集輸管道腐蝕原因及防護(hù)措施分析

朱 恒

（勝利油田高原石油裝備有限責(zé)任公司，山東 東營 257091）

油田油氣水集輸管道的腐蝕穿孔現(xiàn)象一直困擾油田日常生產(chǎn)，尤其是處在與居民住宅、生活區(qū)的交界處的油田管線一旦出現(xiàn)管道穿孔，不但會影響正常的油田生產(chǎn)，還會帶來安全隱患，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，了解油田管道腐蝕穿孔原因及采取有力的防護(hù)與保護(hù)措施顯得尤為重要。

1 勝利油田在用生產(chǎn)集輸管道現(xiàn)狀

勝利油田始建于1960年3月，最早鋪設(shè)的集輸管道距今已接近有40年的歷史，經(jīng)過不斷地鋪設(shè)、更新更換形成現(xiàn)在的管網(wǎng)現(xiàn)狀。截止到2011年10月，總建成投產(chǎn)油氣水集輸管道3575條，長度1791 km。由于管道用途不同，采用的材質(zhì)、內(nèi)外防腐及外層保溫方式都不盡相同。表1詳細(xì)統(tǒng)計了各種管道的使用情況。

表1 集輸管道現(xiàn)狀匯總表

從表1中可以看出，油田大部分的集輸管線材質(zhì)都是采用碳素鋼無縫鋼管，而錳鋼管很少。盡管從90年代末就開始逐漸采用玻璃鋼或者鋼骨架塑料復(fù)合管，但是直到04年開始才大量的引入，多用在聚驅(qū)管線。兩者的抗腐蝕性較鋼管都好很多。

在管道建設(shè)的同時，針對部分管道，除了對管道進(jìn)行內(nèi)外防腐之外，也采取了其它的防腐蝕手段，主要為陰極保護(hù)，具體受保護(hù)管道的情況如表2所列。

表2 已采取防腐蝕保護(hù)管道調(diào)查表

由于各方面的原因，管線穿孔還是幾乎每天都會出現(xiàn)。油田每年也為處理管線穿孔投入了很大的人力和物力。表3統(tǒng)計了近三年（2009～2011）來油田集輸管道穿孔的情況。

表3 在用生產(chǎn)管線2009～2011年穿孔匯總表

經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)穿孔多發(fā)生在投產(chǎn)使用久、埋設(shè)位置環(huán)境復(fù)雜的地方，有的管線頻繁穿孔，同一條管線處理穿孔的次數(shù)達(dá)10次以上，而每年的更換遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要。為此，需要進(jìn)一步從管理上下功夫，弄清楚管線穿孔的原因并采取相應(yīng)的措施。

3 集輸管道穿孔原因分析

不同時期建設(shè)的管道所采用的鋪設(shè)形式各不相同。在最初時使用管道的結(jié)構(gòu)是光管+泡沫保溫層+黃夾克結(jié)構(gòu)，但隨著對管道耐腐蝕要求的提高以及生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，開始出現(xiàn)了外防腐管+泡沫保溫層+黃夾克結(jié)構(gòu)的管道，以及目前使用最多的外防腐管+塑料膠帶+泡沫保溫層+黃夾克結(jié)構(gòu)管道。

集輸管道結(jié)構(gòu)上的不斷改進(jìn)雖然使其更能有效防止腐蝕及穿孔，但管道受到腐蝕穿孔現(xiàn)象始終無法杜絕，究其原因主要有以下幾個方面。

3.1 客觀條件引起的管道腐蝕穿孔

客觀條件引起的管道腐蝕穿孔主要是管道內(nèi)腐蝕和外腐蝕。

（1）管道內(nèi)腐蝕

管道內(nèi)腐蝕是由管道輸送的介質(zhì)含有腐蝕性成分引起的[1]。油田集輸管道主要輸送的介質(zhì)就是采出的油氣水混合物。油氣水混合物中大多含有細(xì)菌（例如：硫酸鹽還原菌(SRB)腐生菌(TGB)和鐵細(xì)菌），含氧、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、金屬鹽離子。這些介質(zhì)的存在會發(fā)生離子間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致管線的腐蝕穿孔。

（2）管道外腐蝕

管道外腐蝕主要包括土壤環(huán)境腐蝕、雜散電流腐蝕、套管腐蝕和沖刷腐蝕。

土壤是具有固、液、氣三相的毛細(xì)管多孔性的膠質(zhì)體，土壤的空隙被空氣和水充滿，水中含有一定量的鹽使土壤具有離子導(dǎo)電性。土壤物理化學(xué)性質(zhì)的不均勻性和金屬材質(zhì)的電化學(xué)不均勻性，構(gòu)成了埋地管道的電化學(xué)腐蝕條件，從而會產(chǎn)生土壤腐蝕。

雜散電流腐蝕包括直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕。直流雜散電流腐蝕原理與電解腐蝕類似，其破壞區(qū)域比較集中，破壞速度比較大，對管道造成的腐蝕作用比自然腐蝕嚴(yán)重得多。交流雜散電流是管道附近高壓電力線產(chǎn)生的二次感應(yīng)交流電疊加在管道腐蝕電化學(xué)電池上產(chǎn)生的腐蝕，其腐蝕量較小，但集中腐蝕性強(qiáng)。

套管腐蝕較復(fù)雜，對常規(guī)陰極保護(hù)具有屏蔽效果。

沖刷腐蝕是由于水底裸管穿越，或者由于河流對河床的沖刷和下切作用，導(dǎo)致穿越段管道裸露在河流中而產(chǎn)生的。其與流速密切相關(guān)，當(dāng)流速較低時，腐蝕性產(chǎn)物積聚在管道表面，形成蝕坑，導(dǎo)致穿孔發(fā)生；當(dāng)流速較高時，由于腐蝕產(chǎn)物及時剝離，蝕坑反而難以形成，但是此時沖刷和腐蝕存在明顯的協(xié)同加強(qiáng)作用，一方面加速管道的腐蝕性反應(yīng)物進(jìn)入管壁內(nèi)，另一方面加速管壁的腐蝕產(chǎn)物向輸送介質(zhì)中擴(kuò)散[2]。

3.2 主觀因素引起的管道腐蝕穿孔

（1）管道的焊口問題

在管道施工過程中，都要對管道的焊接處進(jìn)行焊口。由于人為操作使得管道的焊口位置和其它位置相比防腐蝕能力要薄弱很多，所以此處更容易受到腐蝕緣的侵害而出現(xiàn)腐蝕穿孔。

目前，鋪設(shè)管道時采用的焊口形式是：在管道的焊縫及附近的光管先涂裝防腐底漆或熱瀝青；然后纏繞塑料膠帶，在塑料膠帶的外邊加裝聚乙烯泡沫保溫層；最后在保溫層外邊纏繞聚乙烯膠帶并用火加熱使其融化粘連。雖然這樣的補(bǔ)口方法符合了“同材質(zhì)、同結(jié)構(gòu)”的焊口原則，但由于工人操作水平參差不齊，施工條件的好壞及施工單位對焊口工作的重視程度不同，導(dǎo)致焊口工作經(jīng)常出現(xiàn)很多問題。

（2）管道的材質(zhì)問題

材質(zhì)的好與壞也是影響管道腐蝕穿孔的重要因素之一。在利益的驅(qū)動下，生產(chǎn)商可以說在管道上做足了文章，各種偷工減料的情況時有發(fā)生，使得管壁厚度經(jīng)常達(dá)不到要求，更有甚者利用報廢的舊管道兩邊焊上新管后做外保溫、外防腐。由于舊管道很多都是已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕的管材，這樣，在集輸過程中輸送介質(zhì)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力加速了管壁薄弱處的腐蝕，大大的降低了管道的使用壽命。同時，由于新管和舊管的焊縫金屬與母材金屬的膨脹收縮不同，勢必造成管壁的細(xì)小裂縫和很高的殘余應(yīng)力，在腐蝕介質(zhì)及殘余應(yīng)力的作用下細(xì)小的裂縫很快就會轉(zhuǎn)變?yōu)楦g源，加速了管道的老化[3]。

鋼質(zhì)管相較于玻璃鋼管在使用過程中存在較大弊端，即使經(jīng)過內(nèi)外防腐處理，但處理不好也會增加管線的穿孔次數(shù)，減少管線的使用壽命。而我們油田大部分的埋地管線采用的都是鋼質(zhì)管，且采用的內(nèi)外防腐保護(hù)材料單一，有的管線甚至沒有外防腐。而玻璃鋼管從2006年才開始使用，數(shù)量僅占使用管線的5.4%，這也是管線腐蝕穿孔次數(shù)較多的一個原因。

（3）管道的防腐保溫層的破損

在管道腐蝕情況中，也有相當(dāng)部分是由于管道的防腐保溫層破損所造成的。造成管道的防腐保溫層破損的原因有很多，有產(chǎn)品質(zhì)量的問題、有管道存放環(huán)境的問題，但最主要的還是人為因素造成了管道防腐保溫層的破損。無論在管道出廠運(yùn)輸過程中，還是在管道的施工搬運(yùn)過程中，有很多管道在投產(chǎn)之前外防腐保溫層就已經(jīng)傷痕累累。一旦黃夾克或泡沫保溫層出現(xiàn)損壞，那么水、土壤等腐蝕源勢必侵害管道而更易發(fā)生腐蝕甚至穿孔。同時，由于水的侵入，大大的增加了泡沫保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)，降低了保溫層的保溫效果。這樣，不但保溫層失去了應(yīng)有的作用，熱量散失速度加快，也促使管道內(nèi)輸送介質(zhì)的結(jié)垢結(jié)蠟，使管徑相對變小。而目前去除垢和蠟的方法多采用高壓沖洗等手段，這又增加了管道從內(nèi)部發(fā)生腐蝕穿孔的機(jī)會。

（4）其它原因

除以上幾種造成管道腐蝕的主要因素外，還有其他因素加速了管道的腐蝕速度，如集輸管道定期的高壓熱洗，其它施工對管道的破壞，人為的鉆孔打眼盜油，在地表處的立管受到的氧濃差腐蝕，管道周圍密布的高壓電線對管道的雜散電流腐蝕以及整個油田部分比較低洼等都加快了管道的腐蝕速度。此外，管道使用年限的到期也是造成管道腐蝕穿孔的主要因素。

4 保護(hù)措施

4.1 對客觀條件引起的管道腐蝕穿孔的措施

（1）加緩蝕劑。在管道內(nèi)加入鉻可以顯著地降低CO2對金屬的腐蝕速率；向多相流油氣集輸管線內(nèi)注入乙二醇，能夠抑制水合物的生成，減緩CO2腐蝕，與緩蝕劑的作用進(jìn)行綜合防腐，延緩管道內(nèi)壁的腐蝕。

（2）外涂層。采用外涂層使鋼管與土壤等腐蝕環(huán)境隔絕是埋地管道防腐的基本手段。

（3）內(nèi)涂層和襯里保護(hù)。較常用的內(nèi)涂層有聚乙烯粉末涂層、環(huán)氧樹脂粉末涂層。也采用熱噴玻璃防腐的新工藝,涂層可耐300℃左右的高溫,形成永不老化的玻璃與金屬復(fù)合的防腐產(chǎn)品,使管內(nèi)的硫化氫等酸性氣體無法與碳鋼接觸。

（4）陰極保護(hù)法。凡是與電解質(zhì)溶液接觸而產(chǎn)生腐蝕的設(shè)備都可以用陰極保護(hù)法來提高其抗腐蝕能力。陰極保護(hù)有兩種方法：一是犧牲陽極法，就是將被保護(hù)金屬和一種可以提供保護(hù)電流的金屬或合金(即犧牲陽極)相連，使被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率;二是強(qiáng)制電流保護(hù)法，就是將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率。

（5）雜散電流排流保護(hù)。管道應(yīng)盡量遠(yuǎn)離交、直流電干擾源。

4.2 對主觀因素引起的管道腐蝕穿孔的措施

（1）嚴(yán)把管道的焊口關(guān)。由于管道補(bǔ)口的好壞直接影響管道的使用，所以應(yīng)對焊口工作給予十分的重視。應(yīng)選擇一些有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的工人進(jìn)行焊口施工，同時注意以基本設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，不違背操作規(guī)定而強(qiáng)行施工。

（2）嚴(yán)格檢查鋪設(shè)管道的品質(zhì)。在鋪設(shè)管道之前嚴(yán)格檢查管道防腐層是否剝離，檢查管道中間部位是否有翻新管的存在，檢查管材規(guī)格是否合乎鋪設(shè)要求，以盡可能減少因管材質(zhì)量問題引起的腐蝕穿孔。

（3）嚴(yán)肅對待管道的搬運(yùn)。在管道的搬運(yùn)過程中，應(yīng)該遵守國家有關(guān)規(guī)定，保護(hù)和愛護(hù)管道，盡量減少由于運(yùn)輸或管道下溝過程中造成管道的防腐保溫層破損。一旦出現(xiàn)了防腐保溫層破損，應(yīng)立即做好補(bǔ)傷工作。目前在現(xiàn)場施工中的保護(hù)層材料主要有瀝青玻璃絲布、環(huán)氧樹脂玻璃絲布及環(huán)氧煤瀝青玻璃絲布三種。其中，在用環(huán)氧煤瀝青玻璃絲布做保護(hù)層時，涂料稀稠適當(dāng)、漆膜覆蓋性好、表面平整光滑、極少存在針孔、現(xiàn)場施工方便，建議用此法進(jìn)行補(bǔ)傷。

（4）防腐管道的使用。應(yīng)加大使用玻璃管、塑料管、耐蝕合金鋼管材和鍍鋁鋼管防腐性強(qiáng)的管道。

（5）加大管線更換力度。對于已經(jīng)到使用年限的管道，應(yīng)逐步安排進(jìn)行更換，以減少腐蝕穿孔的載體。

5 結(jié)束語

集輸管道外環(huán)境比較復(fù)雜，管道受各種原因引起的穿孔會時時發(fā)生。對應(yīng)的管道腐蝕防護(hù)的方法也不盡相同，不同的腐蝕原因，需要選擇正確的防護(hù)方法，如果方法選擇不當(dāng)，將造成嚴(yán)重的后果。不管采用哪種腐蝕防護(hù)方法都不是一勞永逸的，隨著管道埋地時間的增長，防腐涂料老化，再加上管內(nèi)管外的各因素的變化，腐蝕穿孔會重新發(fā)生。為提高集輸管道的使用壽命，減少管道穿孔帶來的生產(chǎn)不便，需在合理選擇防腐涂層及防腐方法的同時，提高管道的運(yùn)輸、施工、維護(hù)和保養(yǎng)水平。同時引進(jìn)計算機(jī)實(shí)時監(jiān)控手段對油氣輸送管道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，提高管道維護(hù)便利性和準(zhǔn)確性。

[1]李長俊.天然氣管道輸送[J].石油工業(yè)出版社，2010，:14.

[2]龍媛媛，石仁委，柳巖國，等.埋地管線不開挖地面腐蝕檢測技術(shù)在勝利油田純梁采油廠的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2007，33（3）：54-56.

[3]石仁委.埋地管線腐蝕檢測技術(shù)的探討[J].石油工程建設(shè)，2006，32（2）：30-31.