淺析油氣管道腐蝕原因及影響因素

方 勇 陳景楊

（1. 西安石油大學 石油工程學院，陜西 西安 710065；2. 西安石油大學 西部低滲—特低滲透油田開發(fā)與治理教育部工程研究中心，陜西 西安 710065）

0 引言

油氣管道輸送作為主要輸送方式之一，有著不可或缺的優(yōu)點，目前已得到大力發(fā)展。截止到2017年時，在世界范圍內，大約已經建成3800條油氣輸送管道，其長度接近2×106km。在我國油氣管道長度接近1.2×105km，形成了貫穿全國的油氣輸送網絡，其對我國能源發(fā)展起到了不可替代的作用，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

早在1970年，國外就已經開始對油氣管道的腐蝕現象進行了研究，并且取得了一定的成果。在1991年時，美國就頒布了相應標準ASME-B31G[1]。到了2000年，隨著計算機技術的普及，更多的應用模擬軟件也逐步硬要的管道腐蝕的研究中，其中主要以有限元模擬為主，初步得出了腐蝕與管道載荷之間的關系。Pyun L等人根據管道的長度及腐蝕范圍進行研究，明確了各種因素可能造成的管道失效概率[2]。2009年，Caleyo等人建立了埋地管道的腐蝕預測模型，通過蒙特卡洛法比較準確的預測了相關腐蝕的結果[3]。Bush等人通過搜集相關事故報道及文獻，統(tǒng)計分析了管道受到腐蝕后的失效概率，進而對可能造成事故的概率進行了預測，實現了海底管道腐蝕的統(tǒng)計學預測新方法[4]。Puente等人對管線的不同位置進行腐蝕程度測量，根據預測的腐蝕速率對現場實際腐蝕程度進行校核，分析了不同因素對腐蝕速率的影響機制，提出了部分減緩腐蝕的方法[5]。

我國油氣輸送管線起步較晚，最早在1970年就已經有管道建設，但是直到1990年才有了相關的管道腐蝕研究。近年來隨著我國石油行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的學者也開始對油氣輸送管線進行研究，對管道腐蝕也有了進一步的認識[6]。胡麗華等人分析了二氧化碳和二氧化硫在不同壓力時，對管道的腐蝕情況[7]。馮洪臣等人結合國外相關研究結果，對管線腐蝕后的剩余強度進行研究，并聽出了一種強度評價公式，為后續(xù)研究提供了研究基礎。張鵬等人根據油氣管道腐蝕因素建立相關研究模型，并根據模型對管道腐蝕原因進行總結，成功找到了影響管道腐蝕穿孔的主要因素[8]。

根據查閱文獻可以看出，目前國內外大多數的研究方法已經對油氣輸送管道的腐蝕程度及因素有了一定的了解，但是在腐蝕預測、腐蝕特征研究及剩余強度等方面還有一定的不足。本文通過對不同情況下的腐蝕程度及影響腐蝕的因素進行分析，對腐蝕預測方法進行總結，明確其優(yōu)缺點，并對油氣管道的防腐蝕工作進行指導，實現油氣安全高效輸送，提高管道運輸的效率，推進能源行業(yè)健康發(fā)展。

1 腐蝕分類及影響因素

1.1 腐蝕分類

1.1.1 按腐蝕機理

根據油氣輸送管道的材質，根據腐蝕機理可以將腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕。其中化學腐蝕中不包括電子流動，只是在氧化還原過程中實現腐蝕過程形成腐蝕產物，具有規(guī)則的化學規(guī)律。而電化學腐蝕主要包括三個條件，分別是金屬、電解液及腐蝕性物質，反應的過程中具有電子流動，因而被稱為電化學腐蝕。

1.1.2 按腐蝕形態(tài)

根據腐蝕形態(tài)可以將管道腐蝕分為均勻腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕及應力腐蝕等，通常在金屬管道中，最為常見還是均勻腐蝕和點腐蝕。

1.1.3 按失效位置

根據失效位置可以將管道腐蝕分為內腐蝕和外腐蝕。其中導致內腐蝕的原因主要是由于設計的不合理性、管道的質量問題、施工設計的缺陷性及后期管理存在一定問題等。外腐蝕主要包括海水腐蝕、土壤腐蝕及微生物等的腐蝕。

1.2 腐蝕影響因素

1.2.1 溫度影響

根據國內外學者研究得出，不同溫度下二氧化碳及硫化氫都會呈現出不同的腐蝕程度，此外溫度不同還會導致環(huán)境變化，進一步影響管道的腐蝕情況。當溫度低于60℃時，碳鋼表面會形成FeCO3，使得管道發(fā)生均勻腐蝕，當溫度升高到80°時，腐蝕的速率進一步加快達到最大值，腐蝕多為點腐蝕，溫度在120～150℃時，可以在管道表面形成一層膜，具有很強的附著力，相關學者認為其是FeCO3所形成，可以減緩腐蝕速率。

1.2.2 大氣腐蝕

鋪設在地面的油氣管道長時間與空氣中的水和二氧化碳等相互作用，最終導致的腐蝕現象即為大氣腐蝕。空氣中的水分和各種微粒會吸附在管道表面形成一層水膜，當二氧化碳和氧氣等遇到水膜后會形成具有腐蝕性的電解質溶液，導致管道出現腐蝕現象。

1.2.3 土壤腐蝕

土壤腐蝕主要類型包括，微生物腐蝕及電池腐蝕等等，土壤中成分相對復雜，固液氣三相成分都存在于土壤之中，因此很多因素都會對土壤的腐蝕性造成影響，包括土壤孔隙度、電阻、pH值等等。

1.2.4 應力腐蝕

由于管道鋪設過程中接口處會產生焊接應力，土壤中也存在相應的土壤力等，在生產過程中由于彈性及拉應力等存在會提高管道的表面活性導致電化學反應發(fā)生，進而產生腐蝕現象。

1.2.5 縫隙腐蝕

由于油氣輸送管道本身是金屬材質，部分輔助部分為非金屬，管道經過操作工人的焊接，加固等處理形成一段段連貫的、密閉的整體。而由于各種因素可能導致焊接過程存在一定缺陷，使得管道出現氣孔、縫隙等。由于各種土壤中都含有各種微生物，通過縫隙與管道中氣體等介質發(fā)生吸附及電化學反應等，最終造成了油氣輸送管道的腐蝕現象。

2 腐蝕檢測

2.1 交流電流衰減法

檢測設備由發(fā)射機和接收器組成，在檢測時發(fā)射機發(fā)射一定頻率的信號，通過管道傳遞至接收器，由接收器接受相應信號電波，對管道各點的強度進行測量。根據接收到電流的強弱，對腐蝕位置進行判斷，此外根據接收到信號判斷各點的電阻值可以有效測量各點管壁的厚度進而對管道的腐蝕缺陷進行預測。

2.2 磁場分布法

該方法在使用時不需要連接大地，同樣的也不會受到土壤特性的干擾，但是管道的埋藏深度會影響其預測結果，此外對于測量位置的選擇也由嚴格的要求，在測量時需要確定檢測點位，同時點距要控制在一定范圍內，保持一個合理值。

2.3 直流電位梯度法

通過直接在管道上加載直流電流，電流流過管道經過腐蝕點時會出現損失且與點位梯度呈現正相關，根據電位梯度和陰極保護電位的百分比可以對腐蝕程度進行預測。該方法可以精準判斷管道腐蝕部位，同時可以判定出腐蝕面積和形狀，不易受到其他電流的干擾，但其也具有一定的缺點，包括不能判斷防腐層是否脫離，在施工時通常需要大功率的電流進行測量。

2.4 人體電容法

通過向管道發(fā)射電信號，如果防腐層存在相應缺陷，則會漏電，當檢測人員距離破損點越近，信號則會越明顯。

3 腐蝕預防措施及補救技術

3.1 腐蝕預防措施

3.1.1 乙烯防腐層腐護技術

通過在管道表面覆蓋上一層乙烯來達到防腐蝕的效果，一般可以分為冷纏與包覆兩種保護形式。冷纏后的乙烯保護層具有較好的黏結性，具有非常優(yōu)秀的防水和絕緣能力，但是該方法要防止其脫離后管道受到更強的腐蝕傷害。

3.1.2 熱噴玻璃釉防腐技術

該技術是我國最新研發(fā)的，應用于長時間使用的管道，主要用于防止管道出現嚴重的老化現象，同時可以有效的防止管道出現腐蝕現象。施工人員將玻璃釉噴在埋地管道上，形成玻璃和金屬的復合層。

3.1.3 石油瀝青防腐技術

通過將石油瀝青作為涂層，進行油氣管道防腐蝕，具有非常好的防水效果，但是容易受到溫度影響也容易被土壤中的微生物等破壞。

3.1.4 環(huán)氧煤瀝青防腐技術

該方法最主要的優(yōu)勢是其價格相對較低，施工成本遠低于其他方法，但是其對溫度要求比較嚴格。

3.1.5 采用電化學保護陰極

將管道設置為陰極區(qū)，通過電化學方法保護油氣管道達到防腐蝕的目的。主要包括外加電源、犧牲陽極保護陰極及雜散電流排流防腐等。

3.2 補救技術

3.2.1 添加緩蝕劑

向管道內部添加緩蝕劑來降低管道的腐蝕情況，主要包括咪唑啉類或者復合型的緩蝕劑，通過降低管道內的一氧化碳含量來緩解管道的腐蝕情況。此外還可以向管道內部添加乙二醇等物質，降低管道內水合物的形成效率，進而降低管道的腐蝕程度。

3.2.2 管道防腐層修復

指的是在不影響管道正常輸送的情況下，對管道進行維護更換及修補的技術。根據管道防腐層的位置可以分為管線外防腐層修復技術和管線內防腐層修復技術。

3.2.3 管體強補技術

管體強補技術的本質是對管道存在缺陷的部位或者受到腐蝕的部位進行補充和強化的方法，不僅可以確保管道的強度不受影響，還可以最大限度的保證管道的完整性。但是該方法對于管道自身的強度要求較高，不適用于嚴重腐蝕的管道。

4 結語

文章首先對管道腐蝕分類進行介紹，主要可以分為三大類。根據管道鋪設位置的不同影響因素也具有一定的區(qū)別，各個因素的影響機制也各不相同，需要充分考慮到鋪設環(huán)境，做出針對性的評價。腐蝕預測方法大多數是依靠現場數據進行統(tǒng)計，構建相應的數學模型，進而對腐蝕進行預測，雖然能預測部分場景下的腐蝕情況但準確度仍有待提高。最后對腐蝕檢測進行了介紹，目前主流應用還是通過對電流的檢測，間接實現對腐蝕程度的測量。目前管道腐蝕的預防及補救措施也得到了相應的發(fā)展，在日常生產中已經可以應對多數情況下的腐蝕問題，但仍須提高安全意識，做好預防與檢測工作，確保油氣輸送的安全進行，推動我國能源行業(yè)高速發(fā)展。