油田工藝管道腐蝕與防腐措施研究

楊 璞

（大慶油田有限責(zé)任公司工程建設(shè)公司國際部，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

油田工藝管道腐蝕是指鋼管在內(nèi)外介質(zhì)的作用下（水，空氣，酸，堿，鹽，溶劑等）產(chǎn)生的破壞，按管道所處環(huán)境主要分為外腐蝕和內(nèi)腐蝕。工藝管道輸送的介質(zhì)為多相流，流體中油、氣、水及固體雜質(zhì)共存，且由于石油粘度系數(shù)較大，必須在一定的溫度和壓力下輸送[1]。油氣管道內(nèi)腐蝕主要是由于管內(nèi)輸送介質(zhì)中包含的H2O、O2、H2S、CO2、Cl-與鋼材形成原電池，管道外腐蝕主要是由于土壤中H2O、O2、以及酸堿的存在形成原電池，內(nèi)、外腐蝕均以電化學(xué)腐蝕為主，而純化學(xué)腐蝕和物理腐蝕在實(shí)際工程中比較少見。

1 工藝管道內(nèi)、外腐蝕機(jī)理

管道的電化學(xué)腐蝕是指管道內(nèi)外環(huán)境中的電解質(zhì)溶液（吸附在管材表面）與金屬管材分別作為原電池的陰陽兩極，陽極的管材發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，逐漸溶解，陰極的電解質(zhì)溶液發(fā)生還原反應(yīng)，在兩極間轉(zhuǎn)移電子[2]。工藝管道根據(jù)周圍土壤或輸送介質(zhì)的酸堿度不同，出現(xiàn)析氫腐蝕和吸氧腐蝕，當(dāng)管材表面吸附的電解質(zhì)溶液呈較強(qiáng)的酸性時(shí)，發(fā)生析氫腐蝕，當(dāng)酸性較弱時(shí)往往出現(xiàn)吸氧腐蝕。原電池發(fā)生氧化還原反應(yīng)如下：

析氫腐蝕

陽極：Fe－2e-=Fe2+

Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+

陰極：2H++2e-=H2

總反應(yīng)公式：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

根據(jù)以上公式，反應(yīng)過程中生成氫氣，同時(shí)溶液中的Cl-、S-等離子起到催化、加快腐蝕的作用，其數(shù)量不變。

吸氧腐蝕

陽極：Fe－2e-=Fe2+

陰極：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應(yīng)公式：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

根據(jù)以上公式，反應(yīng)過程中消耗一定量的氧氣。

無論是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕，產(chǎn)物均為2Fe（OH）2，是一種不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，最終均被氧化成Fe（OH）3，公式如下：

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

2 工藝管道腐蝕防護(hù)措施

（1）油田工藝管道在運(yùn)輸、存放、施工及投產(chǎn)期間的腐蝕是由于大氣腐蝕、水壓試驗(yàn)后管道內(nèi)的水未吹掃干凈引起的腐蝕[3]。運(yùn)輸、存放、施工期間主要是防雨、雪，封閉存放，內(nèi)、外壁防腐涂料及保護(hù)層破損處按原結(jié)構(gòu)補(bǔ)口補(bǔ)傷，同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行防腐相關(guān)的國家、行業(yè)施工標(biāo)準(zhǔn)；

（2）油田工藝管道的內(nèi)防腐可以根據(jù)輸送介質(zhì)的溫度、壓力、組成，選擇不同的管道材質(zhì)，其中非金屬管道如雙壁波紋管、玻璃鋼管、PE管及鋼骨架塑料復(fù)合管等防腐性能優(yōu)良，但因其脆性較大、抗壓能力弱、不易維修等特點(diǎn)，在油田工藝管道的應(yīng)用中仍無法取代鋼管；目前油田工藝管道仍以鋼管為主，為保證鋼管的使用壽命，可在管道內(nèi)壁噴涂防腐涂料或襯里作為防止管道內(nèi)腐蝕的基本措施，常用的防腐涂料有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧粉末等，輸送特殊介質(zhì)如水質(zhì)站的加藥管線，目前常用聚四氟乙烯做鋼管的襯里實(shí)現(xiàn)防腐。在輸送介質(zhì)中混入一定比例的緩蝕劑，可抑制鋼管內(nèi)壁的腐蝕，但加注緩蝕劑用量大，費(fèi)用較高，還應(yīng)與其它維護(hù)性防腐措施配套進(jìn)行，如管線清管等[4]；

（3）油田工藝管道外壁一般直接與空氣和土壤接觸，除低合金鋼、碳鋼本身具有一定的防腐功能外，還應(yīng)在其外壁噴涂防銹漆及絕緣防護(hù)層，使管道與外部環(huán)境的電解質(zhì)溶液最大限度隔離，抑制或降低電化學(xué)腐蝕的發(fā)生率。實(shí)際工程中，外防腐結(jié)構(gòu)和等級應(yīng)根據(jù)管道使用要求以及土壤腐蝕性等相關(guān)環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)性來確定，特殊地段（如河流穿越、道路穿越等）的管道防腐層宜比其它地段高一個等級，天然氣、輕烴等易燃介質(zhì)管道以及位于低洼地區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、穿越等特殊環(huán)境的管道外防腐宜采用3PE防腐層，定向穿越的管道宜采用可靠的防護(hù)措施；埋地非保溫管道可用聚乙烯膠粘帶、2PE、3PE、環(huán)氧煤瀝青防腐涂料防腐，埋地保溫管道可選用環(huán)氧樹脂涂料、環(huán)氧酚醛涂料以前聚乙烯膠粘帶、3PE等防腐層[5,6]；

（4）陰極保護(hù)法目前廣泛應(yīng)用于油田工藝管道防腐項(xiàng)目中，其本質(zhì)都是施加保護(hù)電流，遏制鋼管電子流失，按電源的不同分為犧牲陽極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法。外加電流陰極保護(hù)是通過在環(huán)境中增加外部直流電源，使被保護(hù)管道的電位在環(huán)境中最低以阻止自身電子的流失，從而達(dá)到保護(hù)管道的目的，該保護(hù)系統(tǒng)由直流電源、參比電極、地床及電纜等組成，一般應(yīng)用于土壤電阻率比較高的環(huán)境中或大型廠礦設(shè)備的陰極保護(hù)，比如油田站庫儲罐及大口徑長距離油氣管道等均采取此保護(hù)方式[7]。犧牲陽極陰極保護(hù)在工藝管道所處的電解質(zhì)溶液中增加一組更活潑的金屬電極，電化學(xué)反應(yīng)中該電極電位更低，是事實(shí)上的陽極，其電子不斷轉(zhuǎn)移至作為陰極的金屬管道上，降低管道電位，該種陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由陽極（一般土壤中是鎂陽極、海水中為鋁、鋅陽極）、填包料（主要由75%的硫酸鈣，20%的膨潤土和5%硫酸鈉混合而成）、測量樁及導(dǎo)線組成，實(shí)際工程中常用于小口徑的集輸管網(wǎng)、小型含鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物的防腐，同樣要求土壤電阻率不能過高，且受當(dāng)?shù)毓╇姉l件限制。

3 結(jié)語

綜上所述，油田工藝管道的運(yùn)行需要日常性維護(hù)和平時(shí)操作的正常巡檢。尤其在管道防腐領(lǐng)域，應(yīng)針對性分析管道內(nèi)、外腐蝕性機(jī)理，將防腐措施和方案貫徹于管網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工、使用和后期維護(hù)全階段。有針對性制定經(jīng)濟(jì)科學(xué)的防腐措施，全方位使用復(fù)合涂層外防腐、加注緩蝕劑、陰極保護(hù)等防腐措施，保證工藝管道長治久安的運(yùn)行。