屈 威，屈曉禾，劉亞賢

（1. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司廣西石化公司儲(chǔ)運(yùn)一部，廣西 欽州 535008；2. 中石油云南石化有限公司，云南 安寧 650399；3.中國(guó)石油華南化工銷(xiāo)售公司欽州調(diào)運(yùn)分公司，廣西 欽州 535000）

對(duì)一條穿越海底灘涂的原油管道的防腐分析

屈 威1，屈曉禾2，劉亞賢3

（1. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司廣西石化公司儲(chǔ)運(yùn)一部，廣西 欽州 535008；2. 中石油云南石化有限公司，云南 安寧 650399；3.中國(guó)石油華南化工銷(xiāo)售公司欽州調(diào)運(yùn)分公司，廣西 欽州 535000）

輸油管道途徑海灘并置于沿海濕熱高溫鹽霧環(huán)境下，環(huán)境對(duì)管道影響，尤其對(duì)管道的腐蝕是顯而易見(jiàn)的。本文對(duì)一條油碼頭至儲(chǔ)存庫(kù)的8km輸油管道進(jìn)行腐蝕防護(hù)分析，討論如何加強(qiáng)輸油管道防護(hù)，使之安全長(zhǎng)周期運(yùn)行又避免因腐蝕原因發(fā)生泄漏，造成環(huán)境污染。同時(shí)對(duì)輸油管線所處地質(zhì)條件、環(huán)境、自身防腐保護(hù)設(shè)施等方面進(jìn)行全面分析，以便采取相應(yīng)的技術(shù)手段，確保管道處于最優(yōu)的防腐保護(hù)狀況下。

腐蝕；犧牲陽(yáng)極保護(hù)；交流排流；穿跨越；土壤電阻率；絕緣接頭

1 管道概況

某輸油管道（管道直徑為DN800）全長(zhǎng)8.1km，起自原油碼頭庫(kù)圍墻外。管道出碼頭庫(kù)后架空敷設(shè)在管架上約1.495km，之后離開(kāi)管架埋地敷設(shè)到江西岸（此處為江海交匯口，處于航道），穿越長(zhǎng)度1.4km，其中航道650m，過(guò)江后繼續(xù)埋地敷設(shè)，到達(dá)管道終點(diǎn)。埋地管道一般地段外防腐涂層采用3層PE普通級(jí)防腐，大型河流穿越、Ⅱ級(jí)及以上帶套管公路穿越采用加強(qiáng)級(jí)防腐。架空管道防腐方面，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和外露管道采用底漆為70μm的環(huán)氧富鋅漆，中間漆為70μm的環(huán)氧云鐵漆，面漆為80μm的丙烯酸聚氨酯漆。

2 對(duì)管道腐蝕防護(hù)設(shè)施的分析

金屬管道腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。其陽(yáng)極反應(yīng)為：2Fe→2Fe2++4e，表明Fe因失去電子而游離出金屬表面，形成金屬腐蝕[1]。

2.1 環(huán)境腐蝕

2.1.1 氣候環(huán)境腐蝕性

輸油管道敷設(shè)地屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，具有亞熱帶向熱帶過(guò)渡性質(zhì)的海洋季風(fēng)氣候特點(diǎn)。由于沿海地帶空氣濕度常年處于高濕狀態(tài)，不可避免地會(huì)在金屬管道表面形成水膜。同時(shí)含鹽分的海水混入大氣，致使低空大氣中含鹽分較多，鹽分溶解在金屬表面水膜中，形成良好的電解質(zhì)溶液，對(duì)金屬管道造成腐蝕。具體原因分析如下：

1）礦化度增高，電解液中無(wú)機(jī)鹽濃度加大，導(dǎo)電率加大，致使電化學(xué)腐蝕速度加快。

2）海洋中氯離子濃度高，易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。由于氯離子半徑小，極化度高，具有極強(qiáng)的穿透性，易有限吸附于金屬表面，同時(shí)具有吸濕性[2]，破壞金屬表面涂層或銹層致密性，在有縫隙及應(yīng)力集中的小孔富集區(qū)，造成孔蝕、垢下腐蝕和縫隙腐蝕。

3）形成氧濃差電池。同一金屬表面出現(xiàn)不同的電極電位，氧濃度大的區(qū)域電位高為陰極。

4）高溫加速腐蝕速度。管道所處地區(qū)常年處于高溫，根據(jù)電化學(xué)理論，界面反應(yīng)速度常數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)都與溫度呈指數(shù)關(guān)系，因此溫度的升高將提高各種離子在導(dǎo)電介質(zhì)（如水）中的傳輸速度，大大加快金屬的腐蝕速度。

本輸油管道架空管道防腐采用的方案為常規(guī)防腐，在沿海鹽霧高濕度高溫環(huán)境下難免會(huì)發(fā)生腐蝕。應(yīng)加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理防腐層漏損處。必要時(shí)可實(shí)施氣相陰極保護(hù)技術(shù)。

2.1.2 土壤腐蝕性

管道線路經(jīng)過(guò)場(chǎng)地為近岸淺海，地面均被海水淹沒(méi)，屬海陸交互沉積地貌，地形略有起伏，沿線分布軟泥類(lèi)土及松散砂層。管頂一般覆土1.2m。

土壤具有多相性和毛細(xì)管多孔性，常形成膠體體系，可看作腐蝕性電解質(zhì)。在干燥且透氣性良好的土壤中其陽(yáng)極過(guò)程的進(jìn)行方式接近于鐵在大氣腐蝕的陽(yáng)極行為。濕度在10%～20%范圍內(nèi)，土粒粘合成小團(tuán)塊，增加了介質(zhì)的不均勻性，改變了同金屬面接觸的固氣相比，接觸固相的陽(yáng)極面積縮小使腐蝕電流更集中，形成明顯局部腐蝕[3]。土壤的透氣性、含水率、電阻率為影響腐蝕的主要因素，這點(diǎn)從土壤電阻率與腐蝕關(guān)系（表1）可以看出。

表1 土壤電阻率與腐蝕關(guān)系

土壤介質(zhì)的不均勻性主要是土壤透氣性不同引起的。在不同透氣條件下氧的滲透速度變化幅度很大，強(qiáng)烈影響著和不同區(qū)域土壤相接觸的金屬各部分的電位，這是促使形成氧濃差腐蝕電池的基本因素。由此可以得出，在管道埋設(shè)過(guò)程中要保證回填土的均勻性，回填土的密度要均勻，盡量不要夾帶雜物，并對(duì)土壤的電阻率進(jìn)行測(cè)量，一旦電阻率低于20Ω·m，就必須采取相應(yīng)措施。含水率偏高處要防止硫酸鹽還原菌生成。

2.2 陰極防護(hù)

管道埋地段采用3層PE防腐層進(jìn)行外防腐，外加犧牲陽(yáng)極進(jìn)行陰極保護(hù)。對(duì)于架空管道，不采取陰極保護(hù)措施，在架空管道入地處及埋地管道進(jìn)庫(kù)前，應(yīng)設(shè)置絕緣接頭。

2.2.1 犧牲陽(yáng)極保護(hù)

埋地段管道途經(jīng)地區(qū)為淺海灘涂吹填而成，土壤對(duì)管道腐蝕性較強(qiáng)。由于輸油管道都沿現(xiàn)有及規(guī)劃的道路敷設(shè)，道路兩側(cè)均有高壓電線，可采用犧牲陽(yáng)極法保護(hù)埋地管道?，F(xiàn)場(chǎng)具體設(shè)置為：每間隔500m設(shè)1組鎂犧牲陽(yáng)極，每組采用2支鎂陽(yáng)極，陽(yáng)極通過(guò)測(cè)試樁與管道連接。犧牲陽(yáng)極安裝位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在上述位置前后100m范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整，共計(jì)12組。

由現(xiàn)場(chǎng)情況可看出，管道設(shè)置絕緣接頭數(shù)量不足，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)管道起端、管道穿越江河進(jìn)出兩端等處的電絕緣設(shè)置，不同防腐層間未設(shè)電絕緣裝置[4]。這就造成了保護(hù)電流不能被隔斷，未進(jìn)行陰極保護(hù)的管道出現(xiàn)部分通電。

過(guò)江穿越與埋地陰極保護(hù)為一體，未進(jìn)行絕緣裝置隔離。穿越處處于江入?？冢Ｋ疂q潮時(shí)管線穿越地段處在海水浸泡區(qū)域，屬海底敷設(shè)管線。對(duì)于海底穿越管道與路上管道采取的陰極保護(hù)系統(tǒng)絕對(duì)不能成為一體（電解質(zhì)不同），應(yīng)分別設(shè)置并用絕緣接頭等設(shè)施予以隔離。

犧牲陽(yáng)極與被保護(hù)金屬的電位差僅幾百毫伏，發(fā)出的電流一般是毫安級(jí)的，所以犧牲陽(yáng)極保護(hù)的范圍不如外加電流陰極保護(hù)的范圍大，而且要消耗一定量的有色金屬，受介質(zhì)電阻率的限制。在這種狀態(tài)下，就顯得犧牲陽(yáng)極保護(hù)裝置設(shè)置略顯不足。

2.2.2 雜散電流與交流排流

管道埋地段與交流高壓電纜敷設(shè)并行交叉，埋地電纜與管道相距僅5m左右。管道中存有較強(qiáng)的雜散電流，且隨高壓線距離減小而增強(qiáng)，其中阻性耦合、感性耦合為主要干擾形式。感性耦合是管道與強(qiáng)電線路接近，交變相電流周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)作用而在管道上產(chǎn)生二次交流電壓時(shí)發(fā)生，正常情況下管道主要受此影響[5]。據(jù)有關(guān)資料介紹，距離高壓線路200m以外時(shí)，管道才不受影響。鑒于此，應(yīng)在管道與高壓電纜并行交叉段測(cè)量管地電位與電位梯度，若橫向電位梯度2.5mV·m-1，管地電位偏移的幅值大于100mV，說(shuō)明雜散電流偏大，表明超警戒值，應(yīng)采取排流措施[6]。

電位梯度的正負(fù)還可以確定出雜散電流在管道的流入流出方向，判斷排流位置。交流排流系統(tǒng)設(shè)置建議采用犧牲陽(yáng)極接地方式排流，也可采用接地排流方案。

2.3 管道內(nèi)腐蝕

管道輸送的油品為原油，輸送溫度為：中東的中輕質(zhì)含硫原油為常溫，蘇丹PF混合原油為45℃，委內(nèi)瑞拉重油為38.5℃。管道設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa。管道間歇運(yùn)行，設(shè)通球設(shè)施用于清蠟。

由于輸送介質(zhì)含硫且間歇運(yùn)行，管道內(nèi)部會(huì)發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）和氫致開(kāi)裂（HIC），危及管道安全運(yùn)行，這點(diǎn)要引起高度重視，并應(yīng)采取相應(yīng)防范措施。具體為：

2.3.1 添加緩蝕劑

緩蝕劑分無(wú)機(jī)和有機(jī)緩蝕劑兩類(lèi)。中性介質(zhì)多使用無(wú)機(jī)緩蝕劑，以鈍化型和沉淀型為主。酸性介質(zhì)添加緩蝕劑其原理是在金屬表面形成非金屬吸附膜，隔離溶液與金屬，對(duì)于間歇運(yùn)行的原油管道尤為適用，但也要綜合考慮殺菌劑、破乳劑、防蠟劑、除垢劑等其它種類(lèi)化學(xué)藥劑配比及對(duì)生產(chǎn)裝置加工原油的影響[7-8]。

2.3.2 通球作業(yè)

通球作業(yè)可以將管內(nèi)壁含硫、雜質(zhì)沉積物（尤其是無(wú)機(jī)鹽）從管道內(nèi)清除，減少對(duì)管道的腐蝕。

2.4 管道穿跨越腐蝕防護(hù)分析

穿江段管道水平段管頂標(biāo)高為-22.2m。管道穿越處采用加強(qiáng)級(jí)防腐層，未采取防腐保護(hù)技術(shù)。穿越段土壤電阻率值為7.4～18.4Ω·m，綜合評(píng)價(jià)穿越段土壤對(duì)鋼質(zhì)管道具強(qiáng)腐蝕性[9]。由于管道防腐層（外涂層）制造安裝過(guò)程不能確保無(wú)瑕疵，這就會(huì)在局部管道河（海）底發(fā)生腐蝕，在電解質(zhì)優(yōu)良的環(huán)境下，腐蝕速度更加驚人。一旦腐蝕泄漏影響巨大，因此有必要對(duì)管道穿跨越段采取陰極保護(hù)防腐措施。鑒于穿越段航道距離長(zhǎng)650m，可考慮采取犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)措施。

2.5 微生物腐蝕

凡是同水、土壤或濕潤(rùn)空氣相接觸的金屬設(shè)施都可能遭到微生物的腐蝕。尤其是硫酸鹽還原菌（Sulfate reducing bacteria,SRB），是以有機(jī)物為養(yǎng)料的厭氧菌，廣泛分布于pH值6～9的土壤、海水、河水、淤泥、地下管道、油氣井、港灣及銹層中，最適宜的生長(zhǎng)溫度是20～30℃,可以在高達(dá)50～60℃的溫度下生存。據(jù)報(bào)道，美國(guó)生產(chǎn)油井發(fā)生的腐蝕，70%是由硫酸鹽還原菌造成的。管道敷設(shè)地正處于硫酸鹽還原菌適宜生存成長(zhǎng)環(huán)境，它的腐蝕過(guò)程是電化學(xué)過(guò)程，因此對(duì)于由硫酸鹽還原菌引起的管道腐蝕要有足夠的重視。

3 結(jié)論

沿海原油輸送管道的防腐要予以高度重視，這關(guān)系到管道的安全和長(zhǎng)周期運(yùn)行。對(duì)于已建成管道要注意：

1）日常檢查中應(yīng)對(duì)防腐涂層破損、老化情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)并整改，減少環(huán)境對(duì)管道本體的腐蝕影響。敷設(shè)線路工況變化時(shí)應(yīng)及時(shí)復(fù)原，如由架空管線進(jìn)入埋地段處，管線發(fā)生水浸泡，要及時(shí)消除水浸情況。

2）嚴(yán)格按照相關(guān)的管道防腐規(guī)范整改現(xiàn)有防腐技術(shù)問(wèn)題。如管道穿越段與埋地敷設(shè)段沒(méi)有設(shè)置絕緣接頭設(shè)施，且穿越段沒(méi)有設(shè)置陰極保護(hù)設(shè)施的，原有的埋地段采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)裝置數(shù)量不能達(dá)到保護(hù)管道不被腐蝕的要求的，都應(yīng)及時(shí)整改。

3）針對(duì)管道與高壓電纜并行相距較近的情況，應(yīng)對(duì)管道管地電位、土壤電位梯度等指標(biāo)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)測(cè)定，采取交流雜閃電流排流等保護(hù)設(shè)施，消除雜閃電流對(duì)管道的腐蝕。

4）加強(qiáng)管道內(nèi)壁防護(hù)。結(jié)合管道間歇性運(yùn)行的方式，可依據(jù)運(yùn)行情況適時(shí)進(jìn)行通球作業(yè)，避免腐蝕性物質(zhì)在管道內(nèi)沉積；同時(shí)可采用添加緩蝕劑的方式降低管道內(nèi)壁的腐蝕。

[1] 萬(wàn)德立，郜玉新，萬(wàn)家瑰.石油管道、儲(chǔ)罐的腐蝕及其防護(hù)技術(shù)（第2版）[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

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Corrosion Analysis of Crude Oil Pipeline Crossing Ocean Beaches

QU Wei1, QU Xiaohe2, LIU Yaxian3
(1. Guangxi Petrochemical Company, Qinzhou 535008, China; 2. Yunnan Petrochemical Company, CNPC, Anning 650399, China; 3.Qinzhou Scheduling Transportation Company, South China Marketing Company, CNPC, Qinzhou 535000, China)

TE 98

B

1671-9905(2017)01-0044-03

屈威，高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院，碩士?，F(xiàn)從事煉化企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。電話：15907773317，E-mail: quwei@petrochina.com.cn

2016-11-23