油氣集輸管道內(nèi)腐蝕防護(hù)技術(shù)

吳濤 中國(guó)石化河南油田分公司采油一廠

油氣集輸管道內(nèi)腐蝕防護(hù)技術(shù)

吳濤 中國(guó)石化河南油田分公司采油一廠

油氣集輸管道腐蝕防護(hù)技術(shù)的研究對(duì)管道防腐具有重要的作用和意義。在分析集輸管道內(nèi)腐蝕機(jī)理和腐蝕特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)行CO2腐蝕、CO2和H2S共同腐蝕兩種室內(nèi)掛片實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：集輸管道內(nèi)腐蝕受腐蝕介質(zhì)的礦化度、溫度、CO2分壓、H2S含量的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出幾種科學(xué)有效的腐蝕防護(hù)技術(shù)，以減小管道內(nèi)腐蝕的腐蝕速率。

集輸管道；內(nèi)腐蝕；防護(hù)技術(shù)；實(shí)驗(yàn)

1 腐蝕實(shí)驗(yàn)分析

1.1實(shí)驗(yàn)原理

采用室內(nèi)掛片實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)失重計(jì)算原理觀察腐蝕現(xiàn)象，確定腐蝕機(jī)理和影響因素。根據(jù)我國(guó)油田原油集輸管道的材料特征，選擇20#鋼材作為實(shí)驗(yàn)材料，打磨成50mm×20mm×3mm尺寸規(guī)格，同批材料樣品確保同等規(guī)格。計(jì)算試片表面積為24.0±0.1cm2，對(duì)所有試片進(jìn)行打磨拋光，確保表面所有地方光潔度一樣，分次放入高溫丙酮、無(wú)水乙醇中進(jìn)行脫脂、脫水處理，干燥處理后測(cè)量重量。實(shí)驗(yàn)后，將腐蝕的試片放入酸清洗液中進(jìn)行腐蝕物清除，烘干計(jì)算剩下的試片重量，得出失重ΔM，則可以根據(jù)以下公式計(jì)算腐蝕速率

式中V為平均腐蝕速率（mm/a）；ΔM為試片失重量（g）；S為試片腐蝕面積（cm2）；t為腐蝕時(shí)間（h）；ρ為試片密度（g/cm3）。

1.2 CO2腐蝕實(shí)驗(yàn)

對(duì)我國(guó)油田原油集輸管道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，普通條件下CO2的分壓一般都在0.2MPa以下，開(kāi)采出水的礦化度在220000mg/L以下，Cl—的含量小于132000mg/L，工作溫度為40～60℃。本文選擇普通條件溫度50℃作為對(duì)比，共用兩個(gè)試片；介質(zhì)礦化度實(shí)驗(yàn)組確定條件為礦化度280000mg/L，Cl—含量168000mg/L，溫度50℃，兩個(gè)試片；介質(zhì)溫度實(shí)驗(yàn)組選擇30℃、50℃、70℃三種溫度，各一個(gè)試片；CO2分壓實(shí)驗(yàn)組選擇0.1、0.2和0.3MPa三種分壓條件，各一個(gè)試片，溫度50℃。實(shí)驗(yàn)環(huán)境全部定為液相環(huán)境，每組選擇兩個(gè)試樣試片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理公式計(jì)算腐蝕速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 管道掛片實(shí)驗(yàn)CO2腐蝕結(jié)果

對(duì)溫度的影響進(jìn)行分析，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 溫度對(duì)CO2腐蝕速率的影響

1.3 CO2與H2S共同腐蝕實(shí)驗(yàn)

通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，我國(guó)油田集輸管道H2S含量一般在1000～30000g/cm3，因此本文普通條件選擇H2S含量為3000g/cm3，CO2的分壓0.2MPa，介質(zhì)的礦化度220000mg/L，Cl—含量132000mg/L，工作溫度50℃。對(duì)比組選擇H2S含量為3000g/cm3，兩個(gè)試片；介質(zhì)礦化度實(shí)驗(yàn)組確定條件為礦化度280000mg/L，Cl—含量168000mg/L，溫度50℃，兩個(gè)試片；介質(zhì)溫度實(shí)驗(yàn)組選擇30℃、50℃、70℃三種溫度，各一個(gè)試片；H2S含量實(shí)驗(yàn)組選擇500、1000、3000和30000g/cm3四種含量，各一個(gè)試片，溫度50℃。實(shí)驗(yàn)環(huán)境全部定為液相環(huán)境，每組選擇兩個(gè)試樣試片進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理公式計(jì)算腐蝕速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：H2S含量為3000g/cm3，CO2的分壓0.2MPa，介質(zhì)礦化度220000mg/L，Cl—含量132000mg/L，溫度50℃的普通條件下，試片的平均腐蝕速率為0.1455 mm/a，大于0.125mm/a，屬于嚴(yán)重腐蝕。在保持其他條件不變，只改變介質(zhì)礦化度為280000mg/L，Cl—含量168000mg/L時(shí)，試片的平均腐蝕速率為0.157mm/a，腐蝕速率明顯增大，屬于嚴(yán)重腐蝕。這說(shuō)明，介質(zhì)礦化度越大，對(duì)集輸管道內(nèi)腐蝕的影響越大。

對(duì)溫度的影響進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：管道CO2和H2S共同內(nèi)腐蝕的速率隨溫度的上升而加快，當(dāng)溫度為50℃時(shí)，腐蝕速率為0.146mm/a，大于0.125mm/a，屬于嚴(yán)重腐蝕；當(dāng)溫度繼續(xù)上升為70℃時(shí)，腐蝕速率為0.244mm/a，雖然小于0.254mm/a，但仍屬于嚴(yán)重腐蝕，且腐蝕加劇。由實(shí)驗(yàn)可知，管道內(nèi)腐蝕的速率隨H2S含量的增大先升高后降低，當(dāng)H2S含量為500g/cm3時(shí)，腐蝕速率為0.179mm/a，大于0.125mm/a，屬于嚴(yán)重腐蝕，然后腐蝕速率出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這是由于腐蝕物質(zhì)形成薄膜阻礙了腐蝕加?。划?dāng)H2S含量為30000g/cm3時(shí)，腐蝕速率為0.176mm/a，屬于嚴(yán)重腐蝕。這說(shuō)明，集輸管道內(nèi)腐蝕因溫度的升高而加劇，隨著H2S含量的升高先是減弱后又加劇腐蝕。

2 內(nèi)腐蝕防護(hù)技術(shù)措施

由室內(nèi)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，CO2腐蝕、CO2和H2S共同腐蝕等都屬于嚴(yán)重腐蝕，容易造成集輸管道的穿孔損壞等，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，還容易導(dǎo)致事故發(fā)生。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出以下幾種科學(xué)有效的腐蝕防護(hù)技術(shù)，以減小管道內(nèi)腐蝕的腐蝕速率。

2.1 添加緩蝕劑

添加緩蝕劑是一種從本源上控制集輸管道內(nèi)腐蝕或延緩腐蝕速率的方法。油田集輸管道防腐技術(shù)一般使用有機(jī)緩蝕劑，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是不改變管道介質(zhì)條件，起到良好的防腐效果；二是成本低，操作簡(jiǎn)單；三是可根據(jù)不同環(huán)境或不同管道材質(zhì)等選取不同的緩蝕劑。緩蝕劑的選擇必須考慮能保護(hù)集輸管道金屬材質(zhì)、腐蝕介質(zhì)等，還需要考慮緩蝕劑是否有毒性等。CO2腐蝕、H2S腐蝕應(yīng)采取吸附性緩蝕劑，如CT2-4、T2-14、CZ3-1Z等，使腐蝕物質(zhì)吸附在集輸管道內(nèi)表面形成保護(hù)膜，從而達(dá)到抑制腐蝕的目的。

2.2 管道內(nèi)涂層和襯里防腐技術(shù)

對(duì)集輸管道進(jìn)行內(nèi)表面涂層防腐，它是通過(guò)涂層的隔離效果隔絕腐蝕介質(zhì)和集輸管道內(nèi)表面的接觸，從而達(dá)到防腐效果。使用管道內(nèi)涂層和襯里防腐技術(shù)不但能夠有效防止管道內(nèi)腐蝕的產(chǎn)生和加劇，還可以節(jié)約大量的集輸管材和維修、維護(hù)費(fèi)用。此外，管道內(nèi)涂層和襯里防腐技術(shù)可使管道內(nèi)表面光滑，避免堵塞和事故的發(fā)生。CO2腐蝕、H2S腐蝕可以選擇有機(jī)涂層和襯里含有環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯以及環(huán)氧粉末等。

2.3 改變集輸管道環(huán)境的腐蝕防護(hù)技術(shù)

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，集輸管道內(nèi)部CO2腐蝕及H2S腐蝕與工作環(huán)境溫度、介質(zhì)的礦化度、CO2的分壓、H2S含量等有密切關(guān)系，所以改變管道環(huán)境可以達(dá)到防腐效果。一是降低腐蝕介質(zhì)的濃度，控制好透氣度，可以降低介質(zhì)中H2S濃度、Cl—含量和介質(zhì)礦化度；二是通過(guò)保溫措施等降低管道內(nèi)部溫度，降低內(nèi)腐蝕速率；三是根據(jù)實(shí)際集輸管道特征對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行修改，加強(qiáng)集輸管道內(nèi)腐蝕防護(hù)。

2.4 加強(qiáng)日常監(jiān)測(cè)和維護(hù)工作

對(duì)原油集輸管道內(nèi)腐蝕進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)管道彎頭、匯管、立管、焊縫等重要部位進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。做好日常集輸管道腐蝕維護(hù)工作，對(duì)局部或部分腐蝕的管段進(jìn)行更換；對(duì)整條管道內(nèi)腐蝕嚴(yán)重的管道更換為復(fù)合管；對(duì)部分腐蝕的管段進(jìn)行修復(fù)。

3 結(jié)語(yǔ)

油氣集輸管道腐蝕防護(hù)技術(shù)的研究對(duì)管道防腐具有重要的作用和意義。根據(jù)我國(guó)油田原油集輸管道的特征，對(duì)集輸管道內(nèi)表面CO2腐蝕和H2S腐蝕的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，明確了管道CO2腐蝕、CO2和H2S共同腐蝕情況下管道內(nèi)腐蝕的腐蝕速率、腐蝕影響因素等影響特征。實(shí)驗(yàn)表明，集輸管道內(nèi)腐蝕受腐蝕介質(zhì)礦化度、溫度、CO2分壓、H2S含量的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和內(nèi)腐蝕特征，提出了幾種有效的集輸管道內(nèi)腐蝕防護(hù)技術(shù)。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.056