劉春雨 路平 （中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設(shè)工程公司工程設(shè)計(jì)研發(fā)中心 天津300452）

張小晏 （新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院 新疆834000）

0 引言

腐蝕過程是多種多樣的，腐蝕現(xiàn)象極為普遍，它給國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失。[1]而影響腐蝕的因素很多，如溫度、壓力以及介質(zhì)的成分、濃度等，[2]其中某些因素對金屬材料及構(gòu)件腐蝕的影響非常嚴(yán)重，且各因素之間又相互影響，大大影響了材料的使用壽命。為了有效控制和消除埋地輸油管道的腐蝕，有必要先對這種腐蝕發(fā)生、發(fā)展的趨勢進(jìn)行研究。

本文以某油田埋地輸油管道用鋼（Q235鋼）為研究對象，測試其腐蝕行為，探討溫度及不同介質(zhì)濃度等多種因素對Q235鋼在模擬埋地輸油管道所處環(huán)境中的影響規(guī)律，研究其腐蝕機(jī)理，并進(jìn)行室內(nèi)防腐藥劑配方研究，從防腐技術(shù)體系中優(yōu)選出合適的藥劑體系。通過現(xiàn)場試驗(yàn)優(yōu)化了防腐方案，確立了以KL-601改進(jìn)型緩蝕劑為主劑的防腐體系，并通過示蹤劑跟蹤技術(shù)對管道防腐效果進(jìn)行動態(tài)跟蹤評價(jià)。結(jié)果表明，該防腐工藝能夠滿足生產(chǎn)需要，取得了很好的效果，優(yōu)化了防護(hù)周期，創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益。這對管道采取腐蝕防護(hù)措施及提高管道的使用壽命，減少損失具有一定的指導(dǎo)意義。[3-4]

1 腐蝕機(jī)理

埋地管道腐蝕情況比較嚴(yán)重，主要與其所處環(huán)境中的溫度和離子濃度有很大關(guān)系。

1.1 溫度

研究結(jié)果表明，溫度是影響CO2腐蝕的重要因素，其對腐蝕速率的影響主要體現(xiàn)在溫度對保護(hù)膜生成的影響上。[5-7]在60℃附近，CO2腐蝕在動力學(xué)上有質(zhì)的變化。碳酸亞鐵的溶解度隨溫度的升高而降低，因此在60～110℃之間，Q235鋼表面可生成具有一定保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜，從而使腐蝕速率出現(xiàn)過渡區(qū)，此時(shí)局部腐蝕較為突出；當(dāng)溫度低于60℃時(shí)，Q235鋼表面生成不具保護(hù)性的少量松軟且不致密的FeCO3，且Q235鋼的腐蝕速率在此區(qū)域出現(xiàn)極大值，此時(shí)主要為均勻腐蝕。

1.2 離子濃度

土壤中的氯離子含量較高，氯離子本身不起還原作用，不會成為陰極反應(yīng)物質(zhì)，但氯離子可促使Q235鋼表面的保護(hù)膜不穩(wěn)定，使得管壁形成的腐蝕產(chǎn)物變疏松，從而在疏松的垢下形成各種濃差的電池腐蝕。由于 FeS、FeCO3、Fe（OH）2等腐蝕產(chǎn)物和垢物的電位都比鐵的電位高而成為陰極，鐵則成為陽極。氯離子的活化作用會破壞金屬保護(hù)膜的形成，使其表面的腐蝕產(chǎn)物變疏松，所以在氯離子的作用下，很容易發(fā)生垢下腐蝕。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

材料：Q235鋼，規(guī)格為30 mm×15 mm×3 mm；氯化鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉、氯化鎂、氯化鈣、氫氧化鈉、濃鹽酸、丙酮、無水乙醇。

儀器：腐蝕實(shí)驗(yàn)儀、干燥器、游標(biāo)卡尺、電子天平、燒杯等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 原始試樣的測定 清洗干凈試樣表面，然后放入無水乙醇中進(jìn)行脫脂清洗。清洗完后，用濾紙吸去試樣表面殘余液體，放入干燥器中24 h。然后將其取出后稱重并測量表面尺寸。

2.2.2 配制地層水采出液 以模擬某油田地層水采出液為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，配制地層水采出液，所用的化學(xué)試劑均為分析純，用去離子水配制而成。由于影響Q235鋼腐蝕的因素很多，有些因素單獨(dú)起作用，有些因素聯(lián)合起作用，因此本文采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)埋地輸油管道所處環(huán)境，主要考慮溫度、Cl-濃度濃度、Ca2+濃度、Mg2+濃度和濃度 6個(gè)因素，各因素選取3個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。腐蝕時(shí)間為72 h，每種因素水平的平行試樣為3個(gè)，各離子濃度及相應(yīng)步長如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)因素水平

2.2.3 腐蝕實(shí)驗(yàn) 根據(jù)上述各因素及相應(yīng)步長，采用正交設(shè)計(jì)方法，制定正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，[8]分別配制不同離子濃度的溶液，裝入腐蝕試驗(yàn)儀中的燒杯中。將試樣也分別放入燒杯中，每個(gè)燒杯內(nèi)放入3個(gè)，密封燒杯。達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，取出試樣并除去其表面的污銹，然后用電子天平分別稱量，計(jì)算腐蝕速率。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

各因素水平的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從中可看出，影響埋地管道腐蝕速率的主次因素依次為：溫度、其他因素以及Mg2+。各因素的最佳水平分別為：溫度為 45 ℃，Cl-濃度為 6 000 mg/L，濃度為 1 200 mg/L，濃度為 150 mg/L，Ca2+濃度為 250 mg/L，Mg2+濃度為 80 mg/L，此時(shí)試樣的腐蝕速率最小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度對埋地輸油管道腐蝕速率的影響最大，溫度對其腐蝕特性影響較為顯著，Cl-對金屬的腐蝕也產(chǎn)生一定影響。從溫度和有關(guān)離子及濃度對Q235鋼腐蝕的影響可看出，要想使管材具有一定的使用壽命，就必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

表2 腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果正交表

3 防腐藥劑的優(yōu)化選擇

3.1 防腐劑的優(yōu)選

對于現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的防腐措施，添加合適的化學(xué)緩蝕劑是行之有效的方法。[9-10]在影響埋地輸油管道腐蝕因素分析的基礎(chǔ)上，要使緩蝕劑能夠達(dá)到預(yù)期的效果，有以下要求：適用礦化度范圍廣，能夠抑制多種因素引起的腐蝕；緩蝕效率高；具有適當(dāng)?shù)娜芙馑俣?；良好的配伍性?/p>

基于對影響埋地輸油管道的腐蝕因素分析，在實(shí)驗(yàn)過程中對幾種常用緩蝕劑進(jìn)行了篩選評價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 緩釋劑緩釋效果篩選評價(jià)

由圖1可以看出，KL-601改進(jìn)型在幾種藥劑中緩蝕效果較好，在130 mg/L的加藥量下，可將管道的腐蝕率控制在0.11 mm/a，緩蝕率為65%，具有較好的緩蝕作用。

3.2 藥劑用量的確定

為了定量判定緩蝕劑的防腐效果，從而獲得藥劑的防護(hù)周期，采用示蹤劑跟蹤的方法來實(shí)現(xiàn)。通過示蹤劑與緩蝕劑配伍性研究，選用三聚磷酸鈉作為配合使用的示蹤劑。

本次實(shí)驗(yàn)將藥劑中摻入5%示蹤劑，通過對示蹤劑的動態(tài)跟蹤，可檢測緩蝕劑的防腐效果。通過計(jì)算，緩蝕劑年消耗量約在60～80 kg之間，目前需采取防腐措施的緩蝕劑使用量定為90 kg。

4 結(jié)論

溫度對埋地輸油管道腐蝕速率的影響最大，Cl-對腐蝕也產(chǎn)生一定影響。從溫度和有關(guān)離子及濃度對Q235鋼腐蝕的影響可看出，要想使管材具有一定的使用壽命，就必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

在實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選了KL-601改進(jìn)型緩蝕劑，并通過示蹤劑跟蹤技術(shù)對防腐效果進(jìn)行動態(tài)跟蹤評價(jià)，優(yōu)化了防護(hù)周期。這對管道采取腐蝕防護(hù)措施以及提高管道的使用壽命，減少損失具有一定的指導(dǎo)意義。■

[1]李兵. 金屬的腐蝕與防護(hù)[J]. 金屬世界，2005（4）:42，44.

[2]陳慶，時(shí)黎霞，騰玉華.介質(zhì)的成分、濃度和溫度對金屬材料電化學(xué)腐蝕的影響[J].吉林花工學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，17（1）:63-66.

[3]成純贊.金屬管道的腐蝕及防腐對策[J].給水排水，2004，30（11）:93-96.

[4]劉凱，馬麗敏，陳志東，等.埋地管道的腐蝕與防護(hù)綜述[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2007（4）:36-38，42.

[5]焦衛(wèi)東，張清，張耀宗.CO2/H2S對油氣管材的腐蝕規(guī)律[J].全面腐蝕控制，2003，17（6）:13-15.

[6]張清，李全安，文九巴，等.H2S分壓對油管鋼CO2/H2S腐蝕的影響[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2004，16（6）:395-397.

[7]張清，李全安，文九巴，等.CO2/H2S對油氣管材的腐蝕規(guī)律及研究進(jìn)展[J]. 腐蝕與防護(hù)，2003，24（3）:277-281.

[8]上海市科學(xué)技術(shù)交流站.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法——多因素的試驗(yàn)方法[M].上海人民出版社，1975.

[9]何新快，陳白珍，張欽發(fā).緩蝕劑的研究現(xiàn)狀與展望[J].材料保護(hù)，2003，36（8）:1-3.

[10]齊鳳云.輸油管道的腐蝕類型及控制[J].石油庫與加油站，2001，10（2）:31-32.