通过文献调研了国内油气田水处理系统在用管材的应用情况，初步筛选出了4种适用于核桃壳过滤器撬块内管线的管材。其中，金属管材的筛选依据为类似工况下的耐蚀性，非金属管材的筛选依据为耐温性及其与水介质的相容性。

4种管材分别为：金属材料选用耐蚀性较好的316L不锈钢、3Cr钢及抗菌钢；非金属管材选用具有良好耐温性能及与水介质相容性较好的PE-RT II管材。

在此基础上，分别对上述管材进行适用性评价、施工及维护评价以及经济性评价。

试验前，用刻字笔在试样侧面进行编号，依次用去离子水和无水乙醇超声波清洗表面粉尘，冷风吹干。

试验参数取核桃壳过滤器撬块典型的工况参数，试验周期为720小时。

将准备好的3个平行样安装在特制的试验架上，放入反应釜内的腐蚀介质中，试验装置如图2所示。

通入高纯氮气除氧至0.05 mg/L，然后通入高纯氮气升压升温到试验要求，开始试验。

试验结束后，观察管材内壁和外壁的宏观形貌，拍照记录，如图3所示。

对比图1和图3可见，相容性试验前PE-RT II管材外壁和内壁均无明显缺陷及损伤，试验后管材内外壁未见溶解、气泡、开裂及变形的现象。

对试验后的试样进行理化性能测试，对比相容性评价试验前后试样的理化性能，如表1所示，可见相容性试验后PE-RT II管材的材料属性、热学性能、力学性能等均未出现显著变化，且均满足ISO 22391-2-2009标准的要求，在核桃壳过滤器撬块内服役工况下具有良好的适用性。

根据标准ISO 22391-2-2009，在80 ℃工作环境中，对于设计压力1.25 MPa的PE-RT II管（规格为4″，外径110 mm，壁厚10 mm），假设试验开始时管内压为1.15 MPa，通过计算可得到静液压强度为5.8 MPa。

通过PE-RT II管材预测静液压强度参照曲线外推，可以看出当使用年限为20年左右时，PE-RT II管材的静液压强度为4.6 MPa，根据公式计算可得出此时管内压为0.92 MPa，即设计压力1.25 MPa的PE-RT II管（4″）在80 ℃、0.92 MPa内压条件下可使用20年不渗漏。

由于核桃壳过滤器撬块内管线工作压力为0.5 MPa，使用温度为55~60 ℃，可以预测使用设计压力为1.25 MPa的PE-RT II管的使用年限超过20年。因此，PE-RT II管在核桃壳过滤器撬块内管线服役环境中具有良好的适用性，可满足在核桃壳过滤器中长期服役的要求。

对316L不锈钢、3Cr钢及抗菌钢来说，依据标准ISO 11845-2020开展适用性评价试验，试验周期为720小时。

316L不锈钢试样为扬州科力环保设备有限公司提供的成品挂片，尺寸为50 mm×25 mm×2 mm，抗菌钢与3Cr钢试样均为宝钢提供的挂片，尺寸均为50 mm×13 mm×3 mm，每组设置3个平行试样，试样表面粗糙度≤1.6 μm。

试验前，使用刻字笔编号，并依次用丙酮除油，去离子水和无水乙醇超声波清洗表面粉尘，冷风吹干后，测量每组试样尺寸（精确到0.01 mm）及质量（精确到0.1 mg）。

将准备好的试样相互绝缘安装在特制的试验架上，放入反应釜内的腐蚀介质。试验装置如图2所示，通入高纯氮气除氧至0.05 mg/L，然后通入高纯氮气升压升温到试验要求。

试验结束后，观察试样的宏观腐蚀形貌，并拍照记录，如图4所示，可见抗菌钢、3Cr钢表面有均匀腐蚀痕迹，未见明显局部腐蚀；316L不锈钢试样表面金属光泽仍清晰可见，腐蚀轻微。

然后，根据ISO/FDIS 8407-2020推荐的方法去除试样表面腐蚀产物，无水酒精除水后烘干。利用失重法计算腐蚀速率，结果如图5所示。可见模拟工况下抗菌钢和3Cr钢的均匀腐蚀速率均远小于0.125 mm/a，为NACE RP0775-2018标准中规定的中度腐蚀；316L不锈钢均匀腐蚀轻微，腐蚀速率仅为0.0011 mm/a。

上述结果表明，316L不锈钢、3Cr钢、抗菌钢在核桃壳过滤器撬块内工况下的耐腐蚀性能均较好。

2″管设计压力为1.6 MPa，壁厚为5.54 mm，依据标准ISO 559-1991中推荐的方法计算管内压。

参照图5所示的腐蚀速率，在严格控制溶解氧质量分数<50 μg/L的情况下，仅考虑腐蚀因素，核桃壳过滤器撬块内管线使用316L不锈钢、3Cr钢、抗菌钢的预计使用年限均超过25年。

针对调研优选的4种管材，在满足核桃壳过滤器撬块内施工条件下，从管线现场组装连接方法、注意事项以及后期维护角度进行评价，分析其现场施工与维护的可行性。

对于PE-RT II管材，通常使用热熔焊接与电熔焊接的方式进行施工。其中，对于满足热熔焊接设备尺寸要求的管线，优先选用热熔焊接；对于相邻管线间距小于26 cm的管线，使用电熔焊接。考虑到主管线上仪表引压管、排污等小分支开孔情况，为避免在工作压力下开孔位置发生渗漏，可在确定仪表引压管或排污孔的小分支开孔位置后，准备异径三通与连接仪表的内丝管件，通过热熔焊接或者电熔焊接的方式与PE-RT II管连接，最后将内丝管件与仪表连接。

需要注意的是，当PE-RT II管受阳光紫外线照射时，容易产生老化等情况，在PE-RT II管材后期维护中，需要对PE-RT II管及配件增加外防护，比如铁皮或铝皮防护等，避免PE-RT II管件及配件受到紫外线的直射。同时，需要对外防护金属的腐蚀情况进行定期检查，确保其对紫外线起到完全隔离的作用。

对于3种金属管材，均可通过电焊的方式进行施工，在后期维护中需要定期对管线壁厚进行检测，当管线壁厚接近临界使用壁厚时，需要及时对管线进行更换。

基于上述分析，将核桃壳过滤器撬块内管线更换为PE-RT II管材、316L不锈钢、3Cr钢、抗菌钢，从施工及维护的角度来看，具备可行性。

在适用性评价与施工及维护评价基础上，重点对调研优选的4种管材的材料费、现场施工设备费、人员费等进行综合分析，最终优选出适用性、施工及维护可行性、经济性均较好的管材。

PE-RTII、316L 不锈钢、3Cr钢、抗菌钢管材的经济性评价结果如图6所示，其中各材质的费用均包含核桃壳过滤器撬块内管线用全部管材费用、现场施工费用、焊接施工设备费用及税费。

从经济性评价结果可以看出，PE-RT II管材的经济性最佳，抗菌钢比PE-RTII管材略高，3Cr钢价格为PE-RT II管的2.3倍，316L不锈钢价格约为PE-RT II管的6.8倍。