油氣集輸管道腐蝕機(jī)理及防腐技術(shù)

劉美玲

【摘要】在油氣開采與運(yùn)輸?shù)倪^程中，金屬管道的內(nèi)壁普遍容易發(fā)生腐蝕，若遇上多相流的惡劣工況，涂層和緩蝕劑還有可能失效。為解決油氣水運(yùn)輸時(shí)會(huì)普遍碰到的多相流惡劣工況，本文對(duì)金屬管道的腐蝕機(jī)理做了細(xì)致的分析，同時(shí)也闡述了幾種防腐效果較好的手段。金屬管道其腐蝕大致有土壤腐蝕、二氧化硫腐蝕、二氧化碳腐蝕、硫化氫腐蝕等幾種。而防腐手段主要有管道外涂層技術(shù)、陰極保護(hù)技術(shù)、內(nèi)涂層及襯里防腐技術(shù)、緩蝕劑防腐技術(shù)等。本文所講述的腐蝕機(jī)理及防護(hù)技術(shù)對(duì)于管道的鋪設(shè)及防腐具有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】油氣集輸 多相流 內(nèi)腐蝕 防腐技術(shù)

我國(guó)對(duì)油氣資源的消耗不斷飆升，因而所需運(yùn)輸管路也隨之猛增，然而金屬管路容易被侵蝕的問題大大危害了油氣資源的運(yùn)輸，也給國(guó)家?guī)砹撕艽蟮奈镔|(zhì)傷害。管路侵蝕帶來的主要影響有危害地面裝置及管路，生產(chǎn)中斷，冒油、跑油、滴油、漏油甚至發(fā)生燃燒、爆炸等嚴(yán)重危害，不利于環(huán)保，浪費(fèi)油氣資源；，危害員工生命安全等。所以，全面了解侵蝕發(fā)生原因及提出有效的防腐手段影響深遠(yuǎn)。習(xí)慣上將管路內(nèi)側(cè)發(fā)生的侵蝕與外側(cè)發(fā)生的侵蝕簡(jiǎn)單的記為內(nèi)侵蝕與外侵蝕。本文將重點(diǎn)闡述內(nèi)侵蝕與外侵蝕的侵蝕發(fā)生原因和有效的預(yù)防侵蝕的措施。

1 金屬管道的腐蝕機(jī)理1.1 外腐蝕

金屬管路其外侵蝕就是說金屬管路在附近的物質(zhì)的長(zhǎng)期接觸下，被其侵蝕產(chǎn)生反應(yīng)、形成原電池侵蝕及單純?nèi)芙鈴亩鴵p害管路的外側(cè)面。這種腐蝕主要有兩種，對(duì)埋在地下的管道，其外腐蝕大多是土壤導(dǎo)致的，土壤是由液、固、氣三相構(gòu)成的復(fù)雜體系。其中富含空氣與水，而水將土壤變?yōu)閷?dǎo)體。氧的存在及擴(kuò)散造成了氧濃度不均，從而構(gòu)成氧濃度差原電池，此類化學(xué)原電池使管路侵蝕更甚。土壤侵蝕管路的方式有形成微電池發(fā)生的侵蝕、形成宏觀電池發(fā)生的侵蝕，不同金屬形成的宏觀電池和微生物的侵害。

而海底管路的侵蝕大多是海水造成的的電化學(xué)侵蝕。海洋油田的運(yùn)輸管路在海中長(zhǎng)期浸泡。當(dāng)金屬管路接觸電解質(zhì)溶液（海水），金屬表面各區(qū)域的材質(zhì)差異性使得其表面不同區(qū)域有了不一樣的電位。而這些電極電位又依靠金屬自身的電量連接，在有導(dǎo)電能力的海水中形成了整個(gè)電路，我們叫它原電池腐蝕。它將使得金屬外側(cè)面出現(xiàn)大面積侵蝕或者小部分的侵蝕。

1.2 內(nèi)腐蝕

在油氣集輸過程中，同時(shí)存在H2S，SO2，CO2，O2等氣體及氣田鹵水等，而它們會(huì)和管路內(nèi)側(cè)面形成復(fù)雜的作用，導(dǎo)致管路內(nèi)側(cè)面被侵蝕。另外多相流對(duì)管路的沖擊也占了金屬管路內(nèi)侵蝕的一部分。

（1）硫化氫（H2S ）對(duì)金屬管路的侵蝕。硫化氫遇到水很容易分解從而形成電離反應(yīng)使金屬管路中的鐵發(fā)生離子化且產(chǎn)生氫氣進(jìn)而發(fā)生氫脆，當(dāng)有氧氣存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生金屬硫化物。

硫化氫不只是可以導(dǎo)致化學(xué)性的侵害，其侵蝕的產(chǎn)生物硫酸可以繼續(xù)反應(yīng)導(dǎo)致電化學(xué)的侵害。而且硫化氫也能造成氫脆。研究表明，若鋼材缺陷處存在一定量的氫元素，就能累積得到氫氣。有文獻(xiàn)計(jì)算了氫脆帶來的傷害，氫脆產(chǎn)生的氫氣其強(qiáng)度能高到300MPa，可以造成管路變脆，導(dǎo)致部分管路形成塑性形變，形成裂紋最后開裂損壞。

（2）二氧化硫（SO2）腐蝕。二氧化硫和鐵、氧氣作用得到硫酸亞鐵（FeSO4），其發(fā)生水解反應(yīng)得到氧化產(chǎn)物與游離的酸，然而游離酸又會(huì)加劇了侵蝕的發(fā)生，得到新產(chǎn)生的硫酸亞鐵，新產(chǎn)生硫酸亞鐵又發(fā)生了水解，這樣的惡性循環(huán)，更加劇了管路的侵蝕作用。

（3）管內(nèi)多相流體沖擊作用。簡(jiǎn)單的沖擊磨擦損害是氣液里的固相含量對(duì)管路的磨損沖擊過程。而多相流中包括砂粒、氣體、流體及碎屑等，所以也有沖擊磨蝕作用，不過這類沖擊磨蝕常常出現(xiàn)在侵蝕的條件中，所以就出現(xiàn)了侵蝕及沖擊的交互影響，稱沖蝕性侵蝕。此時(shí)，管路內(nèi)側(cè)面侵蝕并非沖擊與磨蝕的單純組合，而是極其錯(cuò)綜的，汽泡和固體顆粒均能對(duì)管路內(nèi)側(cè)面發(fā)生沖蝕作用，撞擊腐蝕物使之掉落，也能直接沖擊表面導(dǎo)致磨損。

2 金屬管道防腐技術(shù)

2.1 外防腐技術(shù)

2.1.1 金屬管路外側(cè)防腐蝕涂層

外側(cè)防腐蝕涂層技術(shù)是說在金屬管路的外側(cè)面涂刷上防侵蝕的涂層，將其和腐蝕介質(zhì)分隔開，起到防腐作用。目前我國(guó)防腐涂層業(yè)發(fā)展迅速，而環(huán)氧涂層（（FBE）是現(xiàn)今公認(rèn)的一種金屬管道高效防腐涂層，其物理化學(xué)性質(zhì)比瀝青涂層與煤焦油涂層優(yōu)越很多。該涂層由環(huán)氧樹脂材料及固化劑配合而成，它粘結(jié)性能強(qiáng)，涂層致密且表面粗糙度低，并能耐鹽堿腐蝕。2.1.2 陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù)是預(yù)防金屬材料在電介質(zhì)中發(fā)生腐蝕的電化學(xué)保護(hù)手段，其基本原理是將易腐蝕的金屬變?yōu)榛瘜W(xué)電池的陰極，并施加直流電流，使其發(fā)生陰極化，若易腐蝕的金屬其電位值小于某特定電位值，則金屬表面

的電位不均就會(huì)消失，陰極被腐蝕的現(xiàn)象得

到有效控制，進(jìn)而保護(hù)了金屬材料。

2.2 內(nèi)防腐技術(shù)2.2.1 緩蝕劑技術(shù)

緩蝕劑可以緩解金屬及合金被腐蝕的現(xiàn)象，改變其物理機(jī)械性能。因而被普遍應(yīng)用在油田現(xiàn)場(chǎng)。但緩蝕劑作用機(jī)理目前還未形成一致的理論，主要有成膜理論、吸附理論和電化學(xué)理論等。緩蝕劑并不減少介質(zhì)中腐蝕組分的含量，而是改善易腐蝕金屬表面的狀態(tài)，或者是起一個(gè)催化作用，減小反應(yīng)速率常數(shù)，降低腐蝕反應(yīng)的速率以期達(dá)到緩蝕。其用量非常少但效率很高，能大量減少鋼材損耗，延長(zhǎng)其使用壽命。2.2.2 內(nèi)涂層及襯里防腐技術(shù)

內(nèi)側(cè)加涂層防侵蝕同樣是常用的一種內(nèi)側(cè)面防侵蝕技術(shù)，它的防腐機(jī)理是在侵蝕性物質(zhì)與金屬管路內(nèi)側(cè)面間制造一個(gè)隔離凃?qū)用?，預(yù)防侵蝕的發(fā)生。使用內(nèi)側(cè)面涂層防侵蝕可以顯著減少內(nèi)側(cè)面侵蝕，有效增加了油氣運(yùn)送效率。玻璃鋼復(fù)合材料也是一種高效襯里材料，擁有玻璃鋼的耐侵蝕性能及鋼管的高強(qiáng)度，特別適用于高溫高壓的運(yùn)輸管道。

3 結(jié)束語

油氣資源運(yùn)輸管路的防侵蝕工藝要依照輸運(yùn)的油氣產(chǎn)品其接觸的腐蝕物質(zhì)的種類及運(yùn)輸管路客觀接觸的外部條件來確定。目前國(guó)內(nèi)的金屬管路防侵蝕技術(shù)大多是涂層防侵蝕技術(shù)，也有的采用陰極化保護(hù)，還有些并未使用陰極保護(hù)。因?yàn)殡娀瘜W(xué)腐蝕嚴(yán)重危害運(yùn)輸管道，我國(guó)必須加大陰極化保護(hù)的推廣力度。把涂層防侵蝕技術(shù)和陰極化保護(hù)奉為防侵蝕的主要手段，如此才可以有效的延長(zhǎng)管路的工作時(shí)間。未來，努力的重點(diǎn)要放在防侵蝕新技術(shù)及新材料的開發(fā)上，爭(zhēng)取研制出防腐性能好、造價(jià)低廉、適合普及的金屬管道防腐技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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