TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CA TỐT CHO TUYẾN ỐNG NỘI MỎ SƯ TỬ NÂU

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ TUYẾN ỐNG MỎ SƯ TỬ NÂU 2 1.1. Tổngquanvềcôngtrìnhđườngống 2 1.1.1. Trênthếgiới 2 1.1.2. TạiViệt Nam 5 1.2. GiớithiệuchungvềmỏSưTửNâu 7 1.2.1. HiệntrạngmỏSưTửNâu 7 1.2.2. Giớithiệuvềgiànkhaithác STNS 9 1.3. QuyhoạchmỏSưTửNâugiànkhaithác STNS 9 1.3.1. Nhữngcăncứđểquyhoạchmỏ 9 1.3.2. Nhữngyêucầuthiếtkế, quyhoạchhệthốngkhaithácmỏ 10 1.3.3. Nhữngyêucầucơbảnthiếtkế, xâydựng, khaitháchệthốngthugom 10 1.3.4. Sơđồquyhoạchmỏ 11 1.3.5. HệthốngđườngốngnộimỏSưTửNâu 13 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG 15 2.1. Đặtvấnđề 15 2.2. Cácdạngănmòn 15 2.2.1. Theo vịtrícủaquátrìnhănmòn 15 2.2.1.1. Môitrườngtrongống 15 2.2.1.2. Môitrườngngoàiống 15 2.2.2. Phânloạitheohìnhthái 16 2.3. Nguyênnhânănmòn 19 2.3.1. Ănmòn do môitrườngbêntrongống 19 2.3.2. Ănmòn do môitrườngngoàiống 19 2.3.3. Ănmòn Galvanic 19 2.3.4. Ănmònốngmớivàốngcũ 20 2.3.5. Ănmòn do visinhvật 20 2.4. Kiểmtraănmònvàbảodưỡngđườngống 20 2.4.1. Mụcđíchcủaviệckiểmtraănmònđườngống 20 2.4.2. Kiểmtrasựănmòntrênđườngống 21 2.4.3. Cácdụngcụkiểmtra 24 2.4.4. Xácđịnhđộdàyloạibỏđườngống do ănmòn 24 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG 26 3.1.Vaitròcủaviệcchốngănmònđườngống 26 3.2. Cácphươngphápkiểmtravàpháthiệnănmòn 26 3.2.2. Coupon 26 3.2.3. Khớpnốikiểmtravàtrụccuốn 27 3.2.4. Đobằngcácthiếtbịđiệntử 27 3.2.5. Phântíchhóahọc 28 3.2.6. Hoạtđộngcủavikhuẩn 29 3.2.7. Thiếtbịkiểmtrabềmặt 30 3.3. Cácphươngphápbảovẹchốngănmòn 30 3.3.1. Vậtliệuchốngănmòn 30 3.3.2. Lớpphủchốngănmòn 32 3.3.3. Sửdụngchấtứcchế 35 3.3.4. PhươngphápbảovệCathod 37 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHỐNG ĂN MÒN CHO TUYẾN ỐNG DẪN DẦU MỎ SƯ TỬ NÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ANODE HI SINH 39 4.1. Giớithiệuvềphươngpháp anode hysinh 39 4.2. Chọnvậtliệulàm anode 42 4.3. Cácbướctínhtoán 44 4.4. Sốliệuđầuvào 48 4.5. Tínhtoánsốlượng Anode bảovệ 49 4.5.1. Tínhtoánsốlượng Anode bảovệtuyếnốngdẫndầutừgiàn STNS tới STNN 49 4.5.2. Tínhtoánsốlượng Anode bảovệtuyếnốngdẫndầutừ STNS tới WHPB 52

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TUYẾN ỐNG MỎ SƯ TỬ NÂU

1.1 Tổng quan về công trình đường ống

1.1.1 Trên thế giới

Hầu hết mọi người liên tưởng từ "đường ống” với đường ống nước nóng vàlạnh mà họ nhìn thấy trong nhà của họ Ngoài ra, hầu hết chúng ta sẽ nhìn thấy cácđường ống nhựa đặt dưới đường phố và đường giao thông để phân phối khí đốt tựnhiên tại địa phương Nhưng nhiều người không biết có hàng trăm hàng ngàn cây sốnhững đường ống rất lớn dẫn qua các quốc gia và đại dương để cung cấp, vận chuyểnmột lượng lớn dầu thô và các sản phẩm dầu, khí Nhất là dưới lòng đất hoặc dưới biển:ngút tầm mắt và thực sự khó để có thể hình dung được !

Dầu thô thường được vận chuyển giữa các châu lục bằng những con tàu chở dầulớn, nhưng dầu và khí tự nhiên được vận chuyển (truyền dẫn) khắp các lục địa bằngđường ống Các đường ống này có đường kính rất lớn (hệ thống đường ống của Nga cóđường kính lên đến1422mm), và có thể dài hơn 1000km

Hình 1.1 Xây dựng đường ống dẫn dầu, khí.

Đường ống dẫn dầu là động mạch chính của các doanh nghiệp dầu khí, làm việc

24 giờ mỗi ngày, bảy ngày một tuần, liên tục cung cấp cho nhu cầu năng lượng củachúng ta Chúng đóng vai trò cực kỳ quan trọng cho nền kinh tế của hầu hết các quốcgia Đường ống dẫn có lịch sử lâu dài: đường ống dẫn đã được sử dụng để vận chuyểnchất lỏng và chất khí từ hàng ngàn năm trước: người Trung Quốc đã sử dụng ống tre để

truyền tải khí đốt tự nhiên để thắp sáng thủ đô Bắc Kinh của họ từ những năm 400TCN.

Dầu và khí đốt được vận chuyển trong các đường ống truyền dẫn lớn tới các nhàmáy lọc dầu, nhà máy điện, vv, và được chuyển hóa thành các dạng năng lượng nhưxăng dầu cho xe ô tô, và điện cho nhà cửa Dầu và khí đốt cung cấp năng lượng chohầu hết thế giới Các loại nhiên liệu cung cấp năng lượng cho thế giới với những dạngnăng lượng đơn giản như:

Dầu = 34% Than = 24% Khí đốt = 21%

1 0%

Hình 1.2: Tỉ lệ cung cấp năng lượng của các dạng năng lượng.

Chúng ta gọi dầu khai thác từ mặt đất là “dầu thô “ vì nó không được xử lý ('tinh chế') thành các sản phẩm như xăng hoặc dầu lửa mà chúng ta có thể sử dụng Khí'tự nhiên' là chủ yếu là khí metan, thu được theo ' một cách tự nhiên' từ các hồ chứangầm, trái ngược với khí thu được từ việc đốt than Khí từ sản xuất khí là khí chính

mà chúng ta sử dụng để chiếu sáng và sưởi ấm vào giữa thế kỷ 20 Đến nửa sau của thế

kỷ này, khí đốt tự nhiên được xem như là một nguồn năng lượng chính

1 0%

Hình 1.3: Tỉ lệ sử dụng các loại khí và năng lượng khác

Nếu không có đường ống dẫn chúng ta sẽ không thể đáp ứng được nhu cầu rấtlớn về dầu và nhu cầu khí đốt cho cả hành tinh Các đường ống này cũng là hình thứcvận chuyển an toàn các dạng năng lượng:

Đường ống dẫn an toàn hơn 40 lần hơn so với các xe bồn đường sắt, và an toànhơn 100 lần so với các xe bồn đường bộ khi vận chuyển năng lượng; đường ống dẫndầu làm tràn khoảng 1 gallon (3,785 lít) cho mỗi triệu thùng-dặm, theo Hiệp hội Mỹđường ống dẫn dầu của Mĩ Một thùng, vận chuyển một dặm (1609m), tương đươngvới một thùng-dặm, và có 42 gallon (159 lít) trong một thùng Trong quy mô hộ giađình,điều này tương đương với việc là ít hơn một thìa cà phê dầu tràn mỗi một ngànthùng

Chịu sức ép lớn, đường ống công suất lớn mang nhiều sản phẩm nguy hiểm, và

do đó, chúng được thiết kế, xây dựng và hoạt động dựa trên các tiêu chuẩn đã đượccông nhận rằng tất cả đều phải tập trung vào sự an toàn Ngoài ra, những đường ốngnày phải đáp ứng các quy định về an toàn trong hầu hết các quốc gia Những tiêu chuẩnnày và quy định này là để đảm bảo an toàn và bảo vệ các đường ống dẫn

1.1.2 Tại Việt Nam

Sự hình thành và phát triển của ngành khí Việt Nam bắt đầu từ những năm 70của thế kỷ trước Sau ngày đất nước thống nhất, tháng 7/1976, tại vùng trũng sôngHồng, với sự hợp tác của các chuyên gia và kỹ thuật Liên Xô, giếng khoan số 61, sâu2.400m đã phát hiện khí thiên nhiên ở Tiền Hải, Thái Bình

Thềm lục địa và vùng đặc quyền kinh tế của Việt Nam có diện tích hàng trămngàn km2 Nhiều bể trầm tích kỷ Đệ Tam như Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, NamCôn Sơn, vùng biển Tây-Nam, các quần đảo Trường Sa và Hoàng Sa đã được nghiêncứu

Hình 1.4: Các bồn trũng chứa dầu khí ở Việt Nam

Năm năm sau, năm 1981, dòng khí công nghiệp đầu tiên của đất nước đã đượckhai thác để phát điện và làm nhiên liệu khai sinh Khu Công nghiệp Tiền Hải, TháiBình Tuy nhiên, sản lượng khí thiên nhiên Tiền Hải khi đó hết sức khiêm tốn, chỉkhoảng 22-24 triệu m3/năm và được sử dụng chủ yếu cho công nghiệp địa phương tỉnhThái Bình để sản xuất gốm sứ, thủy tinh, vật liệu xây dựng (khoảng 8-9 triệu m3/năm)

và điện (khoảng 14-15 triệu m3/năm)

Do đó, mức độ ảnh hưởng của nguồn khí này tới sự phát triển của đất nước làrất hạn chế và phải đến rất lâu sau này, khi nguồn khí đồng hành được dẫn vào bờ thìngành công nghiệp Khí Việt Nam mới thật sự tăng tốc phát triển, đóng góp một phầnquan trọng vào cơ cấu kinh tế năng lượng của quốc gia

Cùng với việc ký kết Hiệp định Hợp tác về Thăm dò và Khai thác Dầu khí giữaViệt Nam và Liên Xô tháng 6/1981 đã được ký kết, Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Việt – Xô đã được hình thành với mục đích tiến hành thăm dò, khai thác dầu khí ở một

số lô thềm lục địa phía nam Việt Nam Tiếp sau đó, một chương trình xây dựng cơ sởvật chất đồ sộ của ngành Dầu khí được triển khai tích cực cả trên biển và trên bờ tạiVũng Tàu Tuyến đường ống đầu tiên được lắp đặt bởi liên doanh dầu khí Vietsovpetrokhi xây dựng mỏ Bạch Hổ Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏ ViệtNam trực tiếp tham gia khai thác Mỏ nằm ở phía nam thềm lục địa Việt Nam nằmtrong lô 09-1 thuộc bể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120 km

Đứng trước tình hình này, một kế hoạch tổng thể về sử dụng khí đồng hànhBạch Hổ đã được Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam khẩn trương soạn thảo với sự tư vấncủa nhà thầu Canada SNC Lavalin, bao gồm hệ thống đường ống thu gom và vậnchuyển khí, giàn nén khí, nhà máy xử lý khí, kho chứa và cảng xuất sản phẩm lỏng, cáctrạm phân phối khí, với tổng vốn đầu tư khoảng 600 triệu USD

Trên cơ sở quy hoạch tổng thể về sử dụng dụng khí được Chính phủ phê duyệtnăm 1993, Dự án đưa nhanh khí vào bờ (Fast track) với các cấu hình tối thiểu đã đượcnhà thầu Huyndai nhanh chóng triển khai Ngày 26/4/1995, hệ thống đường ống dẫnkhí Bạch Hổ – Long Hải – Dinh Cố – Bà Rịa dài 124km, 16inch, công suất thiết kế 2 tỉ

m3 khí/năm được hoàn thành xây dựng, đưa vào vận hành đã đặt viên gạch đầu tiên chonền công nghiệp khí non trẻ của đất nước và cũng kể từ đây, ngành Dầu khí Việt Namchính thức bước sang một chương mới

1.2 Giới thiệu chung về mỏ Sư Tử Nâu

1.2.1 Hiện trạng mỏ Sư Tử Nâu.

Theo các nhà địa chất dầu khí, tại khu vực bồn trũng Cửu Long rộng 60.000km2nằm trên thềm lục địa phía Nam Việt Nam có trữ lượng dầu được dự báo lên tới 700 -

800 triệu m3 Hiện nay, ngoài 7 mỏ chính đang khai thác là Bạch Hổ, Rồng, HồngNgọc, Rạng Đông, Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Cá Ngừ Vàng còn có 16 dự án dầu khícùng với hàng loạt mỏ mới được phát hiện đã biến nơi đây trở thành khu vực thăm dò,khai thác trọng yếu của Tập Đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (PetroVietnam và cácđơn vị thành viên), trong đó có Công ty liên doanh Điều hành Cửu Long (gọi tắt là CửuLong JOC) Công ty liên doanh Điều hành Cửu Long (Cửu Long JOC) là đơn vị liêndoanh của Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí (PVEP) với các đối tác nướcngoài SK, KNOC (Hàn Quốc) và Perenco (Pháp)

Mỏ Sư Tử Nâu nằm cách Vũng Tàu khoảng 180km về hướng đông nam thuộc

lô 15-1 khu vực bồn trũng Cửu Long do Công ty liên doanh Điều hành Cửu Long trựctiếp đảm nhiệm mọi hoạt động thăm dò và khai thác Mặc dù mỏ Sư Tử Nâu được pháthiện từ năm 2005, nhưng thời gian đầu việc tìm kiếm và thăm dò còn nhiều hạn chế.Năm 2010, Cửu Long JOC đã phát hiện thấy dầu khí tại tập cát E, tầng Oligocene đã

mở ra triển vọng khai thác tại mỏ này Từ đó đến nay, mỏ Sư Tử Nâu cho phép khaithác dầu thương mại với sản lượng hàng chục nghìn thùng dầu/ngày

Hình 1.6 : Vị trí mỏ Mỏ Sư Tử Nâu.

Dự án phát triển Mỏ Sư Tử Nâu là dự án thứ 6 của Cửu Long JOC sau các dự

án Sư Tử Đen Tây Nam, Sư Tử Vàng, Sư Tử Đen Đông Bắc, Sư Tử Trắng, Sư TửVàng Đông Bắc

1.2.2 Giới thiệu về giàn khai thác STN-S

Hình 1.7 Giàn khai thác STN-S

-Giàn khai thác STN-S là giàn khai thác cố định Chức năng của giàn là khaithác và xử lí dầu khí

-Cấu tạo giàn gồm có phần móng cứng, khối chân đế và phần kết cấu thượng

tầng Khối chân đế là kết cấu thép không giàn làm từ thép ống, còn phần thượng tầng

có cấu trúc module được lắp trên sàn chịu lực

- Giàn STN-S cho dòng dầu đầu tiên (FO) vào ngày 14/09/2014, với lưu lượng5.300 thùng dầu/ngày Bên cạnh đó giàn STN-N cũng sẽ gấp rút hoàn thiện Nâng tổngmức lưu lượng khai thác của mỏ lên 34.000 thùng/ngày

1.3 Quy hoạch mỏ Sư Tử Nâu.

1.3.1 Những căn cứ để qui hoạch mỏ

Qui hoạch mỏ phụ thuộc trữ lượng mỏ và việc lựa chọn công nghệ khai thác, từ

đó tính toán số lượng công trình khai thác tối tư và sản lượng tối ưu (thùng dầu/ngày)

để đảm bảo công tác khai thác đạt hiệu quả cao nhất Căn cứ qui hoạch mỏ:

- Trữ lượng mỏ

- Hệ số thu hồi, phân bố sản lượng theo đời mỏ

- Nhu cầu thị trường

- Nhu cầu khai thác của chủ đầu tư

Căn cứ các nhu cầu khai thác, phân phối sản phẩm khác thác để xác định sốlượng dàn khoan (dàn công nghệ, dàn khoan khai thác…), bể chứa nổi (chứa dầutrước khi xuất), hệ thống đường ống (phân phối hoặc thu gon từ các dàn nhỏ…)

1.3.2 Những yêu cầu thiết kế, quy hoạch hệ thống khai thác mỏ

Khu khai thác dầu khí cần được xem như một tổ hợp công nghệ đồng nhất, đảmbảo thu nhận được sản phẩm có chất lượng đạt yêu cầu với chi phí cho khai thác, thugom xử lý và vận chuyển sản phẩm tối thiểu Hệ thống này bao gồm các quy trình côngnghệ:

-Thu gom, vận chuyển và đo các sản phẩm các giếng khai thác trên mỏ

-Tách sơ bộ các sản phẩm từ các giếng

-Xử lý dầu

-Xử lý nước thải và các loại khác cho hệ thống duy trì áp suất vỉa

-Tiếp nhận và đo lường dầu

-Xử lý khí

Các công trình công nghệ thu gom và vận chuyển sản phẩm của các giếng cầnphải:

-Đo được sản phẩm khai thác

-Phân bố các dòng dầu theo các tính chất lý hoá và theo công nghệ vận chuyển -Độ kín của hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí phải đảm bảo tránh thấtthoát và phải đảm bảo không bị ô nhiễm môi trường Sử dụng các hệ thống đường ốngchuyên dụng để tách pha các sản phẩm

-Tính toán khí theo hướng sử dụng

1.3.3 Những yêu cầu cơ bản thiết kế, xây dựng, khai thác hệ thống thu gom:

-Sơ đồ công nghệ cần phải chọn thích hợp với các điều kiện khí hậu, địa hìnhđịa chất vùng mỏ, đồng thời phải phù hợp với các tính chất lí hoá, lưu diễn của các sảnphẩm khai thác được

- Các thiết bị công nghệ: bơm, nén khí, đo, tách … phải có khả năng cải tiếnđược.

-Các hệ thống thu gom cần phải có khả năng xây dựng mới, cải tạo, sửa chữanhanh và kinh tế Có thể thay đổi các thông số trong quy trình công nghệ sao cho phùhợp với sự thay đổi trong quá trình khai thác

-Các hệ thống thu gom cần phải cho phép thực hiện đồng thời việc tách phakhí và pha lỏng

-Trong hệ thống thu gom cần phải xét đến khả năng quá tải của một số đườngống công nghệ Do đó để an toàn trong những giai đoạn khai thác khác nhau cần phảithiết kế các đường ống chính với hệ số n =1,5 theo công suất Đường ống của hệ thốngthu gom cần phải có những đoạn dự bị, những đường vòng khép kín để thay đổi dòng

đi theo những hướng khác nhau

1.3.4 Sơ đồ quy hoạch mỏ

Qui hoạch mỏ Sư Tử Nâu gồm các hạng mục sau:

- Hai giàn đỡ đầu giếng (Two Wells Head Platform): STN-S và STN-N

-Một giàn đỡ đầu giếng vận hành (A Well Head Platform (HSP)) : WHP-B(Existing)

-Hệ thống đường ống kết nối dưới biển

1.8 Sơ đồ tuyến mỏ Sư Tử Nâu

1.3 Hệ thống đường ống nội mỏ Sư Tử Nâu.

1.9 Sơ đồ tuyến ống mỏ Sư Tử Nâu

Ba (3) loại ống liên kết trên STN-N và STN-S:

-Đường ống nước ép vỉa 10-inch

-Đường ống Gas Lift 10-inch

Hai (2) loại ống liên kết trên WHP-B và STN-N:

- Đường ống gaslift 10-inch và ống nối 6-inch -Đường ống nước ép vỉa 10-inch và ống nối 6-inch

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG

2.1 Đặt vấn đề.

Vấn đề ăn mòn là một trong những nguyên nhân chính gây ra hư hỏng đườngống Trong khi đó, đường ống biển có vai trò đặc biệt quan trọng Hư hỏng về đườngống dẫn tới tổn thất to lớn về con người, kinh tế và đặc biệt là vấn đề môi trường Vìvậy công tác chống ăn mòn đường được quan tâm hơn cả trong giai đoạn thi công vàvận hành đường ống

2.2 Các dạng ăn mòn

2.2.1 Theo vị trí của quá trình ăn mòn:

Hiện tượng ăn mòn đường ống được chia làm 2 loại là ăn mòn bên trong và ănmòn bên ngoài

2.2.1.1 Môi trường trong ống

Môi trường bên trong ống phụ thuộc trực tiếp vào thành phần chất truyền dẫntrong ống có tính xâm thực cao hay thấp Vận tốc và nhiệt độ dòng truyền dẫn cũng cóảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ ăn mòn Các hợp chất lắng đọng tạo nên hiện tượng gỉsét trong ống tạo điều kiện cho sự phát triển quá trình ăn mòn cục bộ tại những khu vựcnày

Quá trình ăn mòn trong chia thành những loại sau:

- Ăn mòn ngọt: Gây ra bởi sự hiện diện của CO2 tan trong lưu chất hay còn gọi là

ăn mòn carbonic acid , chủ yếu là ăn mòn cục bộ và ăn mòn lỗ

- Ăn mòn chua: Do hydrogen sunfua, quá trình này có thể gây ra hỏng hóc rấtnhanh do làm nứt lớp thép của đường ống

- Nước trong đường ống: ăn mòn do oxygen và nước

- Ăn mòn do sinh vật: Do quá trình phát triển của sinh vật trong đường ống

2.2.1.2 Môi trường ngoài ống

Đường ống ngầm đặt trực tiếp trong môi trường nước biển nên tốc độ ăn mòn phụthuộc trực tiếp vào đặc điểm hoá học của nước biển và vị trí của tuyến ống:

- Độ mặn của nước biển

- Nhiệt độ của nước biển

- Điện trở riêng của nước biển.

- Độ sâu đáy biển mà tuyến ống đi qua

Ăn mòn ngoài ống chủ yếu là quá trình ăn mòn điện hoá

2.2.2 Phân loại theo hình thái

Ăn mòn thông thường:

Rất dễ gặp trong thực tế, loại này rất dễ đo đạc và khống chế

Ăn mòn cục bộ:

Dạng ăn mòn rất thông thường, nó là quá trình ăn mòn diễn ra do quá trình biếnđổi của môi trường Quá trình này rất dễ cho việc khống chế và ngăn chặn.Tuy nhiênkhó khăn cho việc xác định vị trí đo đạc

Dạng inter granular:

Rất ít gặp đối với thép carbon trừ khi có sự thông đồng nhất tại những vị trí cómối hàn Thép hợp kim rất nhạy cảm với loại ăn mòn này

Ăn mòn kết hợp với ứng suất gây nứt gãy:

Quá trình ăn mòn diễn ra có sự kết hợp của ứng suất xuất hiện và tình trạng đặcbiệt của môi trường Thép đường ống có thể bị nứt trong môi trường chua (H2S)

Nổi bọt :

Xuất hiện trong môi trường chua, do có cấu trúc kim loại không đồng nhất trongthép Chủ yếu xảy ra trong các bồn chứa Phản ứng ăn mòn giải phóng nguyên tử vàmột số có thể xâm nhập vào cấu trúc của thép, sau đó kết hợp tạo thành phân tử khí H2.Khí này không thể thoát ra nên tập trung lại tạo nên áp suất cao gây ra những bọt khíxuất hiện trên bề mặt

Ăn mòn mỏi :

Ít gặp đối với đường ống Bất cứ sự tạo thành ứng suất có tính chu kỳ nào cũnggây nguy hiểm Môi trường sunfua đặc biệt nguy hiểm đối với loại này

Ăn mòn ngọt:

Chủ yếu ở dạng ăn mòn lỗ và ăn mòn cục bộ, vị trí đáy của đường ống chịu ảnhhưởng mạnh nhất Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ăn mòn ngọt :

- Lượng nước hiện diện trong dầu, khí

- Diện tích kim loại tiếp xúc với nước

- Hiện diện của H2S

- Hàm lượng muối ( Hàm lượng muối cao làm tăng tốc độ ăn mòn, nhưng nhanhchóng được bão hoà)

Đối với hệ dầu-nước:

Khi tỷ lệ nước trong dầu ít và vận tốc di chuyển của dầu đủ lớn, nước bị cuốn theodòng chảy của dầu và không thấm ướt bề mặt thép nên không xảy ra quá trình ăn mòn.Khi vận tốc thấp hơn giá trị định mức nước và dầu tách khỏi nhau và xảy ra quá trình

ăn mòn.Vận tốc này có thể ước tính dựa trên nhiều yếu tố như sức căng bề mặt của dầu

và nước, độ nhớt…đối với phần lớn loại dầu thô, vận tốc này khoảng 0.8m/s Ước tínhtuỳ theo loại và bản chất của dầu khoảng 20-30% nước trong dầu thì không xảy ra quảtrình ăn mòn

Ăn mòn do vật rắn trong đường ống:

Sự hiện diện của những chất rắn trong đường ống, đặc biệt là kim loại có tácđộng rất lớn, quá trình ăn mòn này là ăn mòn xói mòn Đối với dòng chảy cho trước hưhỏng thường gặp nhất tại những đoạn cong hay tại những vị trí có dòng chảy rối caonhất Do đó việc kiểm tra cát trong dòng chảy tại những tốc độ khác nhau là cần thiết.Một lượng cát nhỏ khoảng 3-5 lb/1000lb có thể bỏ qua Nếu lớn hơn cần có biện phápgiảm thiểu

Ăn mòn chua: Nguyên nhân chính do H2S

Ăn mòn điểm

Xảy ra khi có phản ứng của các lim loại nặng trong lưu chất như Fe, Mn,Zn… vớisunfua hình thành ra các chất rắn (muối) đóng vai trò là các dương cực tan→ Xảy rahiện tượng ăn mòn điểm

Nứt do ứng suất ăn mòn của hydgen sunfua:

Acid phản ứng với kim loại giải phóng hyđro tại bề mặt kim loại Hyđro tạo

thành theo các bước sau :

- Khuếch tán các ion đến bề mặt kim loại

- Ion hyđrogen nhận một electron và tạo thành nguyên tử hyđrogen

- Nguyên tử hyđrogen xâm nhập vào bề mặt

- Sự kết hợp của nguyên tử hyđro gen tạo thành phân tử hyđrogen.

Những nguyên tử hyđro xâm nhập vào chỗ trống khuyết tật trong tinh thể thép

Đó là những chỗ có ứng suất cao do sự trượt lên nhau của những nguyên tử kim loại.Hyđro xâm nhập và làm thép trở nên cứng do ngăn cản quá trình giải toả ứng suất

→Xuất hiện những cong- uốn cục bộ, nếu vượt quá giá trị chuẩn thép trở nên giòn vàgãy

Nứt gãy do hyddrogen.

Tạo thành bọt Nguyên tử hyddrogen khuếch tán vào thép và bị hấp thụ bởi MnStrong thép Tại đó các nguyên tử này tích tụ lại thành phân tử, những phân tử nàykhông thể thoát ra ngoài, tập trung lại và gây ra áp suất cao đủ để hình thành nhữngchỗ nứt gây ra bên trong thép Những vết nứt nhỏ nối lại với nhau và hình thành lên vếtnứt lớn Gây ra ăn mòn Kiểu ăn mòn này giảm thiểu bằng cách giảm thiểu áp suất hoạtđộng

Ăn mòn do nước biển trong đường ống

Nước thường được bơm vào mỏ dầu để đảm bảo áp suất, đồng thời hỗ trợ trongviệc hướng dầu đến mỏ sản xuất Thành phần chính trong nước biển là oxygen Nếu sửsụng nước ngầm thì không có oxygen, tuy nhiên có thể có CO2 hoặc H2S và có thể dẫnđến ăn mòn ngọt hay ăn mòn chua Vấn đề đặt ra là phải loại bỏ khí Các cách loại bỏ: -Dùng khí tách khí (Gasstripping): Nước và khi cho chảy ngược chiều nhau bằngcách dùng CO2 để đẩy, phương pháp này loại bỏ oxygen rất tốt nhưng dẫn đến việcacid hoá nước nếu CO2 bị hấp thụ nhiều

-Dùng phương pháp cơ học : Nước được bơm vào áp suất chân không

Ăn mòn do sinh vật :

Đường ống dẫn dầu và nước có thể bị ăn mòn do sự phát triển của vi khuẩn khửsulphate (SRB :Suphate reducing bacteria) Loại vi khuẩn này phát triển cùng với nhiềuloại vi khuẩn khác RSB là một loại vi khuẩn yếm khí tận acid béo trong nước và oxi

có trong gốc sunlphate để oxi hoá các acid béo Những vi khuẩn này kích thích hoạtđộng của gốc sunfua làm tăng quá trình ăn mòn PH tăng do tạo ra acid có gốc sunfua

Ăn mòn điện hoá:

Là một hiện tượng hoá học có liên quan chặt chẽ đến kim loại , quá trình ănmòn xảy ra trong môi trường điện ly, tức là có sự hiện diện của nước như nhũ tươngdầu, nước muối … Ăn mòn điện hoá chủ yếu chỉ xảy ra ở bề mặt bên ngoài đường ống.Tại khu anode Fe nhường e và tan vào trong môi trường điện ly, e này được chuyển

đến khu vực cathode, tại đây nó kết hợp với một tác nhân nào đó ví dụ như oxi,cacbonnic, H2S, acid hữu cơ….

2.3 Nguyên nhân ăn mòn.

2.3.1 Ăn mòn do môi trường bên trong ống.

Môi trường bên trong ống phụ thuộc trực tiếp và thành phần chất truyền dẫntrong ống có tính xâm thực cao hay thấp Vận tốc và nhiệt độ truyền dẫn cũng ảnhhưởng trực tiếp đến tốc độ ăn mòn Các hợp chất mỏng đọng tạo nên hiện tạo nên cáchiện tượng gỉ sét trong ống tạo điều kiện cho sự phát triển quá trình ăn mòn cục bộ tạinhững khu vực này

Thành phần trong ống dẫn dầu khí khi bị ăn mòn chủ yếu bởi các nguyên nhânsau:

- Lượng khí H2S, CO lần trong dầu khí

- Lượng khí O2

Đối với đường ống dẫn nước biển, dầu và khí, kết quả phân tích tính chất lí hóacủa nước biển cho biết trong nước biển có nhiều loại muối hòa tan, ion clo, ion sunfat,khoảng 7mg/l oxy hòa tan đó là môi trường rất mạnh

2.3.2 Ăn mòn do môi trường ngoài ống

Đường ống đặt trực tiếp trong môi trường nước biển nên tốc độ ăn mòn phụthuộc vào đặc điểm hóa học của nước biển và vị trí tuyến ống:

+ Độ mặn nước biển

+ Nhiệt độ nước biển

+ Điện trở riêng của nước biển

+ Độ sâu đáy biển mà đường ống đi qua

Hình 2.1 Ăn mòn galvanic 2.3.4 Ăn mòn ống mới và ống cũ.

-Hiện tượng ăn mòn này xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa hai đoạn ống cũ và mới -Nguyên tắc ăn mòn tương tự như ăn mòn galvanic

- Trong trường hợp này ống mới sẽ bị ăn mòn nhanh hơn so với đoạn ống cũ

2.3.5 Ăn mòn do vi sinh vật.

Ăn mòn kim loại có vi khuẩn hiếm khí:

- Oxi hóa sunfua (pH = 0÷ 6)

2S + 3O2 + H2O → 2H2SO4

Fe2+ ¿ ¿

+ S2− ¿→¿

FeS ↓

2.4 Kiểm tra ăn mòn và bảo dưỡng đường ống.

2.4.1 Mục đích của việc kiểm tra ăn mòn đường ống.

Mục đích trước tiên của việc kiểm tra ăn mòn đường ống là xác định sự hưhỏng do các nguyên nhân ăn mòn về để lập lập kế hoạch sửa chữa, thay thế hoặccác kế hoạch kiểm tra tiếp theo Việc kiểm tra cũng cho thấy những thông tin vềcác yếu tố vật lý ảnh hưởng đến sự hư hỏng cũng như mức độ hư hỏng của đườngống Từ những thông tin này người sử dụng sẽ có những biện pháp để ngăn chặn

hoặc làm giảm mức độ hư hỏng của đường ống Điều này sẽ làm tăng độ an toàn

và giảm bớt chi phí bảo dưỡng

Sự rò rỉ hoặc hư hỏng của đường ống có thể gây nên những sự cố cháy nổ,nhiễm độc ảnh hưởng đến sự an toàn của con người Rò rỉ có thể xảy ra tại các mặtbích, hoặc các điểm khuyết tật trên đường ống Đặc biệt là khi nhiệt độ làm việctăng cao, trong giai đoạn mới khởi động hoặc dừng thiết bị và đôi lúc khi máy mócđạt đến nhiệt độ làm việc Những thời điểm này cần tăng cường chú ý đến hoạtđộng của công trình

2.4.2 Kiểm tra sự ăn mòn trên đường ống.

*Xác định vị trí có tốc độ ăn mòn cao.

-Các vị trí có dòng chảy rối và hoặc vận tốc dòng chảy cao

-Elbow, reducer, tee, van điều khiển, hoặc orifice

-Các vị trí không có dòng chảy

*Các phân nhóm đường ống.

Tất cả các hệ thống đường ống nên được phân loại thành nhữngnhóm khác nhau Qua đó nhóm đường ống nếu khi xảy ra sư cố sẽ có những mốinguy cao hơn sẽ được chú trọng hơn khi kiểm tra Về tổng thể nếu Class càng caothì yêu cầu kiểm tra càng kỹ và thời gian giữa 2 lần kiểm tra càng ngắn lại

Các yếu tố cần xem xét khi phân loại đường ống là:

*Nhóm 1: Là nhóm khi có sự cố rò rỉ xảy ra sẽ có mức độ nguy hiểm cao

-Môi chất dễ cháy và có khả năng tự làm lạnh dẫn đến nứt gẫy đường ống-Các đường ống có áp suất và môi chất nhanh chóng hóa hơi khi xả ra ngoài, tạo thành hỗn hợp cháy nổ (C2, C3, C4)

-Khí có chứa H2S lớn hơn 3% khối lượng

-Hydrogen clorua khan

-Axít flohyđric

-Đường ống trên hoặc sát mặt nước, trên lối đi chung

*Nhóm 2: Nhóm này bao gồm phần lớn hệ thống đường ống công nghệ

và một số đường ống quan trọng nhưng không nằm ở khu vực công nghệ chính:-Các đường ống chứa môi chất hóa hơi chậm khi xả ra ngoài (điểm làm việc

ở dưới flash point)

-Các đường ống chứa môi chất là hydrogen, khí nhiên liệu, khí tự nhiên

-Các đường ống chứa môi chất là axít mạnh và ăn mòn nằm ở khu vực công nghệ chính

*Nhóm 3: Đường ống ở nhóm này chứa môi chất dễ cháy nhưng không

hóa hơi khi bị rò rỉ và đường ống không nằm ở khu vực công nghệ chính (highactivity) Đường ống chứa môi chất có thể gây độc hại cho con người nhưngkhông nằm ở khu vực công nghệ chính

-Các đường ống chứa môi chất là axít và ăn mòn nhưng không nằm ở khu vực công nghệ chính

-Các sản phẩm hydrocarbon nhưng không hóa hơi khi bị rò rỉ (điểm làm việc

ở dưới flash point)

-Các đường ống từ thiết bị chưng cất đến từ tank chứa

*Xác định tốc độ ăn mòn đường ống.

-Tốc độ ăn mòn dài hạn của đường ống được tính theo công thức sau:

Tốc độ ăn mòn (dài hạn) = thời gian(năm)giữa t t i−t a

i và t a

-Tốc độ ăn mòn ngắn hạn của đường ống được tính theo công thức sau:

Tốc độ ăn mòn (ngắn hạn) = thời gian(năm)giữa t t p−t a

p và t a

được lúc ban đầu (mm)

t a = độ dày thực tế đo được (mm)

t p = độ dày đo được lần trước (mm)

xét giá trị nào phản ánh đúng với thực trạng đường ống nhất.

*Kiểm tra các dạng ăn mòn.

Ăn mòn tại các điểm injection point

-Khi xác định giới hạn các điểm kiểm soát ăn mòn, khoảng cách phía trướcinjection point tối thiểu là 12” hoặc 3 lần kích thước đường ống Khoảng cách phíasau injection point là 7.6m sau khi dòng chảy đổi hướng lần thứ nhất hoặc sau khidòng chảy đổi hướng lần thứ 2

-Thiết lập các TML trên các phụ kiện thích hợp

-Thiết lập các TML trên đường ống mà bị tác động bởi dòng bơm vào

-Có thể thiết lập thêm các TML tại điểm giữa các đoạn ống dài (giữa 2 mốihàn) trong giới hạn injection point circuit

-Thiết lập các TML cả trước và sau vị trí có dòng bơm vào

Ăn mòn tại các vị trí không có dòng chảy

-Thiết lập các TML tại cả vị trí tù đọng và vị trí nối vào đường ống có dòngchảy

Ăn mòn dưới vỏ bọc cách nhiệt

-Kiểm tra tính nguyên vẹn của vỏ bọc cách nhiệt

-Các nguồn gây ẩm như nước mưa, nước rò rỉ, ngưng tụ hơi ẩm, các thiết bị làmlạnh

Ăn mòn tại các vị trí môi trường ẩm ướt và bẩn

-Kiểm tra tại vị trí sơn, bọc bị bong tróc, đường ống trần

Ăn mòn do môi chất vận chuyển và vị trí của đường ống

Một số yếu tố giúp xác định các dạng ăn mòn và lựa chọn đúng các điểm kiểmsoát ăn mòn như:

-Hiểu rõ về các dạng ăn mòn đang xảy ra và có thể xảy ra

vùng có dòng chảy rối như những đoạn ống thay đổi chiều dòng chảy, phía sau vantiết lưu hoặc những nơi có khả năng xâm thực khí Sự xói mòn có thể tăng lên khi vậntốc của dòng chảy tăng hoặc dòng chảy có nhiều tạp chất Sự kết hợp giữa ăn mòn vàxói mòn sẽ làm tăng tốc độ hư hỏng của đường ống Sự xói mòn thường xảy ra ởnhững điểm sau:

-Sau van tiết lưu, đặc biệt là nơi tách pha hoặc xâm thực có thể xảy ra

-Sau orifice

-Đầu ra của bơm

- Elbow

Ăn mòn bên dưới bề mặt sơn hoặc bọc.

-Nếu tình trạng lớp sơn, bọc chịu nhiệt và lớp bọc chống ăn mòn ở tình trạng tốt

và không có nguyên nhân gì gây tác động đến tình trạng bên dưới của chúng thikhông cần thiết phải thường xuyên tháo dỡ để kiểm tra

-Khi đường ống bị vỡ bọc cách nhiệt, bọc có lỗ thủng, bề mặt sơn bị phồng rộpthì cần phải gỡ bỏ các lớp bên ngoài để kiểm tra

Công thức trên được đưa ra từ tiêu chuẩn ASME B31.3 để xác định độdày yêu cầu của đường ống hoặc có thể sử dụng công thức Barlow đơn giản hơn:

t = P D0

2 SE

Tuy nhiên đối với những đường ống lớn, áp suất thấp, độ dày yêu cầucủa đường ống được xác định từ các công thức trên có thể sẽ quá nhỏ và đườngống không đủ độ bền Vì lý do này, một độ dày thành ống nhỏ nhất để tránh chođường ống bị cong và gãy tại gối đỡ cần được xác định bởi người sử dụng cho mỗikích cỡ đường ống Và độ dày loại bỏ của đường ống sẽ được xác định bằng giá trịlớn hơn giữa 2 giá trị trên Dưới đây là các giá trị độ dày nhỏ nhất được đưa ra bởicác đơn vị sử dụng khác nhau

CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG

3.1 Vai trò của việc chống ăn mòn đường ống

Theo số liệu quả lí và giám sát trong công nghiệp dầu khí cơ quan giám sátcông nghệ quốc gia Nga về những nguyên nhân kỹ thuật cơ bản của các sự cố trongvấn đề vận chuyển bằng đường ống được tổng kết như sau:

-Hỏng hóc do kết quả của tác động ngoài (ngẫu nhiên) chiếm 33%

-Ăn mòn do môi trường bên ngoài 20%

-Hỏng hóc ống trong điều kiện sản xuất tại nhà máy 17%

-Không tuân theo quy trình khai thác 6%

Theo số liệu trên, số lượng phác công trình đường ống bị phá huỷ do các tác nhân

ăn mòn bên ngoài (chưa kể ăn mòn do tác nhân bên trong) đã là 20% và là một con sốrất đáng quan tâm trong thiết kế

3.2 Các phương pháp kiểm tra và phát hiện ăn mòn

Hư hỏng do ăn mòn có rất nhiều dạng và thường xuyên xuất hiện nhiên ở những

vị trí khác nhau, do đó việc xác định và kiểm tra ăn mòn là không dễ dàng và ít địnhlượng

Có nhiều phương pháp xác định khác nhau, tuy nhiên lựa chọn phương pháp cóhiệu quả nhất thì còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như môi trường, loại ăn mòn, độ tincậy của thiết bị Để giảm thiểu tốc độ ăn mòn, các chuyên gia khuyên rằng nên tìmkiếm trước khi chọn lựa kỹ thuật xác định ăn mòn và cần thiết phải có sự hỗ trợ của các

kỹ sư chống ăn mòn nhiều kinh nghiệm Sử dụng các phương pháp kiểm tra khác nhauluôn mang lại kết quả tốt hơn

Việc giữ lại kết quả kiểm tra ăn mòn rất cần thiết cho việc đánh giá tốc độ ănmòn trong một thời gian dài và hỗ trợ cho việc lựa chọn hệ thống kiểm tra tương ứng

Phương pháp thông thường nhất để xác định và kiểm tra ăn mòn bằng mẫu thử,một mẫu kim loại tương tự kim loại làm đường ống đặt trong vùng ăn mòn sau đó đemphân tích

3.2.2 Coupon

Rất nhiều hệ thống đường ống vận chuyển và trong các nhà máy được kiểm tra

độ ăn mòn bằng phương pháp Coupon Một Coupon là một mẩu kim loại được đưa vàotrong phép đo ăn mòn Những Coupon được làm sạch vào đưa vào hệ thống Từ sựchênh lệch khối lượng, người ta xác định được tốc độ ăn mòn mm/năm Coupon cónhiều dạng và thước khác nhau giữa bộ phận cách điện hoàn toàn với phần kim loạicòn lại

3.2.3 Khớp nối kiểm tra và trục cuốn

Những khớp nối và trục cuốn được chuẩn bị sẵn đưa vào đường ống như nhữngCoupon lớn và thường có thời gian hoạt động khá lâu khoảng vài tháng và thường kếthợp với những kĩ thuật đo khác Nó thường thể hiện mức độ ăn mòn cho toàn bộ bềmặt đường ống, và nó đo được chiều sâu của những lỗ ăn mòn bằng cách cắt ra

3.2.4 Đo bằng các thiết bị điện tử

Máy dò điện trở:

Thiết bị đo điện trở xác định lượng kim loại mất mát bằng cách đo mức tăng điệntrở của những mẫu kim loại khi diện tích ngang của chúng bị giảm do ăn mòn Mẫu thửhay đầu dò được làm từ kim loại tương tự như kim loại làm đường ống và được đưavào qua đường vào đặc biệt Sau đó giá trị điện trở sẽ được xác định khi đầu dò ở trạngthái cân bằng với môi trường ( nhiệt độ và tình trạng bề mặt) tại những điểm cách đều.Những giá trị nhận được sẽ được chuyển đổi sang tốc độ ăn mòn bằng các dữ liệu vàcông thức do nhà sản xuất cung cấp

Việc phân tích giá trị thu được gặp một số giới hạn giống như việc sử dụngCoupon Ví dụ như đầu dò có thể bị một số chất bám, ngăn cản sự tiếp xúc với nhữngchất trong môi trường ăn mòn,

Máy đó điện trở phân cực:

Với máy đo điện trở phân cực, tốc độ ăn mòn là tốc độ tức thời Trong phươngtrình này, hiện tượng điện hóa được gọi là điện trở phân cực tuyến tính được sử dụng Nếu một điện thế E của một mẫu kim loại được gắn với cường độ dòng điệntương ứng, một đường cong phân cực được ghi nhận Tại địa điểm mà cường độ dòngđiện bằng ), tốc độ đường cong phân cực được gọi là điện trở phân cực

Rpol = dE

(di )i−0

Khi cường độ dòng điện bằng ), điện thế E bằng với điện thế ăn mòn Giữa điệntrở phân cực và dòng điện ăn mòn có quan hệ như sau:

Icorr = R pol B (mA/cm2)

Từ định luật Faraday, tốc độ ăn mòn bằng 11,6.icorr (mm/năm)

Hằng số B phụ thuộc vào cơ chế ăn mòn và có giá trị riêng cho từng hệ Theophương trình trên, tốc độ ăn mòn có thể nhận được bằng cách đo Rpol Trong thực tế,thiết bị có hai điện cực làm bằng kim loại với hệ thống được đưa vào môi trường ănmòn Một hiệu điện thế nhỏ (dE) khoảng 20mV, được áp dụng vào hai điện cực, sau đó

đo dòng dI Cực được đổi ngược lại và lặp lại quá trình, từ hai giá trị dòng thu được,theo đồ thị chuyển đổi thành giá trị tốc độ ăn mòn

Việc sử dụng thiết bị đo điện trở phân cực giới hạn cho những dung dịch dẫnđiện do dòng điện phải di chuyển qua dung dịch khi đi từ cực này đến cực kia Phươngpháp này không áp dụng cho hệ gas hay dầu nhưng có thể đo cho hệ dầu – nước nếunước là pha liên tục

Máy dò Galvanic

Máy dò Galvanic được làm từ hai điện cực kim loại khác nhau thường là đồng

và sắt Chúng được nối với nhau và được đưa vào hệ thống (bồn chứa hoặc đườngống) Sau khi các điện cực cân bằng với môi trường, một cường độ dòng điện được ghinhận Giá trị của cường độ dòng điện có liên quan đến tín ăn mòn của môi trường.Trong môi trường không có tính ăn mòn giá trị dòng thu được rất nhỏ còn trong môitrường có tính ăn mòn cao đo được rất lớn Phương pháp này sử dụng chỉ có tính địnhtính trong việc kiểm tra tốc độ ăn mòn thiết bị:

-Nó chủ yếu được sử dụng để đo độ ăn mòn do oxygen tan trong dung dịch gâyra

-Ít được sử dụng đối với ăn mòn do CO2 và H2S

-Cũng có những giới hạn tương tự như những phương pháp trên