集輸站管道腐蝕穿孔原因分析

杜全慶 劉華桐 馬莎莎

摘要：集輸站在運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)管線腐蝕穿孔現(xiàn)象，對(duì)站內(nèi)系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。通過對(duì)腐蝕產(chǎn)物、腐蝕環(huán)境、防腐層狀況的判斷以及腐蝕因素的分析，文章分析了集輸站管道腐蝕穿孔的原因和穿孔機(jī)制。通過分析研究，認(rèn)為油井酸化返排酸液體進(jìn)入到集輸站內(nèi)含有的S2-是導(dǎo)致管道腐蝕穿孔的主要影響因素。如果集輸系統(tǒng)含有SRB，流體流速慢的情況下，水和CL-含量高也是導(dǎo)致管道腐蝕穿孔的重要誘因。在此基礎(chǔ)上，文章對(duì)腐蝕控制措施提出了解決對(duì)策和建議，對(duì)管道腐蝕穿孔預(yù)防與治理具有一定的價(jià)值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：集輸站;腐蝕穿孔;預(yù)防

1 集輸站管道外腐蝕分析

2019年對(duì)集輸站管道進(jìn)行了完整性安全檢測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)防腐層漏損點(diǎn)利用PCM和A字駕也進(jìn)行了檢測(cè)。完整性檢測(cè)和管道開挖結(jié)果都顯示，管道大部分防腐層完整性良好，只有前期由于管線泄露采用打卡子方式修復(fù)點(diǎn)存在防腐層損壞情況。按照埋地管道防腐檢測(cè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)站內(nèi)管道所處環(huán)境進(jìn)行測(cè)定與分析，主要參數(shù)有土壤電阻率、氧化還原電位、土壤PH值、土壤成分等。通過對(duì)取樣樣品的實(shí)驗(yàn)室理化性質(zhì)分析，可以確定土壤的含水率、礦化度、氯根含量等，按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤腐蝕性能進(jìn)行等級(jí)界定，結(jié)果顯示，集輸站管道周邊土壤環(huán)境腐蝕性等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果為II級(jí)（較弱），也就是說，土壤的埋地管道具有較弱的腐蝕性[1]。

2 集輸管道內(nèi)腐蝕分析

2.1 管道內(nèi)輸送的介質(zhì)

集輸輸送的介質(zhì)為采出原油，由于采出液中往往含有氯根，如果礦化度較高，對(duì)鋼制管線容易產(chǎn)生腐蝕，并且超過一定含量后會(huì)加劇腐蝕速度。如果分離后混合液中含有S2-，在酸性或者偏酸性的環(huán)境中會(huì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硫化物，主要成分為HS- 和H2S，這些產(chǎn)物的存在會(huì)極大的加速管道腐蝕速度。

2.2 酸化返排酸對(duì)腐蝕穿孔的影響

油井酸化增產(chǎn)已經(jīng)成為提高油田產(chǎn)量的重要手段，酸化的返排液進(jìn)入集輸站后也會(huì)對(duì)管道的腐蝕穿孔產(chǎn)生影響。在目前的集輸流程中，需要酸化返排液進(jìn)入系統(tǒng)前沒有任何處理，而酸液的PH通常在1-2的區(qū)間，返排酸的PH通常在3-4的區(qū)間，進(jìn)入系統(tǒng)稀釋后PH通常在5-6的區(qū)間，具有較強(qiáng)的腐蝕性。在酸液返排至集輸系統(tǒng)后，二價(jià)鐵的含量通常會(huì)高于10 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)，可以佐證酸液返排液對(duì)集輸管道產(chǎn)生了強(qiáng)烈的腐蝕性[2]。

2.3 腐蝕產(chǎn)物分析

在對(duì)腐蝕穿孔的管道維護(hù)更換過程中，現(xiàn)場(chǎng)取樣觀察可見在管道的內(nèi)壁上附有0.6-1.7cm的黑色硬質(zhì)沉積物，并且大部分分布在管道與分離出的水的接觸面，可以說，管道內(nèi)沉積物的分布和管道內(nèi)油水分布規(guī)律一致。將附著物取下后，為黑色硬塊。滴入酸液如鹽酸后，會(huì)產(chǎn)生氣泡，伴隨臭雞蛋的氣味，表明有H2S氣體的產(chǎn)生，而且硬塊中含有FeS成分，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeS+2HCl→H2S↑+Fe 2+ +2Cl-。H2S氣體的形成表明，在管道腐蝕穿孔行為中，S2- 和SRB也參與了腐蝕反應(yīng)。

3 腐蝕穿孔機(jī)制探討

集輸管道輸送的介質(zhì)如果沒有返排酸的進(jìn)入，通常呈現(xiàn)中性或者弱堿性，混合液中的SRB繁殖會(huì)產(chǎn)生S2-，且二者處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。S2-含量越高，對(duì)SRB的繁殖抑制性越強(qiáng)。

集輸管道輸送介質(zhì)在不受酸化返排影響。在中性介質(zhì)中，SRB含量較少，且S2-的腐蝕性較低，對(duì)管道整體腐蝕速率小。在PH值的影響下，油氣水分離出的礦物質(zhì)會(huì)在管道內(nèi)壁結(jié)垢，久而久之對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕。當(dāng)管道進(jìn)入油井酸化返排液時(shí)，管道中的殘酸會(huì)降低管道內(nèi)的PH值。這種情況下，氫離子會(huì)和管道內(nèi)壁的鋼材發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕（Fe→Fe 2+ +2e）。同時(shí)，酸性或者弱酸性介質(zhì)環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生H2S和HS -，在水環(huán)境下，H2S會(huì)顯著加劇管道內(nèi)壁腐蝕速率。在輸送完含有酸化返排液的混合液后，管道內(nèi)的PH值變成中性或者偏堿性，如果管道內(nèi)流速下降，腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的固體腐蝕物和其他固體物質(zhì)會(huì)沉積在管道壁上形成沉積層。由于沉積物的分布不均勻，在不同位置形成不同厚度，對(duì)管道壁的保護(hù)作用也不一樣，同時(shí)加上SRB影響，在一些位置會(huì)產(chǎn)生腐蝕活化點(diǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生垢下腐蝕。一旦形成垢下腐蝕，在活化點(diǎn)位置會(huì)造成S2-離子擴(kuò)散速度慢，而其他位置處的S2-離子含量多?；罨c(diǎn)內(nèi)外金屬構(gòu)成活態(tài)—鈍態(tài)微電偶腐蝕電池，活化點(diǎn)位置金屬為陽極，其他位置金屬為陰極，具有大陰極——小陽極的面積比，陽極電流密度很大，垢下腐蝕不斷加深。

當(dāng)垢下腐蝕發(fā)展到一定程度后，會(huì)逐漸產(chǎn)生孔蝕?？變?nèi)發(fā)生陽極溶解，反應(yīng)為Fe→Fe2+ +2e。介質(zhì)為中性偏堿性，F(xiàn)eS等腐蝕產(chǎn)物和CaCO3 等沉積物在孔口堆積，逐漸形成閉塞電池。閉塞電池形成后，孔內(nèi)介質(zhì)相對(duì)于孔外介質(zhì)呈滯留態(tài)，溶解的陽離子不易往外擴(kuò)散，孔外S2-等離子也不易擴(kuò)散進(jìn)來，隨孔內(nèi)金屬陽離子濃度增加，孔外Cl - 由于體積較小，會(huì)遷入孔內(nèi)維持電中性，使孔內(nèi)形成氯化物的高濃度溶液。點(diǎn)蝕孔內(nèi)氯化物水解，產(chǎn)生更多的H+、Cl -，使溶液pH下降，酸度增加，促使陽極溶解進(jìn)一步加快，形成自催化酸化，由于自催化酸化作用使蝕孔不斷向深處發(fā)展，直至把金屬斷面蝕穿[3]。

4結(jié)論及建議

（1）內(nèi)部局部腐蝕穿孔是集輸腐蝕泄漏的主要原因，管道現(xiàn)有外防腐（保溫）方式能夠有效防止土壤對(duì)集輸管道的腐蝕。油井酸化后返排殘酸直接進(jìn)入集輸系統(tǒng)導(dǎo)致集輸系統(tǒng)內(nèi)輸送介質(zhì)pH值降低，H + 與介質(zhì)中的S2- 和Cl -共同作用導(dǎo)致的管內(nèi)部局部腐蝕是集輸管道腐蝕穿孔的主要原因。集輸管道內(nèi)SRB、低流速、高含水和高氯離子含量一定程度上加速了局部腐蝕的形成，是集輸管道腐蝕穿孔的重要輔助因素。

（2）建議將返排殘酸收集至指定場(chǎng)所進(jìn)行處理或在油井酸化返排期間在井口添加中和劑或緩蝕劑以防止油井酸化返排對(duì)集輸系統(tǒng)的腐蝕;持續(xù)檢測(cè)和控制SRB數(shù)量，防止細(xì)菌腐蝕;在新建管線前，進(jìn)行腐蝕因素分析和管材耐蝕性評(píng)價(jià)，考慮酸化、SRB等腐蝕因素進(jìn)行材質(zhì)優(yōu)選或優(yōu)化管道防腐蝕方法;對(duì)在用管道開展管道完整性管理，掌握管道腐蝕狀況，避免突發(fā)泄漏事故。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮建強(qiáng).昆北油田切6、切12井區(qū)產(chǎn)能地面建設(shè)工程[Z].海西：青海油田采油二廠，2018：20-31.

[2] 何仁洋，陶雪榮，黃輝，等.埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)：GB/T 19285—2014[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018：6-7.

[3] 伍遠(yuǎn)輝，羅宿星，張顯群，等.氯離子含量對(duì)黃壤土中碳鋼腐蝕行為的影響[J].腐蝕研究，2017，25（5）：41-45.