徐海獅(長慶油田分公司第二輸油處，甘肅 慶陽 745000)

0 引言

隨著石油與天然氣等行業(yè)的發(fā)展，油氣集輸管道的應(yīng)用數(shù)量不斷增加，管道腐蝕問題更加嚴重，在造成管道泄漏事故的同時，也會造成資源的浪費，給企業(yè)帶來無法預(yù)估的經(jīng)濟損失。此外油氣管道的腐蝕泄漏也會破壞生態(tài)環(huán)境，有必要根據(jù)管道腐蝕機理做好防腐工作與腐蝕監(jiān)測，防患于未然，將腐蝕危害降到最低。

1 油氣集輸管道的腐蝕機理

1.1 外腐蝕

油氣集輸管道受到的外腐蝕一般是指管道和土壤、水以及空氣介質(zhì)相接觸，從而發(fā)生物理、化學(xué)以及電化學(xué)等反應(yīng)，造成管道外部管壁出現(xiàn)局部腐蝕。土壤內(nèi)含有的水和鹽離子等成分能夠和管道發(fā)生化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)，使管道化學(xué)腐蝕在管壁表面位置均勻地發(fā)生，導(dǎo)致管壁變薄。這一反應(yīng)過程較為緩慢，不會對管壁整體造成過大的破壞。油氣管道一般被埋藏在地下，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕進而嚴重破壞管道。金屬管道浸泡在土壤電解質(zhì)溶液中，管道不同部位接觸到的溶液離子的濃度和溫度不同從而使管道表面產(chǎn)生局部或宏觀電池，比如：氧在不同的位置形成濃度差，濃度小的地方就是陽極；管道表面溫度差異明顯，溫度高的地方也會形成陽極。一般情況下電化學(xué)腐蝕難以被發(fā)現(xiàn)，是出現(xiàn)管道穿孔和斷裂的主要原因，甚至?xí)斐捎蜌獾膰乐匦孤1]。

1.2 內(nèi)腐蝕

油氣集輸管道受到的內(nèi)腐蝕主要是指油氣內(nèi)的腐蝕性氣體與鹵水在管道內(nèi)部發(fā)生化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)，對管道內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕性影響。常見的油氣內(nèi)的腐蝕性氣體有CO2、SO2和H2S等，其中H2S的腐蝕性最強，與水相融之后發(fā)生電離，對管道造成化學(xué)腐蝕，反應(yīng)中生成的H2SO4能夠?qū)艿涝斐呻娀瘜W(xué)腐蝕，管道被腐蝕之后出現(xiàn)局部氫脆。CO2與水相融之后降低了溶液的pH值，并產(chǎn)生了CO32-和HCO3-等離子，離子同金屬發(fā)生反應(yīng)后生成了FeCO3，這是出現(xiàn)管道局部腐蝕的主要原因。SO2與水相融，在氧氣的作用下同金屬發(fā)生反應(yīng)，形成FeSO4并經(jīng)過水解形成SO42-，之后與鐵再發(fā)生反應(yīng)，生成新的FeSO4，持續(xù)腐蝕管道。與此同時管道內(nèi)的流體在運輸期間會給管道壁造成沖刷性腐蝕，流體內(nèi)帶有碎屑與流砂等物質(zhì)，流體流動時不斷腐蝕管道內(nèi)壁，再與腐蝕性氣體相結(jié)合，加快了腐蝕速度[2]。

2 油氣集輸管道出現(xiàn)腐蝕的原因

2.1 土壤原因

土壤內(nèi)的化學(xué)成分十分復(fù)雜，特別是土壤內(nèi)含有豐富的水、空氣以及無機鹽，水和無機鹽可使土壤導(dǎo)電，為化學(xué)反應(yīng)提供條件。水和管道金屬材料在空氣中相互接觸也會發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程較為漫長。土壤內(nèi)的化學(xué)成分、土壤含水量以及酸堿度會影響管道腐蝕，土壤造成的腐蝕是出現(xiàn)管道腐蝕的主要原因。

2.2 油氣原因

油氣組成成分十分復(fù)雜，管道運輸期間很多油氣內(nèi)的物質(zhì)會與管道金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比如H2S和CO2等成分會對管道金屬材料造成腐蝕，致使管道內(nèi)部穿孔。油田開采量的增加使原油的含水率升高，油氣介質(zhì)對管道金屬材料的影響越來越大。因此企業(yè)需要降低油氣運輸時的含水率以減弱油氣對管道的腐蝕。

2.3 材料原因

管道金屬材料本身就有著不穩(wěn)定性，管道長期在地下掩埋，因此十分容易受到外部環(huán)境的影響從而發(fā)生腐蝕。管道內(nèi)部材料的性質(zhì)對管道耐腐蝕性影響較大，普通合金材料比多合金材料的耐腐蝕性要強。金屬材料的表面粗糙度也會影響耐腐蝕效果，因此制作管道時應(yīng)盡可能保證表面光潔度，加強對材料的選擇與優(yōu)化的能力。

2.4 防腐層原因

油氣管道防腐工作中常用的材料就是瀝青，長期使用瀝青會出現(xiàn)瀝青老化的問題。管道防腐期間如果操作不當(dāng)，會造成防腐層破損，降低防腐層的應(yīng)用效果。油氣集輸管道防腐補口質(zhì)量會對管道防腐效果產(chǎn)生影響，管道彎頭與接頭位置最容易發(fā)生腐蝕，如果防腐工作不到位，管道整體防腐效果都會受影響。此外管道焊接也會引發(fā)防腐層失效。

3 油氣集輸管道的防腐技術(shù)

3.1 外防腐技術(shù)

3.1.1 防腐蝕材料

依據(jù)管道外部腐蝕機理，有必要選擇性能較好的防腐蝕材料。管道外部腐蝕主要與大氣腐蝕有關(guān)，另外管道埋藏在土壤內(nèi)還會受到土壤的腐蝕，所以需要按照實際的大氣和土壤條件，了解影響腐蝕的因素，合理選擇耐腐蝕材料，應(yīng)選擇化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料。玻璃是一種表面光滑且質(zhì)量比較輕的防腐材料，耐腐蝕性較強，很多帶有腐蝕性的物質(zhì)無法在玻璃上存留，特別是鋼化玻璃，其在受到撞擊的情況下不會輕易損壞。尼龍材料質(zhì)量輕，耐磨性和耐腐蝕性較好，能夠滿足管道長期使用的需要，但尼龍材料生產(chǎn)成本比較高，企業(yè)制造管道材料的時候需要按照實際運輸情況，綜合使用玻璃與尼龍材料，提升管道防腐能力[3]。

3.1.2 防腐蝕涂層

油氣集輸管道的外部可使用防腐蝕涂層，最常見的做法就是在管道外部噴涂防腐層，使管道管壁和腐蝕介質(zhì)相隔離，發(fā)揮電化學(xué)保護作用。防腐蝕涂層主要有三種：(1)有機涂層，該涂層種類比較多，有著較強的抗酸和抗堿腐蝕能力，包括石油瀝青、環(huán)氧類涂層等。(2)無機涂層，其具有抗磨和耐高溫的特性，常用到的無機涂層主要有陶瓷涂層和熱噴玻璃涂層等，無機涂層的生產(chǎn)工藝比有機涂層更加復(fù)雜，且成本偏高。(3)有機與無機復(fù)合涂層，就是將有機與無機材料結(jié)合使用而制作出的涂層，其防腐效果更強。

防腐涂層技術(shù)是管道防腐中常用的一種技術(shù)，也是我國最常見的管道防腐技術(shù)，防腐涂層的常見施工方法就是噴涂。在20世紀(jì)50年代我國就開始應(yīng)用石油瀝青防腐涂層來保護油氣管道，到了20世紀(jì)70年代我國又使用聚乙烯膠黏帶等防腐材料制作管道防腐層，到20世紀(jì)80年代我國在防腐層內(nèi)開始使用熔結(jié)環(huán)氧粉末等材料，到20世紀(jì)90年代我國使用三層聚乙烯和聚丙烯材料來設(shè)計管道的防腐層。但是這些材料的應(yīng)用都有一定缺陷，比如石油瀝青的耐腐蝕能力較強，但是對輸送介質(zhì)的溫度有要求，不能輸送80 ℃以上的介質(zhì)；煤焦油瓷器防腐工藝會造成嚴重的污染問題；環(huán)氧煤瀝青的機械強度比較低。隨著防腐層工藝設(shè)計的不斷優(yōu)化，企業(yè)開始對防腐性能較強的材料進行組合設(shè)計以制作出最佳防腐涂層，提升管道的抗腐蝕能力，比如制作出了FBE+膠黏劑+PE材料防腐涂層，固體聚氨酯涂料也成為了管道防腐工藝中的重要涂料[4]。防腐涂層的噴涂需滿足以下四點要求：(1)噴涂材料有著較強的耐剝落性和粘結(jié)性。(2)噴涂后形成的防腐保護層的化學(xué)穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性較強，可以很好地適應(yīng)高溫高壓以及酸堿環(huán)境。(3)噴涂防腐涂層之前，應(yīng)清潔管道表面，保證金屬管道表層的清潔與干燥。(4)確保防腐涂層用料充足且噴涂均勻，按照環(huán)境的溫濕度進行施工設(shè)計。噴涂之后查看防腐層，及時修補薄弱的地方。

3.1.3 陰極保護

陰極保護能夠減弱管道受到的電解質(zhì)腐蝕，具體是指使用金屬部件制造出陰極，通電后使金屬部件發(fā)生極化，管道表面電子遷移，保護管道不受腐蝕影響。有兩種陰極保護法：一個是采用外加陰極電流的方法來保護管道；另一個是通過犧牲陽極保護陰極，以防止土壤內(nèi)的管線受到土壤腐蝕與電解質(zhì)腐蝕。陰極保護適用于海水環(huán)境。此外與其他防腐技術(shù)相比，陰極保護的成本更低，能夠保護防腐涂層達不到的位置，可與防腐涂層技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用。

3.2 內(nèi)防腐技術(shù)

3.2.1 管道內(nèi)部襯里與涂層防腐技術(shù)

油氣管道內(nèi)部襯里一般會用到玻璃鋼復(fù)合材料，鋼管的強度高，耐腐蝕效果好，可用于高溫高壓環(huán)境中，防止高溫高壓環(huán)境對管道造成損害。管道內(nèi)部涂層防腐技術(shù)就是在管道的內(nèi)壁噴涂防腐層以隔離管道腐蝕性流體，減少腐蝕發(fā)生，節(jié)約管道維修費用，降低維護成本，提高油氣集輸效率。目前常用于管道內(nèi)部的涂層主要有聚氨酯、環(huán)氧粉末以及環(huán)氧樹脂材料等。

加強對管道的防腐蝕管理，根據(jù)管道的腐蝕情況做好防腐工作，安排專業(yè)人員對管道做好定期檢修，及時發(fā)現(xiàn)問題并上報腐蝕情況以便采取有效的腐蝕處理措施。建設(shè)管道防腐蝕管理機制，形成相應(yīng)的維護保養(yǎng)工作機制，調(diào)查管道腐蝕原因，提高管道防腐處理效率，對管道的彎頭與接頭部位進行防腐管理，提高專業(yè)技術(shù)水平，防止后續(xù)再次出現(xiàn)管道防腐層破壞的現(xiàn)象。

3.2.2 緩蝕劑技術(shù)

根據(jù)緩蝕劑形成的保護膜的類型，緩蝕劑可分為氧化膜型、吸附膜型和沉淀膜型緩蝕劑。

氧化膜型緩蝕劑。這種緩蝕劑常見的有鉻酸鹽和亞硝酸鹽兩種，這二者是強氧化劑，在沒有水氧的條件下也會與金屬發(fā)生反應(yīng)，達到陽極區(qū)氧化成膜的效果。氧化膜緩蝕劑主要通過阻抑腐蝕反應(yīng)來進行陽極保護，并在該區(qū)域產(chǎn)生氯氧化物和氧化物，降低管道的腐蝕速度。緩蝕劑的應(yīng)用主要是促進管道表面盡快產(chǎn)生保護膜，氧化膜型緩蝕劑不宜在氯離子與高溫條件下使用，也不宜用于介質(zhì)流速較快的管道中。應(yīng)根據(jù)實際濕度做好緩蝕劑的濃度調(diào)整以最大程度地發(fā)揮保護膜的作用，強化對管道的防腐蝕保護[5]。

吸附膜型緩蝕劑。這類緩蝕劑多為有機緩蝕劑，作用機理為利用其具有可吸附性與遮蔽性的親水基團與疏水基團讓金屬吸收電荷后在陽極與陰極區(qū)域產(chǎn)生單分子膜，再利用單分子膜延緩腐蝕，降低腐蝕速度。吸附膜型緩蝕劑的應(yīng)用主要是將陽極區(qū)轉(zhuǎn)為陰極區(qū)，甚至讓陽極區(qū)消失，將整個金屬管道變成陰極，此時就不會存在電化學(xué)反應(yīng)造成的腐蝕問題。應(yīng)用吸附膜型緩蝕劑時需要額外注意以下要點：油氣儲運管道自身應(yīng)屬于金屬結(jié)構(gòu)的管道；管道導(dǎo)電性能較強，可以滿足表面電荷定向移動的要求；金屬管道材料的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)較為穩(wěn)定，比如管道材料多為鋼結(jié)構(gòu)材料；管道材料電離子吸附性能較強，而電量的消耗能力比較弱。只有滿足以上要求才能將陽極轉(zhuǎn)為陰極，發(fā)揮陰極保護作用。

沉淀膜型緩蝕劑。這種緩蝕劑主要是通過水中的離子和腐蝕層的金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，隨后形成沉淀層，依靠沉淀層的難溶性特點抑制管道表層的深入腐蝕。沉淀膜型緩蝕劑可以依靠沉淀物形成的保護層阻止氧化劑因腐蝕而脫落，但是沉淀膜有多孔性特點，粘結(jié)吸附效果不夠理想，應(yīng)用時容易出現(xiàn)沉淀膜脫落的問題，實際緩蝕作用與緩蝕劑的應(yīng)用有關(guān)。油氣集輸管道中常用的沉淀膜型緩蝕劑有聚磷酸鹽和六聚偏磷酸鈉等，此外鋅鹽可以讓管道的Zn與H、O發(fā)生反應(yīng)，在管道表面生成Zn(OH)2的沉淀層，對管道起到臨時保護的作用。

3.3 加強腐蝕監(jiān)測

日常工作中應(yīng)加強對油氣管道的腐蝕監(jiān)測，采用相應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)了解管道腐蝕情況，以便及時采取防腐措施。相關(guān)技術(shù)應(yīng)用如下：

(1)變頻選頻技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用時間較長，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，通過測量管道防腐層的絕緣電阻，對比測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值，發(fā)現(xiàn)并及時解決防腐層存在的問題。變頻選頻技術(shù)使用起來比較簡單，具有快捷的使用特點，通過該技術(shù)進行監(jiān)測能夠精確到每一段管道，監(jiān)測的準(zhǔn)確性較高，監(jiān)測結(jié)果比較真實。但是該技術(shù)無法對電阻值進行準(zhǔn)確測量，對細小腐蝕情況的檢測效果不理想，不適用于較長的管道。

(2)人體大地電容法。該方法就是向管道施加電流，再使用探測儀對電流產(chǎn)生的磁場進行檢測分析，從而探測出管道具體走向與使用情況。一旦管道發(fā)生腐蝕，防腐層就會形成缺口，缺口的位置會泄漏電流，此時電流形成交變電場，人體站在該處會有交變電位，如果兩個人分別位于缺陷位置和無缺陷管道旁，探測儀就會接收到較大的信號幅值，此時可檢測出管道發(fā)生嚴重腐蝕的位置。該技術(shù)對人員提出了較高的檢測要求，人員必須有一定的專業(yè)知識，合理選擇信號發(fā)射的位置，防止檢測結(jié)果受到影響。

(3)PCM技術(shù)。該技術(shù)主要通過發(fā)射機向管道發(fā)射定位電流，電流被傳送到接收機處，接收機分析電流變化情況，判斷管道發(fā)生腐蝕的大致位置。如果腐蝕程度較淺，防腐層自身帶有絕緣作用，管道傳送的電流進入接收器端時的衰減比較少；如果腐蝕程度較深，電流會在腐蝕部位流失，接收器端的電流信號會出現(xiàn)嚴重衰減。與其他技術(shù)相比，PCM技術(shù)對人員的專業(yè)性要求不高，可檢測管道防腐層的損壞部位與損壞程度。

(4)超聲波檢測技術(shù)。管道發(fā)生泄漏后，該處位置會產(chǎn)生渦流并伴隨超聲波波段。用超聲波檢測儀掃描油氣管道，如果發(fā)生泄漏，將會通過耳機聽到泄漏的聲音，儀器上也會顯示數(shù)位信號變化，這說明與泄漏位置比較近。該技術(shù)適用于直徑比較大的油氣管道。

4 結(jié)語

經(jīng)過研究與分析得知，我國在管道防腐技術(shù)的研究與應(yīng)用方面越來越成熟。根據(jù)油氣集輸管道的腐蝕機理，了解內(nèi)外腐蝕原因，靈活地使用不同防腐技術(shù)，應(yīng)用防腐材料，做好管道檢測以延長管道的使用壽命。