蘇里格氣田某區(qū)塊集輸管道腐蝕機理與防護(hù)措施

摘" " 要：蘇里格氣田天然氣集輸管道是連接氣田開發(fā)區(qū)與油氣集氣站場的主要輸送管道，承擔(dān)著天然氣能源對外輸送的重要任務(wù)。通過對蘇里格氣田某區(qū)塊地理環(huán)境因素、管道輸送介質(zhì)、腐蝕機理研究，發(fā)現(xiàn)空氣、土壤和天然氣都會對管道腐蝕造成影響。針對蘇里格氣田某區(qū)塊的腐蝕特點，管道外防腐推薦采用3PE涂層與陰極保護(hù)相結(jié)合的防護(hù)措施，管道內(nèi)防腐推薦采用環(huán)氧樹脂涂層，以期實現(xiàn)對地面集輸管道腐蝕的有效控制。

關(guān)鍵詞：蘇里格氣田；集輸管道；腐蝕機理；措施

Corrosion mechanism and protective measures of gathering pipeline in a block

of Sulige gas field

YANG Yamin

Engineering Technology Research Institute， Great Wall Drilling Company of CNPC， Panjin 124010， China

Abstract：The natural gas gathering and transportation pipeline in Sulige gas field is the main transportation pipeline connecting the gas field development zone and the oil and gas gathering station， and undertakes the important task of transporting natural gas energy to the outside world. Based on the study of the geographical and environmental factors， pipeline transportation medium and corrosion mechanism in a block of Sulige gas field， it is found that air， soil and natural gas will affect the pipeline corrosion. According to the corrosion characteristics of a block of Sulige gas field， 3PE coating combined with cathodic protection is recommended for external protection， while epoxy coating is recommended for internal protection to effectively control the corrosion of ground gathering and transportation pipelines.

Keywords：Sulige gas field; gathering pipeline; corrosion mechanism；measures

DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2024.05.018

蘇里格氣田位于我國內(nèi)蒙古鄂爾多斯盆地南緣，勘探面積超過6 × 104" km2，天然氣資源總量超過5.5 × 1012 m3，是首個探明儲量超萬億立方米的天然氣氣田，也是典型的“三低”氣田。蘇里格氣田地面集輸系統(tǒng)采用濕氣管道輸送工藝，集輸介質(zhì)具有流動性強、成分復(fù)雜、具腐蝕性等特征，介質(zhì)中的雜質(zhì)對集輸管道造成不同程度的腐蝕；同時，蘇里格地理條件復(fù)雜，管道鋪設(shè)區(qū)的土壤中鹽堿含量高，腐蝕性較強，有些地區(qū)有雜散電流干擾。因此，找出集輸管道腐蝕機理，采取行之有效的防控工藝和防護(hù)措施以延緩管網(wǎng)系統(tǒng)的腐蝕速率，是提升管網(wǎng)完整性管理水平、降低維修保養(yǎng)成本、延長管道使用壽命的有效手段。

1" " 集輸管道腐蝕因素

天然氣管道集輸過程中會受到外部環(huán)境、輸送介質(zhì)等因素的影響而產(chǎn)生腐蝕，管道腐蝕的分類方法有很多種，按照腐蝕部位分為管道外腐蝕和內(nèi)腐蝕；按照腐蝕過程的特點和機理可分為物理腐蝕、化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕等。物理腐蝕是由于單純的物理溶解作用而引起的腐蝕；化學(xué)腐蝕是管道與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，特點是反應(yīng)過程中沒有電流產(chǎn)生；電化學(xué)腐蝕是管道與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的過程中有電流產(chǎn)生而引起的腐蝕，油氣管道所遇到的腐蝕絕大多數(shù)是電化學(xué)腐蝕[1]。

1.1" " 埋地集輸管道外腐蝕影響因素

埋地集輸管道外腐蝕受管道埋設(shè)環(huán)境的影響，包括土壤因素和非土壤因素，前者與土壤性質(zhì)有關(guān)，是導(dǎo)致埋地管道外腐蝕的主要因素。

1.1.1" " 土壤因素

影響埋地集輸管道腐蝕的土壤因素主要有土壤的電阻率、含水率、酸度、含鹽量、微生物含量等。

1）土壤電阻率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，一般情況下土壤的電阻率與腐蝕速率成反比，導(dǎo)電性與腐蝕速率成正比。土壤的電阻率與孔隙率、含水率、溫度及含鹽量等密切相關(guān)。

2）含水率的影響。擴(kuò)散滲透的含氧量受土壤含水量的影響，含水量很高時，飽和度大于95%，擴(kuò)散滲透的含氧量減小，對金屬管道的腐蝕性減輕；飽和度在10%～95%時，腐蝕速度增加；但是當(dāng)土壤含水量降至10%以下時，由于水分短缺，陽極極化和土壤電阻加大，這時腐蝕速度又會急劇降低。

3）土壤酸度的影響。因為在酸性土壤中氫的去極化可以順利完成，所以埋地集輸管道腐蝕受土壤酸度的影響較大，在酸性土壤中，隨著酸度的增加，腐蝕速度加快。

4）微生物含量的影響。土壤中金屬管道腐蝕的整個過程都可能有微生物參與，使電極反應(yīng)加劇，對集輸管道的腐蝕產(chǎn)生較大影響。管道涂層中的瀝青甚至成為有些特殊細(xì)菌的養(yǎng)料成分，這些細(xì)菌的作用也會加劇管道的外腐蝕。

1.1.2" " 非土壤因素

土壤中雜散的直流電流、高壓輸電線產(chǎn)生的交叉電流等各種電流會對管道外壁的腐蝕形成影響。直流電流對金屬管道外腐蝕的影響更大，交流雜散電流對金屬管道外腐蝕的影響較小。當(dāng)雜散電流從埋地金屬管道的某一覆蓋層破損點流入，并從另一覆蓋層破損點流出時，極易使流入點處的覆蓋層老化，并在流出點產(chǎn)生嚴(yán)重的坑蝕。因此，雜散電流對埋地金屬管道的腐蝕是非常嚴(yán)重的，是管道腐蝕防護(hù)綜合評判中的一個重要影響因素。另外，電偶腐蝕、縫隙腐蝕和磨損等也是金屬管道產(chǎn)生外腐蝕的非土壤因素[2]。

1.2" " 集輸管道內(nèi)腐蝕影響因素

集輸管道輸送的介質(zhì)與管道內(nèi)壁接觸時，與之發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)的反應(yīng)，從而使管道發(fā)生內(nèi)腐蝕。

1）化學(xué)腐蝕。管道內(nèi)的天然氣中含有H2S、CO2、水等雜質(zhì)，引起集輸管道內(nèi)部的化學(xué)腐蝕，尤其是H2S是造成管道腐蝕破壞的最大影響因素，會對破損部位產(chǎn)生“氫脆”反應(yīng)。

2）電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是以金屬材料電位差為基礎(chǔ)而發(fā)生的。一般來說，當(dāng)管道內(nèi)部形成了腐蝕電池后，在液體的作用下，陽極區(qū)便會不斷地溶解，而陰極區(qū)則伴隨著放出氫氣等氣體。這種化學(xué)反應(yīng)會持續(xù)發(fā)酵并加劇腐蝕問題。

3） 物理因素影響。天然氣在儲運過程中都會含有一定濃度雜質(zhì)，其顆粒很微小且以固態(tài)存在，雜質(zhì)顆粒隨天然氣在管道內(nèi)部不停地流動，對集輸管道內(nèi)壁造成沖刷和磨損，天然氣在管道內(nèi)的流動速度越快，雜質(zhì)顆粒對管道內(nèi)壁的沖擊越猛烈。另外，集輸管道在施工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使金屬晶格歪扭，從而降低了內(nèi)應(yīng)力部分的金屬電極，雜質(zhì)顆粒通過強烈的撞擊會使管道內(nèi)部形成裂紋。

2" " 蘇里格某區(qū)塊集輸管道腐蝕機理研究

2.1" " 管道腐蝕概況

本文的研究對象是蘇里格盆地南緣第10、第11風(fēng)險合作區(qū)塊（以下簡稱蘇10、蘇11）的天然氣集輸管道，集輸管道設(shè)計壓力6 MPa、材質(zhì)為L280高強度碳鋼，管道外防腐涂層為3PE，內(nèi)涂層為EE-11。2023年至2024年上半年，這兩個區(qū)塊集輸管道多次發(fā)生因管道腐蝕導(dǎo)致的泄漏事故，進(jìn)行維檢修作業(yè)而階段性停止對外輸氣7次，影響氣田外輸天然氣量8.80×106 m3以上[3]。經(jīng)檢測機構(gòu)分析鑒定，導(dǎo)致泄漏事故的管道腐蝕類型主要是管道內(nèi)腐蝕，7次主要腐蝕泄漏情況統(tǒng)計見表1。

2.2" " 管道腐蝕機理研究

2.2.1" " 腐蝕管道宏觀形貌分析

選取典型腐蝕區(qū)域的蘇11-42-10管段進(jìn)行宏觀形貌分析。如圖1所示，管道內(nèi)部橫截面存在典型的溝壑狀腐蝕，屬臺地腐蝕形貌；切割腐蝕中心區(qū)域取得長方形研究樣本，在500倍顯微鏡下可觀察到明顯的內(nèi)部孔隙變大現(xiàn)象[4]。

將蘇10-22-58管材樣品除去表面銹層，經(jīng)拋光打磨以后，放在500倍顯微鏡下觀測，樣品基體中有許多散點式分布的腐蝕坑，尺寸為6～11 μm，較少部分存在成串的腐蝕帶，尺寸為12～28 μm，如圖2所示。

2.2.2" " 管材基體金相分析

分別取蘇11-42-10的D76 mm管道管材基體和被腐蝕部位的樣本進(jìn)行檢測，管材縱向截面可以明顯看到金屬組織隨著管加工方向伸長，腐蝕部位與管材基體的組織之間并沒有明顯差異，因此說明該管材均一性較好，未見明顯異常，如圖3所示[5]。

2.2.3" " 腐蝕原因分析

1）土壤因素。因為集輸管道埋設(shè)于地面以下，土壤是造成腐蝕的環(huán)境介質(zhì)。蘇10、蘇11區(qū)域的土質(zhì)為白咸潮泥土，屬鹽化潮土亞類硫酸鹽潮壤土土屬，具有強腐蝕性。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，土壤因素是蘇里格氣田集輸管道腐蝕的重要因素。

2）化學(xué)影響因素。管道內(nèi)的天然氣組分非常復(fù)雜，根據(jù)腐蝕管道宏觀形貌分析和金相分析，集輸管道在運行過程中，天然氣中的H2S和CO2等腐蝕性物質(zhì)對金屬管道內(nèi)部或薄弱部位形成腐蝕，影響管道正常運行。

3" " 集輸管道腐蝕防護(hù)措施

3.1" " 集輸管道外防腐措施

針對蘇10、蘇11區(qū)塊土壤具有強腐蝕性的特點，實施“防腐層+陰極保護(hù)”的聯(lián)合保護(hù)方式是集輸管道腐蝕防護(hù)最經(jīng)濟(jì)有效的措施。

1）蘇10、蘇11區(qū)塊集輸管道外防腐層應(yīng)耐化學(xué)和微生物腐蝕、耐老化、耐陰極剝離，并且易于補口補傷，因此，該區(qū)塊的集輸管道外防腐層推薦選用3PE。2023年至2024年上半年蘇10、蘇11集輸管道腐蝕泄漏情況表明，發(fā)生腐蝕泄漏事故的管道主要是內(nèi)腐蝕，3PE外防腐層對集輸管道起到了較好的防護(hù)作用。

2）陰極保護(hù)主要以點保護(hù)為主，當(dāng)管道3PE防腐層漏損時，能充分減緩管道的腐蝕速度。蘇10、蘇11區(qū)塊把電絕緣裝置安裝到管道的進(jìn)口位置，加以固定和深埋，與集輸管道之間形成原電池，此方法經(jīng)過實踐驗證，證明其提升了對集輸管道的防護(hù)效果[6]。

3.2" " 集輸管道內(nèi)防腐措施

目前，國內(nèi)外常用的管道內(nèi)防腐技術(shù)主要包括耐蝕材料、襯里技術(shù)、涂鍍層技術(shù)與藥劑防腐技術(shù)。受自身特點、加工工藝、服役工況與現(xiàn)場施工等因素的影響，各類內(nèi)腐蝕防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用存在一定的局限性。

蘇里格氣田地面集輸系統(tǒng)采用濕氣管道輸送工藝，集輸介質(zhì)成分復(fù)雜，內(nèi)涂鍍層是解決集輸系統(tǒng)內(nèi)腐蝕問題的一種非常有效的措施。目前，常用的涂層類型主要有環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚氨酯、氯化橡膠、環(huán)氧酚醛、改性環(huán)氧樹脂、環(huán)氧玻璃纖維復(fù)合涂層等。蘇10、蘇11區(qū)塊集輸管道內(nèi)防腐采用環(huán)氧樹脂涂層，該涂層具有優(yōu)異的力學(xué)性能與耐化學(xué)腐蝕性能，且可提高管道內(nèi)壁的光潔度，進(jìn)而可有效降低摩阻，且對金屬、復(fù)合材料具有優(yōu)異的黏合度和附著力[7]。

3.3" " 加強維護(hù)管理

對于蘇里格區(qū)塊的集輸管道還需要從強化管道隱患治理、陰極保護(hù)、內(nèi)腐蝕控制、管道檢測與修復(fù)等方面，進(jìn)一步夯實管道本質(zhì)安全基礎(chǔ)。每月及時采集陰極保護(hù)參數(shù)，定期開展動態(tài)分析，確保陰極保護(hù)系統(tǒng)性能可靠；通過腐蝕掛片監(jiān)測、電阻探針、柔性超聲波檢測等多種方式，持續(xù)開展管道內(nèi)腐蝕數(shù)據(jù)采集與分析，及時調(diào)整防腐方案；定期集中清管作業(yè)、強化管道檢測及缺陷修復(fù)，增強現(xiàn)場人員巡檢作業(yè)能力，從而保證地面集輸管道安全運行[8]。

4" " 結(jié)束語

蘇里格區(qū)塊天然氣集輸管道的防腐措施需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理調(diào)整，不斷優(yōu)化提升可操作性?；谔K10、蘇11區(qū)塊失效臺賬、監(jiān)查檢測數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的分析，明確了集輸管道的腐蝕規(guī)律及腐蝕原因。針對區(qū)塊支線分布零散、干管集中輸氣的部署模式，推薦外防腐采用3PE防腐層與陰極保護(hù)相結(jié)合的防護(hù)措施，內(nèi)防腐采用環(huán)氧樹脂涂層的防護(hù)措施，并結(jié)合管溝深挖深埋處理、加強維護(hù)管理等多種防控技術(shù)，通過以上一體化防腐方案，可確保蘇10、蘇11區(qū)塊天然氣集輸管道安全平穩(wěn)運行。

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作者簡介：

楊雅民（1989—），女，遼寧盤錦人，工程師，2017年畢業(yè)于大連理工大學(xué)電子與通信工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事石油工程地面建設(shè)工作。Email：wangzw.gwdc@cnpc.com.cn

收稿日期：2024-08-16