輸氣管線腐蝕原因分析及處理措施

孟祥吉（中石油山東天然氣管道有限公司，山東 淄博 255200）

腐蝕不僅影響到油氣儲(chǔ)存系統(tǒng)安全，還是其使用壽命長(zhǎng)短的重要影響因素。鋼質(zhì)儲(chǔ)罐遭受內(nèi)、外環(huán)境介質(zhì)的腐蝕。內(nèi)腐蝕是由儲(chǔ)存油、氣、水等介質(zhì)、罐內(nèi)積水及罐內(nèi)空間部分帶來(lái)水汽凝結(jié)現(xiàn)象，水汽作用下易產(chǎn)生腐蝕。儲(chǔ)罐腐蝕會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問題，造成產(chǎn)品的損失，將帶來(lái)很高的維修費(fèi)用、土壤凈化費(fèi)用和巨大的環(huán)保處罰。據(jù)美國(guó)國(guó)家輸送安全局統(tǒng)計(jì)，美國(guó)45%管道損壞是由外壁腐蝕引起的。我國(guó)的地下油氣管道投產(chǎn)1-2a后即發(fā)生腐蝕穿孔的情況已屢見不鮮[1]。

1 輸氣管線腐蝕的特點(diǎn)及原因分析

1.1 腐蝕的特點(diǎn)

輸氣管線腐蝕的介質(zhì)環(huán)境有三個(gè)顯著特點(diǎn)：(1)氣、水、烴、固共存的多相流腐蝕介質(zhì)；(2)高溫和/或高壓環(huán)境；(3)H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蝕物質(zhì)，其中H2S、C02、02是腐蝕劑，水是載體，Cl-是催化劑。隨著社會(huì)發(fā)展，社會(huì)可利用資源越來(lái)越少，開發(fā)難度不斷加大，未來(lái)石油工業(yè)的發(fā)展也是如此，油井開采后期含水量的提高，深井、超深井的開發(fā)較為常見，在高溫和高壓作用下，開發(fā)環(huán)境的腐蝕性變強(qiáng)，驅(qū)采油技術(shù)應(yīng)用，使得CO2、H2S和Cl-含量上升，這些都導(dǎo)致石油工業(yè)輸氣管線的腐蝕更趨嚴(yán)重。近年來(lái)塔里木和長(zhǎng)慶靖邊氣田中所暴露出來(lái)的輸氣管線腐蝕問題證明確實(shí)如此。

1.2 輸氣管線腐蝕的類型及原因

根據(jù)管道內(nèi)的腐蝕機(jī)理可以將輸氣管線內(nèi)的腐蝕分為應(yīng)力腐蝕，坑蝕，沖刷腐蝕，均勻腐蝕等幾類：

1.2.1 當(dāng)管線內(nèi)輸送介質(zhì)含有硫化氫氣體介質(zhì)時(shí)，在水蒸氣存在的情況下，硫化氫極易溶于水，在水解作用下，HS-加快了H的釋放速度，引起材料的韌性也隨之下降，脆性增加，在材料屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)大于應(yīng)力加大了發(fā)生滯后斷裂的可能性。

1.2.2 管壁存在分布不均勻的腐蝕物時(shí)，會(huì)有硫及多硫化物的沉積、一些防腐保護(hù)膜出現(xiàn)結(jié)晶剝裂，亦可能出現(xiàn)坑蝕，管道的坑蝕在氣相和液相環(huán)境中都有發(fā)生的可能。

1.2.3 沖刷腐蝕是當(dāng)氣相流速較高時(shí)對(duì)管道壁的沖刷造成的，腐蝕產(chǎn)物及時(shí)被氣相帶走使得新的管壁不斷暴露出來(lái)進(jìn)一步的產(chǎn)生沖刷腐蝕。

1.2.4 均勻腐蝕是當(dāng)天然氣中含有水蒸氣時(shí)，硫化氫等酸性氣體溶于水蒸氣中造成對(duì)管道的腐蝕。

2 輸氣管線腐蝕的處理措施

2.1 埋地管道用外防腐層

對(duì)于埋地管線的外腐蝕控制，通常使用優(yōu)質(zhì)的防腐絕緣層聯(lián)合外加電流陰極保護(hù)法加以防護(hù)。如前所述，如外防腐層始終完好無(wú)損，則埋地管道就不會(huì)被腐蝕。無(wú)奈，在如此長(zhǎng)距離的管道沿線，在數(shù)十年的運(yùn)行中，防腐層總是難免有破損、失效處。對(duì)管線外防腐層的基本要求是：能很好地與金屬粘結(jié)；通電性能好；具有防水性，化學(xué)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定；具有良好的耐土壤性；有充足的韌性和機(jī)械強(qiáng)度；耐陰級(jí)剝離性能好；能有效地抗擊微生物以防腐蝕，且破損后易于修復(fù)，維修成本低廉[2]。

做好外防護(hù)層是油氣田所有埋地金屬管道施工的關(guān)鍵所在，外防腐層一般分為普通級(jí)和加強(qiáng)級(jí)，根據(jù)工程需要，有些防腐層也有特加強(qiáng)級(jí)。防腐層的選擇，需要考慮多種相關(guān)性因素。要在正確計(jì)算管道運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上，了解外部環(huán)境的作用影響，還要考慮管道的質(zhì)量、使用壽命等。針對(duì)特殊場(chǎng)地如場(chǎng)、站、庫(kù)內(nèi)、穿越鐵路、公路、江河、湖泊的管道，要應(yīng)用加強(qiáng)及防腐措施，這也是確保管道安全，有效延長(zhǎng)其使用壽命的需要，尤其是長(zhǎng)輸管道和綜合性管道，一般應(yīng)采用防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合的保護(hù)。根據(jù)以上原則，在土壤腐蝕酸堿度不高的地區(qū)，管道設(shè)計(jì)壽命在要在10年以上，石油瀝青類防腐層是較好的選擇。對(duì)于土壤腐蝕性較強(qiáng)、環(huán)境較為惡劣的地區(qū)，管道可選用煤焦油瀝青、兩層聚乙烯、環(huán)氧煤瀝青涂料、熔結(jié)環(huán)氧粉末、聚乙烯膠粘帶、三層聚乙烯等防腐層[3]。

2.2 雜散電流腐蝕的防護(hù)

埋地油氣管線經(jīng)常遇到很多干擾電流的影響，包括直流電力系統(tǒng)的漏泄的雜散電流、其他陰極保護(hù)系統(tǒng)電流等。這些電流的影響范圍大，有較強(qiáng)的腐蝕速度，且受技術(shù)因素的影響，防護(hù)難度相對(duì)更高。管道附近是否存在雜散電流和其強(qiáng)度大小，以及是否需要采取防護(hù)措施，各國(guó)都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定是：當(dāng)管道上任意點(diǎn)的管地電位(以附近大地為基準(zhǔn)所測(cè)的管道對(duì)地的電位)正向偏移100毫伏，或管道附近土壤的電位梯度大于2.5毫伏/米時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)管道采取直流排流保護(hù)或其他防護(hù)措施。所謂直流排流保護(hù)，是用導(dǎo)線直接連接管道與電力鐵路變電所中的負(fù)極或回歸線即鐵軌，以把管道中流動(dòng)的雜散電流直接流回(不再經(jīng)大地)至電力鐵路的回歸線(鐵軌等)[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，天然氣事業(yè)的發(fā)展必定蒸蒸日上。但管線的腐蝕對(duì)油氣采集系統(tǒng)造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。雖然經(jīng)過(guò)多位學(xué)者的努力取得了很大的進(jìn)展，但是新的挑戰(zhàn)不斷展現(xiàn)在我們面前，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)油氣采集儲(chǔ)運(yùn)中腐蝕原因及時(shí)處理措施的研究，才能夠保證油氣工程的安全。

[1]任雲(yún).油氣采集儲(chǔ)運(yùn)中的腐蝕現(xiàn)狀及典型案例[J].化工管理，2014，27：89-90.

[2]劉強(qiáng)，陳奮華，宋生印，段博.原油輸油管線的泄漏原因[J].腐蝕與防護(hù)，2014，12：1283-1287.

[3]張志軍.淺析油氣儲(chǔ)運(yùn)中的管道防腐問題[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，16：107.

[4]周良棟，孫建波.油氣儲(chǔ)運(yùn)中的管道防腐問題分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，16：110.