính kỹ thuật khí giao vào NACE International Control of internal corrosion in đường ống Bạch Hổ - Dinh Cố nhằm đảm bảo an toàn vận steel pipelines & piping systems NACE SP0106-2018-SG hành: Hạn chế tối thiểu hàm lượng khí ăn mòn NACE International Internal corrosion for pipelines thành phần khí giao vào đường ống Bạch Hổ - Dinh Cố Theo kết thực nghiệm phương pháp phịng thí nghiệm, tốc độ ăn mịn hàm lượng CO2 tăng lên khoảng 3% mol điều kiện mô phịng thí nghiệm đạt mức 0,86mm/năm (phương pháp điện hóa) mức 0,66 mm/năm (phương pháp tổn hao khối lượng) Nếu sử dụng chất ức chế có hiệu bảo vệ 90% đảm bảo yếu tố độ tương thích độ bền, tốc độ ăn mòn giảm mức 0,086 mm/năm 0,066 mm/năm tương ứng, chiều dày ăn mòn dự trữ cần 0,59 - 0,77mm Theo thiết kế, chiều dày ăn mòn dự trữ 1mm, năm trước đó, tốc độ ăn mịn khơng đáng kể, theo lý thuyết thành phần khí giao hồn tồn đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn Tuy nhiên, để kiểm chứng mơ hình mơ phỏng, thử nghiệm trường (field test) yêu - Advanced www.nace.org S.Papavinasam, R.W.Revie, M.Attard, A.Demoz, K.Michaelian Comparison of laboratory methodologies to evaluate corrosion inhibitors for oil and gas pipelines Corrosion 2003; 59(10): p.897 - 912 Internal corrosion study for PL-16A gas pipeline, DNV GL Report No.: 2014/474/008, Rev Sergio D.Kapusta, Bernardus F.M.Pots, R.A.Connell Corrosion management of wet gas pipelines Corrosion 25-30 April, 1999 Rolf Nyborg CO2 corrosion models for oil and gas production systems Corrosion 14 - 18 March, 2010 Seyed Mohammad Kazem Hosseini Avoiding cầu bắt buộc trước áp dụng thực tế thử nghiệm common pitfalls in CO2 corrosion rate assessment for trường mô đầy đủ yếu tố upstream hydrocarbon industries The 16th Nordic Corrosion Congress, Stavanger Norway 20 - 22 May, 2015 thực tế Vishal V.Lagad, Sridhar Srinivasan, Rusell D.Kane Facilitating internal corrosion direct assessment using DẦU KHÍ - SỐ 4/2019 65 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ advanced flow and corrosion prediction models Corrosion preparing, cleaning, and evaluating corrosion test specimens 16 - 20 March, 2008 ASTM G1 Standards Council of Canadian Oil & gas pipeline systems CAN/CSA-Z662-11 13 Sridhar Srinivasan, Vishal Lagad ICDA: A quantitative framework to prevent corrosion failures and 10 Michael Swidzinski, Bob Fu, Audrey Taggart, W.Paul Jepson Corrosion inhibitor of wet gas pipelines protect pipelines Corrosion 12 - 16 March, 2006 under high gas and liquid velocities Corrosion 2000 11 S.Papavinasam Evaluation and selection of corrosion inhibitors Materials Technology Laboratory, Ottawa, Canada 12 ASTM International Standard practice for 14 NACE International Internal corrosion direct assessment methodology for pipelines carrying normally dry natural gas (DG-ICDA) 2016 15 WebCorr Prediction of corrosion growth rate for 16" Bach Ho - Dinh Co pipeline from 2015 to 2025 CSM-15606 CORROSION ASSESSMENT OF BACH HO - DINH CO GAS TRANSMISSION PIPELINE AND SOLUTIONS FOR CORROSION CONTROL Phan Cong Thanh, Truong Quang Truong, Tran Mai Khoi Petrovietnam Drilling Mud Corporation (DMC) Email: truongtq@pvdmc.com.vn Summary Bach Ho - Dinh Co gas transmission pipeline (16” and 116.5km long) was put into operation in 1995 to transport associated gas from the Central Compression Platform (CPP) in Bach Ho field to Dinh Co Gas Processing Plant As gas output from Bach Ho field decreases, Vietsovpetro and Petrovietnam Gas Joint Stock Corporation (PVGAS) have considered the possibility of using this pipeline to transport gas from Dai Hung, Thien Ung, Ca Cho, Gau Chua and Dai Nguyet fields in the Nam Con Son basin to shore The service life of Bach Ho-Dinh Co gas transmission pipeline therefore needs to be guaranteed until 2025 to meet the requirements for receiving and transporting new gas sources This article assesses the corrosive status of Bach Ho - Dinh Co gas pipeline system based on the design and operation parameters, updated results after survey, maintenance and repair It also assesses the operational safety of the pipeline sys tem when receiving gas with higher CO2 content from Thien Ung and Dai Hung fields and proposes anti-corrosion solutions Key words: Gas pipeline, corrosion, CO2, Bach Ho - Dinh Co 66 DẦU KHÍ - SỐ 4/2019