對一條穿越海底灘涂的原油管道的防腐分析

屈 威，屈曉禾，劉亞賢

（1. 中國石油天然氣集團公司廣西石化公司儲運一部，廣西 欽州 535008；2. 中石油云南石化有限公司，云南 安寧 650399；3.中國石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運分公司，廣西 欽州 535000）

對一條穿越海底灘涂的原油管道的防腐分析

屈 威1，屈曉禾2，劉亞賢3

（1. 中國石油天然氣集團公司廣西石化公司儲運一部，廣西 欽州 535008；2. 中石油云南石化有限公司，云南 安寧 650399；3.中國石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運分公司，廣西 欽州 535000）

輸油管道途徑海灘并置于沿海濕熱高溫鹽霧環(huán)境下，環(huán)境對管道影響，尤其對管道的腐蝕是顯而易見的。本文對一條油碼頭至儲存庫的8km輸油管道進行腐蝕防護分析，討論如何加強輸油管道防護，使之安全長周期運行又避免因腐蝕原因發(fā)生泄漏，造成環(huán)境污染。同時對輸油管線所處地質(zhì)條件、環(huán)境、自身防腐保護設(shè)施等方面進行全面分析，以便采取相應(yīng)的技術(shù)手段，確保管道處于最優(yōu)的防腐保護狀況下。

腐蝕；犧牲陽極保護；交流排流；穿跨越；土壤電阻率；絕緣接頭

1 管道概況

某輸油管道（管道直徑為DN800）全長8.1km，起自原油碼頭庫圍墻外。管道出碼頭庫后架空敷設(shè)在管架上約1.495km，之后離開管架埋地敷設(shè)到江西岸（此處為江海交匯口，處于航道），穿越長度1.4km，其中航道650m，過江后繼續(xù)埋地敷設(shè)，到達管道終點。埋地管道一般地段外防腐涂層采用3層PE普通級防腐，大型河流穿越、Ⅱ級及以上帶套管公路穿越采用加強級防腐。架空管道防腐方面，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和外露管道采用底漆為70μm的環(huán)氧富鋅漆，中間漆為70μm的環(huán)氧云鐵漆，面漆為80μm的丙烯酸聚氨酯漆。

2 對管道腐蝕防護設(shè)施的分析

金屬管道腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。其陽極反應(yīng)為：2Fe→2Fe2++4e，表明Fe因失去電子而游離出金屬表面，形成金屬腐蝕[1]。

2.1 環(huán)境腐蝕

2.1.1 氣候環(huán)境腐蝕性

輸油管道敷設(shè)地屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，具有亞熱帶向熱帶過渡性質(zhì)的海洋季風(fēng)氣候特點。由于沿海地帶空氣濕度常年處于高濕狀態(tài)，不可避免地會在金屬管道表面形成水膜。同時含鹽分的海水混入大氣，致使低空大氣中含鹽分較多，鹽分溶解在金屬表面水膜中，形成良好的電解質(zhì)溶液，對金屬管道造成腐蝕。具體原因分析如下：

1）礦化度增高，電解液中無機鹽濃度加大，導(dǎo)電率加大，致使電化學(xué)腐蝕速度加快。

2）海洋中氯離子濃度高，易發(fā)生點腐蝕。由于氯離子半徑小，極化度高，具有極強的穿透性，易有限吸附于金屬表面，同時具有吸濕性[2]，破壞金屬表面涂層或銹層致密性，在有縫隙及應(yīng)力集中的小孔富集區(qū)，造成孔蝕、垢下腐蝕和縫隙腐蝕。

3）形成氧濃差電池。同一金屬表面出現(xiàn)不同的電極電位，氧濃度大的區(qū)域電位高為陰極。

4）高溫加速腐蝕速度。管道所處地區(qū)常年處于高溫，根據(jù)電化學(xué)理論，界面反應(yīng)速度常數(shù)和擴散系數(shù)都與溫度呈指數(shù)關(guān)系，因此溫度的升高將提高各種離子在導(dǎo)電介質(zhì)（如水）中的傳輸速度，大大加快金屬的腐蝕速度。

本輸油管道架空管道防腐采用的方案為常規(guī)防腐，在沿海鹽霧高濕度高溫環(huán)境下難免會發(fā)生腐蝕。應(yīng)加強專業(yè)檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理防腐層漏損處。必要時可實施氣相陰極保護技術(shù)。

2.1.2 土壤腐蝕性

管道線路經(jīng)過場地為近岸淺海，地面均被海水淹沒，屬海陸交互沉積地貌，地形略有起伏，沿線分布軟泥類土及松散砂層。管頂一般覆土1.2m。

土壤具有多相性和毛細管多孔性，常形成膠體體系，可看作腐蝕性電解質(zhì)。在干燥且透氣性良好的土壤中其陽極過程的進行方式接近于鐵在大氣腐蝕的陽極行為。濕度在10%～20%范圍內(nèi)，土粒粘合成小團塊，增加了介質(zhì)的不均勻性，改變了同金屬面接觸的固氣相比，接觸固相的陽極面積縮小使腐蝕電流更集中，形成明顯局部腐蝕[3]。土壤的透氣性、含水率、電阻率為影響腐蝕的主要因素，這點從土壤電阻率與腐蝕關(guān)系（表1）可以看出。

表1 土壤電阻率與腐蝕關(guān)系

土壤介質(zhì)的不均勻性主要是土壤透氣性不同引起的。在不同透氣條件下氧的滲透速度變化幅度很大，強烈影響著和不同區(qū)域土壤相接觸的金屬各部分的電位，這是促使形成氧濃差腐蝕電池的基本因素。由此可以得出，在管道埋設(shè)過程中要保證回填土的均勻性，回填土的密度要均勻，盡量不要夾帶雜物，并對土壤的電阻率進行測量，一旦電阻率低于20Ω·m，就必須采取相應(yīng)措施。含水率偏高處要防止硫酸鹽還原菌生成。

2.2 陰極防護

管道埋地段采用3層PE防腐層進行外防腐，外加犧牲陽極進行陰極保護。對于架空管道，不采取陰極保護措施，在架空管道入地處及埋地管道進庫前，應(yīng)設(shè)置絕緣接頭。

2.2.1 犧牲陽極保護

埋地段管道途經(jīng)地區(qū)為淺海灘涂吹填而成，土壤對管道腐蝕性較強。由于輸油管道都沿現(xiàn)有及規(guī)劃的道路敷設(shè)，道路兩側(cè)均有高壓電線，可采用犧牲陽極法保護埋地管道。現(xiàn)場具體設(shè)置為：每間隔500m設(shè)1組鎂犧牲陽極，每組采用2支鎂陽極，陽極通過測試樁與管道連接。犧牲陽極安裝位置可根據(jù)現(xiàn)場實際情況在上述位置前后100m范圍內(nèi)適當調(diào)整，共計12組。

由現(xiàn)場情況可看出，管道設(shè)置絕緣接頭數(shù)量不足，沒有實現(xiàn)管道起端、管道穿越江河進出兩端等處的電絕緣設(shè)置，不同防腐層間未設(shè)電絕緣裝置[4]。這就造成了保護電流不能被隔斷，未進行陰極保護的管道出現(xiàn)部分通電。

過江穿越與埋地陰極保護為一體，未進行絕緣裝置隔離。穿越處處于江入?？冢Ｋ疂q潮時管線穿越地段處在海水浸泡區(qū)域，屬海底敷設(shè)管線。對于海底穿越管道與路上管道采取的陰極保護系統(tǒng)絕對不能成為一體（電解質(zhì)不同），應(yīng)分別設(shè)置并用絕緣接頭等設(shè)施予以隔離。

犧牲陽極與被保護金屬的電位差僅幾百毫伏，發(fā)出的電流一般是毫安級的，所以犧牲陽極保護的范圍不如外加電流陰極保護的范圍大，而且要消耗一定量的有色金屬，受介質(zhì)電阻率的限制。在這種狀態(tài)下，就顯得犧牲陽極保護裝置設(shè)置略顯不足。

2.2.2 雜散電流與交流排流

管道埋地段與交流高壓電纜敷設(shè)并行交叉，埋地電纜與管道相距僅5m左右。管道中存有較強的雜散電流，且隨高壓線距離減小而增強，其中阻性耦合、感性耦合為主要干擾形式。感性耦合是管道與強電線路接近，交變相電流周圍產(chǎn)生磁場作用而在管道上產(chǎn)生二次交流電壓時發(fā)生，正常情況下管道主要受此影響[5]。據(jù)有關(guān)資料介紹，距離高壓線路200m以外時，管道才不受影響。鑒于此，應(yīng)在管道與高壓電纜并行交叉段測量管地電位與電位梯度，若橫向電位梯度2.5mV·m-1，管地電位偏移的幅值大于100mV，說明雜散電流偏大，表明超警戒值，應(yīng)采取排流措施[6]。

電位梯度的正負還可以確定出雜散電流在管道的流入流出方向，判斷排流位置。交流排流系統(tǒng)設(shè)置建議采用犧牲陽極接地方式排流，也可采用接地排流方案。

2.3 管道內(nèi)腐蝕

管道輸送的油品為原油，輸送溫度為：中東的中輕質(zhì)含硫原油為常溫，蘇丹PF混合原油為45℃，委內(nèi)瑞拉重油為38.5℃。管道設(shè)計壓力為2.5MPa。管道間歇運行，設(shè)通球設(shè)施用于清蠟。

由于輸送介質(zhì)含硫且間歇運行，管道內(nèi)部會發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）和氫致開裂（HIC），危及管道安全運行，這點要引起高度重視，并應(yīng)采取相應(yīng)防范措施。具體為：

2.3.1 添加緩蝕劑

緩蝕劑分無機和有機緩蝕劑兩類。中性介質(zhì)多使用無機緩蝕劑，以鈍化型和沉淀型為主。酸性介質(zhì)添加緩蝕劑其原理是在金屬表面形成非金屬吸附膜，隔離溶液與金屬，對于間歇運行的原油管道尤為適用，但也要綜合考慮殺菌劑、破乳劑、防蠟劑、除垢劑等其它種類化學(xué)藥劑配比及對生產(chǎn)裝置加工原油的影響[7-8]。

2.3.2 通球作業(yè)

通球作業(yè)可以將管內(nèi)壁含硫、雜質(zhì)沉積物（尤其是無機鹽）從管道內(nèi)清除，減少對管道的腐蝕。

2.4 管道穿跨越腐蝕防護分析

穿江段管道水平段管頂標高為-22.2m。管道穿越處采用加強級防腐層，未采取防腐保護技術(shù)。穿越段土壤電阻率值為7.4～18.4Ω·m，綜合評價穿越段土壤對鋼質(zhì)管道具強腐蝕性[9]。由于管道防腐層（外涂層）制造安裝過程不能確保無瑕疵，這就會在局部管道河（海）底發(fā)生腐蝕，在電解質(zhì)優(yōu)良的環(huán)境下，腐蝕速度更加驚人。一旦腐蝕泄漏影響巨大，因此有必要對管道穿跨越段采取陰極保護防腐措施。鑒于穿越段航道距離長650m，可考慮采取犧牲陽極陰極保護措施。

2.5 微生物腐蝕

凡是同水、土壤或濕潤空氣相接觸的金屬設(shè)施都可能遭到微生物的腐蝕。尤其是硫酸鹽還原菌（Sulfate reducing bacteria,SRB），是以有機物為養(yǎng)料的厭氧菌，廣泛分布于pH值6～9的土壤、海水、河水、淤泥、地下管道、油氣井、港灣及銹層中，最適宜的生長溫度是20～30℃,可以在高達50～60℃的溫度下生存。據(jù)報道，美國生產(chǎn)油井發(fā)生的腐蝕，70%是由硫酸鹽還原菌造成的。管道敷設(shè)地正處于硫酸鹽還原菌適宜生存成長環(huán)境，它的腐蝕過程是電化學(xué)過程，因此對于由硫酸鹽還原菌引起的管道腐蝕要有足夠的重視。

3 結(jié)論

沿海原油輸送管道的防腐要予以高度重視，這關(guān)系到管道的安全和長周期運行。對于已建成管道要注意：

1）日常檢查中應(yīng)對防腐涂層破損、老化情況及時發(fā)現(xiàn)并整改，減少環(huán)境對管道本體的腐蝕影響。敷設(shè)線路工況變化時應(yīng)及時復(fù)原，如由架空管線進入埋地段處，管線發(fā)生水浸泡，要及時消除水浸情況。

2）嚴格按照相關(guān)的管道防腐規(guī)范整改現(xiàn)有防腐技術(shù)問題。如管道穿越段與埋地敷設(shè)段沒有設(shè)置絕緣接頭設(shè)施，且穿越段沒有設(shè)置陰極保護設(shè)施的，原有的埋地段采用犧牲陽極陰極保護裝置數(shù)量不能達到保護管道不被腐蝕的要求的，都應(yīng)及時整改。

3）針對管道與高壓電纜并行相距較近的情況，應(yīng)對管道管地電位、土壤電位梯度等指標進行專業(yè)測定，采取交流雜閃電流排流等保護設(shè)施，消除雜閃電流對管道的腐蝕。

4）加強管道內(nèi)壁防護。結(jié)合管道間歇性運行的方式，可依據(jù)運行情況適時進行通球作業(yè)，避免腐蝕性物質(zhì)在管道內(nèi)沉積；同時可采用添加緩蝕劑的方式降低管道內(nèi)壁的腐蝕。

[1] 萬德立，郜玉新，萬家瑰.石油管道、儲罐的腐蝕及其防護技術(shù)（第2版）[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

[2] 張智，何仁洋，黃輝.海洋大氣環(huán)境管道的腐蝕研究[J],化學(xué)工程與設(shè)備，2010(2)： 170-171.

[3] 何斌，孫成，韓恩秀，等.不同濕度土壤中硫酸鹽還原菌對碳鋼腐蝕的影響[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2003，15(1)：1-4.

[4] GB/T 21448-2008，埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 尚秦玉，許進，尚思賢.高壓線路對地下輸油管道中雜閃電流影響規(guī)律[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2007，19(15)：371-372.

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[7] 張炬，陳振棟.海底管道腐蝕與防護措施研究現(xiàn)狀[J].腐蝕研究，2015，29(6)：55-57.

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[9] SY/T 0053-2004，油氣田及管道巖土工程勘察規(guī)范[S].

Corrosion Analysis of Crude Oil Pipeline Crossing Ocean Beaches

QU Wei1, QU Xiaohe2, LIU Yaxian3
(1. Guangxi Petrochemical Company, Qinzhou 535008, China; 2. Yunnan Petrochemical Company, CNPC, Anning 650399, China; 3.Qinzhou Scheduling Transportation Company, South China Marketing Company, CNPC, Qinzhou 535000, China)

TE 98

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1671-9905(2017)01-0044-03

屈威，高級工程師，1988年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院，碩士?，F(xiàn)從事煉化企業(yè)儲運系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。電話：15907773317，E-mail: quwei@petrochina.com.cn

2016-11-23