焦育（塔里木油田庫(kù)車勘探開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

我國(guó)石油天然氣行業(yè)不斷發(fā)展，同時(shí)也面臨著巨大挑戰(zhàn)。由于天然氣中含有一些氣體，鋼管中含有鐵、碳等其元素，氣體會(huì)與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，石油天然氣在鋼管內(nèi)輸送時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕，鋼管長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生腐蝕會(huì)導(dǎo)致天然氣泄漏。為了保證石油天然氣安全輸送，可以采取強(qiáng)制電流腐防腐方法，達(dá)到陰極保護(hù)作用，減緩鋼管腐蝕，并延長(zhǎng)鋼管使用壽命，避免由于天然氣泄漏引發(fā)事故。

1 石油天然氣腐蝕分析

1.1 化學(xué)腐蝕

天然氣管道一般為鋼制材料，雖然鋼管外部用一些防腐材料包裹，鋼管裸露在空氣中仍然會(huì)與O2、SO2、Cl2等氣體接觸。鋼管中含有碳、鐵等化學(xué)物質(zhì)，物質(zhì)與空氣中氣體接觸會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)FeO、Fe2O2等氧化物和一些化合物，生產(chǎn)的氧化物和化合物在較高的溫度條件下，會(huì)快速生產(chǎn)氧化膜，導(dǎo)致鋼管中的碳脫落，那么，會(huì)造成對(duì)鋼管腐蝕，如果空氣中含有水分，更會(huì)加劇腐蝕。一些石油天然氣中含有SO2、CO2、H2S等容易腐蝕的化學(xué)物質(zhì)，這些氣體與水發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致鋼管內(nèi)壁腐蝕[1]。

1.2 電化學(xué)腐蝕

石油天然氣管道腐蝕的原因除了化學(xué)腐蝕還有電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕不同于化學(xué)腐蝕，其在腐蝕過程中會(huì)產(chǎn)生原電池，導(dǎo)致電流出現(xiàn)。鋼管為鋼質(zhì)材料，里面含有鐵元素和一些其他雜質(zhì)，當(dāng)CO2、SO2、NaCl等物質(zhì)溶于水時(shí)，會(huì)形成電解質(zhì)溶液，濃度各不相同，當(dāng)天然氣管道與這些電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，溶液和鋼管內(nèi)側(cè)分別有異電性的電荷層，電極之間有電位差，形成原電池，那么，就會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，鋼管則受到不同程度的腐蝕[2]。

2 強(qiáng)制電流腐蝕試驗(yàn)

強(qiáng)制電流防腐原理是鐵在水溶液中形成的陰極保護(hù)，將被保護(hù)的金屬與直流電源負(fù)極相連，在輔助陽極作用下，使電流形成回路，降低被保護(hù)金屬電位，金屬處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，從而降低到穩(wěn)定區(qū)域，避免腐蝕。本次實(shí)驗(yàn)將碳鋼掛片通過在恒壓電源的作用下，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制電流保護(hù)，對(duì)通過施加強(qiáng)制電流后碳鋼掛片腐蝕情況進(jìn)行研究。試驗(yàn)材料為恒壓電源、可調(diào)電阻、7種不同水樣、萬能電表、碳鋼掛片、ClO2、燒杯、絕緣線等。

2.1 靜態(tài)掛片腐蝕試驗(yàn)

靜態(tài)掛片腐蝕試驗(yàn)采用不同水質(zhì)的水，將靜態(tài)掛片放在不同水質(zhì)中，強(qiáng)制電流保護(hù)試驗(yàn)是將ClO2投入水中，過一段時(shí)間后，將碳鋼掛片從水中取出，并用清洗液清洗，實(shí)驗(yàn)表明，水中未加入ClO2碳鋼掛片腐蝕率約為0.2mm/a，水中投入ClO2碳鋼掛片腐蝕率約為0.05mm/a。因此，在水中加入ClO2會(huì)增加碳鋼掛片腐蝕程度，而且不同水中由于輸送時(shí)間不同，水在管道中輸送時(shí)，氯的含量會(huì)有所減少，可以緩解腐蝕程度。

2.2 強(qiáng)制電流保護(hù)試驗(yàn)

強(qiáng)制電流保護(hù)試驗(yàn)通過恒壓電源對(duì)碳鋼掛片進(jìn)行強(qiáng)制電流保護(hù)，通過施加強(qiáng)制電流后分析碳鋼掛片腐蝕情況。實(shí)驗(yàn)表明，在水中投入ClO2，會(huì)加速碳鋼掛片腐蝕。為了降低由于水質(zhì)因素導(dǎo)致的腐蝕，本次實(shí)驗(yàn)在水中施加強(qiáng)制電流，而且電流強(qiáng)度不同，通過強(qiáng)制電流實(shí)現(xiàn)對(duì)碳鋼掛片的電流進(jìn)行陰極保護(hù)，把碳鋼管片與電解質(zhì)之間形成的電位差降到最低，進(jìn)而減少電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明，剛剛投入ClO2會(huì)加強(qiáng)水樣腐蝕，所以實(shí)驗(yàn)采用的水樣是來自不同地點(diǎn)的，為了實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，對(duì)不同水質(zhì)施加相同電流和不同電流兩種情況。對(duì)于未施加強(qiáng)制電流的水樣，腐蝕率則在0.2mm/a以上，屬于強(qiáng)腐蝕，施加強(qiáng)制電流水樣平均腐蝕率約為0.05mm/a。由此可見，施加強(qiáng)制電流后，對(duì)碳鋼掛片有良好的陰極保護(hù)作用。

2.3 三因素三水平正交試驗(yàn)

三因素三水平正交試驗(yàn)是在水樣中施加不同硬度、ClO2濃度和強(qiáng)制電流強(qiáng)度，通過三因素三水平對(duì)碳鋼掛片進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，分析碳鋼掛片腐蝕情況。實(shí)驗(yàn)表明，不同水質(zhì)對(duì)碳鋼掛片腐蝕率不同，不同強(qiáng)制電流起到陰極保護(hù)效果也不相同。碳鋼掛片在投入ClO2后與電解質(zhì)溶液間電位差有很大差異，施加強(qiáng)制電流腐蝕程度減輕，沒有達(dá)到完成沒有腐蝕[3]。在相同條件下，未對(duì)地下水進(jìn)行處理，雜質(zhì)多，電極電位差大，腐蝕程度越大，此次試驗(yàn)施加的強(qiáng)制電流，達(dá)到碳鋼掛片腐蝕電流。因此，相同條件下，電流越小，腐蝕程度越大；ClO2在水中具有氧化作用，投入越多腐蝕率越大。

3 強(qiáng)制電流防腐技術(shù)運(yùn)行

研究強(qiáng)制電流防腐技術(shù)的目的是為了更好的應(yīng)用，當(dāng)強(qiáng)制電流防腐技術(shù)通過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以降低鋼管內(nèi)壁腐蝕程度時(shí)，石油天然氣企業(yè)就應(yīng)該采用強(qiáng)制電流防腐技術(shù)，保證地埋管道安全輸送石油天然氣，西氣東輸則采用了強(qiáng)制電流防腐技術(shù)，實(shí)現(xiàn)天然氣輸送暢通。石油天然氣企業(yè)建立強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站，在陰極保護(hù)站內(nèi)設(shè)置電源，并配備陰極接地裝置及其他相關(guān)設(shè)備，當(dāng)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站施工完畢后，施工人員和石油天然氣企業(yè)管理人員要對(duì)保護(hù)站進(jìn)行檢查，檢查電源是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否安裝陰極接地裝置，并對(duì)管道的自然電位進(jìn)行通電測(cè)試，其他相關(guān)指標(biāo)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，確保強(qiáng)制電流防腐技術(shù)能夠更好的應(yīng)用，保證電流交匯點(diǎn)的電位電壓保持在-1.2V，電流穩(wěn)定，在24小時(shí)后，測(cè)試人員沿著輸送管線對(duì)保護(hù)電位進(jìn)行測(cè)試，保證管線不同位置的電位符合標(biāo)準(zhǔn)，最重要的是，在距離強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站最遠(yuǎn)的電位要大于等于最小保護(hù)電位值。如果管線某個(gè)電位值不符合標(biāo)準(zhǔn)，要立即查到導(dǎo)致電位值不正確的原因，然后再進(jìn)行調(diào)整，確保強(qiáng)制電流陰極保護(hù)管線每個(gè)部位的電位值均在最小保護(hù)電位值以上，當(dāng)陰極保護(hù)管道全線電位值都在最小電位值以上，才能實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)，那么，石油天然氣企業(yè)可以保證強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站正常運(yùn)行，可以連續(xù)工作，到達(dá)降低鋼管內(nèi)腐蝕程度。

4 對(duì)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站的維護(hù)

4.1 對(duì)設(shè)備維護(hù)

為了保證強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站能夠正常運(yùn)行需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。第一，定期檢查電氣設(shè)備，檢查設(shè)備電路是否連接牢固，元件是否存在機(jī)械障礙，接地裝置線路連接情況，電氣儀表記錄的電壓、電流值是否正常。在雨季時(shí)，定期檢查避雷針接地情況，而且電阻值小于等于10Ω，并做好設(shè)備清潔工作。第二，配置兩臺(tái)恒電位儀，保證按照時(shí)間要求進(jìn)行更換，在維修時(shí)，不允許帶有印刷電路板、電插等，零件保證連接牢固，元件無腐蝕損壞。第三，硫酸銅電極底部不要滲漏，保持清潔，每周檢查硫酸銅電極情況，由于電極中的紫銅棒使用一段時(shí)間會(huì)有藍(lán)色污漬，需要擦洗干凈，保證儀器正常工作。第四，每個(gè)月檢查陽極地床，保證線路完好，陽極導(dǎo)線與地床連接牢固，而且陽極地床電阻值在規(guī)定范圍內(nèi)，如果接地電阻阻值比較大，會(huì)導(dǎo)致恒電位儀工作不能給管道提供電流，此時(shí)應(yīng)該更換新的陽極地床或者對(duì)地床進(jìn)行維修，，并且地床上有地埋標(biāo)識(shí)[4]。

4.2 對(duì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量

石油天然氣企業(yè)在運(yùn)行強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站時(shí)，必須要做好對(duì)保護(hù)站的維護(hù)工作，保護(hù)站維護(hù)人員要定時(shí)測(cè)量運(yùn)行參數(shù)[5]。第一，確保陰極保護(hù)站及時(shí)向管道送電，對(duì)于出現(xiàn)送電終斷的情況要及時(shí)處理，如果由于特殊狀況需要停電，停電超過一天需要向上級(jí)主管部門備案，采用停電處理方案對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，確保能夠正常供電，為了配合好強(qiáng)制電流陰極保護(hù)降低鋼管內(nèi)腐蝕工作，必須保證一次斷電不得超過2個(gè)小時(shí)，全年不允許超過30個(gè)小時(shí)，保證強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站全年有98%以上時(shí)間都在給管道供電。第二，由于強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站是通過給管道送電實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的，而且保護(hù)站內(nèi)設(shè)置電源裝置，為了確保安全必須要安裝接地裝置，陰極保護(hù)站維護(hù)人員對(duì)管道接地裝置進(jìn)行檢查，及時(shí)解除管道接地存在的障礙，保證管道全線達(dá)到陰極保護(hù)效果。第三，維護(hù)人員要定期檢測(cè)管線電位值，做好檢測(cè)記錄，并分析電位分布規(guī)律[6]。保護(hù)站在采用恒電位儀供電時(shí)，必須定時(shí)檢測(cè)電位，判斷電位值是否在規(guī)定范圍內(nèi)，不僅測(cè)量管線電位，還要測(cè)量陰極保護(hù)電位。保護(hù)站維護(hù)人員在運(yùn)行初期，需要每周測(cè)量一次，之后每隔十五天或者一個(gè)月測(cè)量一次，將測(cè)量結(jié)果詳細(xì)記錄下來，將記錄表及時(shí)報(bào)送給上級(jí)主管部門，上級(jí)主管部門對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷強(qiáng)制電流防腐技術(shù)應(yīng)用情況，對(duì)存在的問題加以改進(jìn)。采用整流器供電時(shí)，必須經(jīng)常對(duì)匯流點(diǎn)的電位進(jìn)行檢測(cè)，并且要求電位小于等于-1.25V，對(duì)各測(cè)試樁電位進(jìn)行檢測(cè)，而且是每個(gè)月測(cè)試一次，管地電位大于等于-0.85V[7]。第四，強(qiáng)制電流陰極保護(hù)采取接地方式，維護(hù)人員要每半年或者一年檢測(cè)地的自然電位，并對(duì)土壤的電阻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第五，保護(hù)站維護(hù)人員要定時(shí)檢測(cè)整流器輸出的電壓和電流，如果發(fā)現(xiàn)電流極度下降，電壓上升，此時(shí)電阻值明顯增大，要對(duì)陽極接地電阻值進(jìn)行檢測(cè)，并找到變化規(guī)律，進(jìn)而判斷陽極是否因?yàn)楸桓g的原因而斷掉，陽極導(dǎo)線與陰極導(dǎo)線是否出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)電流值有所增大，而電壓值卻有所下降，則說明局部出現(xiàn)短路狀況，此時(shí)應(yīng)該檢查陽極與被保護(hù)的金屬接觸情況，是否有短路狀況，或者是其他金屬導(dǎo)致陽極與陰極之間發(fā)生短路，再或者是否因?yàn)榻^緣法蘭存在漏電情況[8]。

5 結(jié)語

隨著石油天然氣能源的重要性加大，人們?cè)絹碓街匾晫?duì)能源的合理使用。天然氣在輸送時(shí)會(huì)腐蝕鋼管內(nèi)壁一直是困擾人類的問題，鋼管內(nèi)壁腐蝕會(huì)引起天然氣泄漏造成環(huán)境污染甚至是對(duì)人體產(chǎn)生傷害。強(qiáng)制電流防腐可以降低鋼管內(nèi)腐蝕程度，將鋼管內(nèi)壁在電流作用下形成回路，使金屬處于熱力穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到陰極保護(hù)作用，避免鋼管內(nèi)腐蝕。

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