تآكل كبريتيد الهيدروجين في صناعات النفط والغاز

تلعب خطوط الأنابيب دورًا حاسمًا في قطاع النفط والغاز من خلال تسهيل نقل المنتجات إلى مرافق المعالجة ومستودعات التخزين ومجمعات التكرير. وبالنظر إلى أن خطوط الأنابيب هذه تنقل مواد قيمة وخطيرة، فإن أي فشل محتمل يحمل عواقب مالية وبيئية كبيرة، بما في ذلك خطر حدوث خسائر اقتصادية كارثية وتهديدات للحياة البشرية. قد تنشأ الأعطال من عوامل مختلفة، بما في ذلك التآكل (الخارجي والداخلي والتشقق الناتج عن الإجهاد)، والمشكلات الميكانيكية (مثل المواد والتصميم وأخطاء البناء)، وأنشطة الطرف الثالث (العرضية أو المتعمدة)، والمشاكل التشغيلية (الأعطال، وأوجه القصور، اضطرابات أنظمة الحماية، أو أخطاء المشغلين)، والظواهر الطبيعية (مثل ضربات البرق، أو الفيضانات، أو تغيرات الأراضي).

تم توضيح توزيع حالات الفشل على مدى 15 عامًا (1990-2005). التآكل هو العامل الرئيسي الذي يساهم في حدوث 46.6% من حالات الفشل في خطوط أنابيب الغاز الطبيعي و70.7% في خطوط أنابيب النفط الخام. وكشف تقييم تكاليف التآكل الذي أجرته إحدى شركات النفط والغاز ذات السمعة الطيبة أنه في السنة المالية 2003، بلغت نفقات التآكل حوالي 900 مليون دولار أمريكي. وتبلغ التكلفة العالمية المنسوبة إلى التآكل في قطاع النفط والغاز حوالي 60 مليار دولار أمريكي. وفي الولايات المتحدة وحدها، تصل التكاليف الموثقة المتعلقة بالتآكل في هذه الصناعات إلى 1.372 مليار دولار أمريكي. علاوة على ذلك، وبالنظر إلى الطلب المتزايد على الطاقة المستمدة من النفط والغاز والمخاوف المرتبطة بها، فمن المتوقع أن تستمر تكاليف التآكل في جميع أنحاء العالم داخل الصناعة في الارتفاع. ومن ثم، هناك حاجة ماسة لإجراء تقييمات استباقية للمخاطر تحقق التوازن بين فعالية التكلفة والسلامة.

يعد ضمان سلامة خطوط الأنابيب أمرًا بالغ الأهمية للعمليات الآمنة والحفاظ على البيئة وعمل أصول الإنتاج الرئيسية. يشكل التآكل تهديدًا خطيرًا، خارجيًا وداخليًا. يمكن أن ينجم التآكل الخارجي عن عوامل مثل الأكسجين والكلوريد في البيئة الخارجية [6]. في المقابل، قد ينشأ التآكل الداخلي من مواد مثل كبريتيد الهيدروجين (H2S)، وثاني أكسيد الكربون (CO2)، والأحماض العضوية الموجودة في سائل الإنتاج. يمكن أن يؤدي تآكل خطوط الأنابيب غير الخاضع للمراقبة وغير المنضبط إلى حدوث تسربات وفشل كارثي. لقد كان التآكل الداخلي مصدر قلق كبير، حيث يشكل حوالي 57.4% و24.8% من حالات فشل التآكل في خطوط أنابيب النفط الخام والغاز الطبيعي، على التوالي. تعد معالجة التآكل الداخلي أمرًا ضروريًا للحفاظ على سلامة الصناعة وسلامتها.

في قطاع النفط والغاز، يتم تصنيف التآكل عادة إلى نوعين رئيسيين: التآكل الحلو والحامض، السائد في البيئات التي تتميز بضغوط جزئية مرتفعة من كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون (PH2S وPCO2). تمثل هذه الأشكال الخاصة من التآكل تحديات كبيرة داخل الصناعة. يتم تصنيف التآكل أيضًا إلى ثلاثة أنظمة بناءً على نسبة PCO2 إلى PH2S: التآكل الحلو (PCO2/PH2S > 500)، والتآكل الحلو الحامض (PCO2/PH2S يتراوح من 20 إلى 500)، والتآكل الحامض (PCO2/PH2S

تشمل العوامل الحاسمة التي تؤثر على التآكل مستويات PH2S وPCO2، بالإضافة إلى قيم درجة الحرارة ودرجة الحموضة. تؤثر هذه المتغيرات بشكل كبير على تحلل الغازات المسببة للتآكل، وبالتالي تؤثر على معدل وآلية تكوين منتجات التآكل في البيئات الحلوة والحامضة. تعمل درجة الحرارة على تسريع التفاعلات الكيميائية وزيادة قابلية ذوبان الغاز، مما يؤثر على معدلات التآكل. تحدد مستويات الأس الهيدروجيني الحموضة أو القلوية البيئية، حيث يؤدي انخفاض الأس الهيدروجيني إلى تسريع التآكل وارتفاع الأس الهيدروجيني الذي يحتمل أن يؤدي إلى آليات تآكل موضعية. تولد غازات ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين المذابة أحماضًا أكالة في الماء، وتتفاعل مع الأسطح المعدنية لتكوين مركبات أقل حماية، وبالتالي تسريع التآكل. يتضمن التآكل الحلو عادةً تكوين كربونات معدنية (MeCO3)، بينما يتضمن التآكل الحامض تكوينات مختلفة من كبريتيد المعدن.

في قطاع النفط والغاز، تشكل أعطال المواد الناتجة عن التآكل في البيئات الحامضة والحلوة تحديات مختلفة تتعلق بالسلامة والاقتصاد والبيئة. يوضح الشكل 2 المساهمة النسبية لمختلف أشكال فشل التآكل خلال السبعينيات. تم تحديد التآكل الحامض الناجم عن كبريتيد الهيدروجين باعتباره السبب الرئيسي للأعطال المرتبطة بالتآكل في هذه الصناعة، مع تصاعد انتشاره بشكل مطرد مع مرور الوقت. تعد المعالجة الاستباقية للتآكل الحامضي ووضع تدابير وقائية أمرًا ضروريًا لإدارة المخاطر المرتبطة به في الصناعات النفطية.

تشكل إدارة ومعالجة المواد التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين تحديات كبيرة في قطاع النفط والغاز. يعد فهم تعقيدات تآكل كبريتيد الهيدروجين أمرًا ضروريًا، لأنه يشكل تهديدًا كبيرًا للمعدات والبنية التحتية، مما يزيد من خطر الفشل الهيكلي والحوادث المحتملة. ومن الواضح أن هذا النوع من التآكل يقلل من العمر الافتراضي للمعدات، مما يستلزم صيانة مكلفة أو جهود استبدال. علاوة على ذلك، فهو يعيق الكفاءة التشغيلية، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاج وزيادة مستويات استهلاك الطاقة.

إن فهم ومعالجة التحديات التي يفرضها تآكل كبريتيد الهيدروجين في هذه الصناعات يؤدي إلى مزايا ملحوظة. ويتم تعزيز تدابير السلامة من خلال منع الأعطال وصيانة المعدات، وتقليل احتمال وقوع حوادث وعواقب بيئية. تعمل هذه الإستراتيجية أيضًا على إطالة عمر المعدات، مما يقلل من الحاجة إلى عمليات استبدال مكلفة وتقليل وقت التوقف عن العمل المطلوب لإجراء الإصلاحات. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يعمل على تحسين الكفاءة التشغيلية من خلال ضمان إجراءات فعالة ومتسقة، وتقليل استهلاك الطاقة، وتعزيز موثوقية التدفق.

يعد استكشاف المجالات لمزيد من البحث، بما في ذلك تقنيات الطلاء المتقدمة والمواد الجديدة والعمليات الكهروكيميائية والتقنيات الناشئة، أمرًا ضروريًا. ويظهر تطوير الأساليب المبتكرة، مثل أنظمة المراقبة المستمرة والنمذجة التنبؤية، إمكانية تعزيز التدابير الاحترازية. يعد تطبيق الذكاء الاصطناعي المتقدم والتحليلات المتقدمة في الإدارة والتنبؤ والسيطرة على التآكل مجالًا ناشئًا يستحق المزيد من الاستكشاف.

نجح قسم البحث والتطوير في Vigor في تطوير سدادة جسر مركبة جديدة (الألياف الزجاجية) مقاومة لكبريتيد الهيدروجين. لقد أثبت أداءً ممتازًا في كل من الاختبارات المعملية والتجارب الميدانية للعملاء. فريقنا الفني مجهز بالكامل لتخصيص وإنتاج هذه المقابس وفقًا لمتطلبات الموقع المحددة. للاستفسارات حول حلول قابس الجسر من Vigor، تواصل مع فريقنا للحصول على منتجات مخصصة وجودة خدمة استثنائية.

لمزيد من المعلومات، يمكنك الكتابة إلى صندوق البريد لديناinfo@vigorpetroleum.com&Marketing@vigordrilling.com