方 勇 陳景楊

（1. 西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2. 西安石油大學(xué) 西部低滲—特低滲透油田開發(fā)與治理教育部工程研究中心，陜西 西安 710065）

0 引言

油氣管道輸送作為主要輸送方式之一，有著不可或缺的優(yōu)點，目前已得到大力發(fā)展。截止到2017年時，在世界范圍內(nèi)，大約已經(jīng)建成3800條油氣輸送管道，其長度接近2×106km。在我國油氣管道長度接近1.2×105km，形成了貫穿全國的油氣輸送網(wǎng)絡(luò)，其對我國能源發(fā)展起到了不可替代的作用，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

早在1970年，國外就已經(jīng)開始對油氣管道的腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并且取得了一定的成果。在1991年時，美國就頒布了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)ASME-B31G[1]。到了2000年，隨著計算機(jī)技術(shù)的普及，更多的應(yīng)用模擬軟件也逐步硬要的管道腐蝕的研究中，其中主要以有限元模擬為主，初步得出了腐蝕與管道載荷之間的關(guān)系。Pyun L等人根據(jù)管道的長度及腐蝕范圍進(jìn)行研究，明確了各種因素可能造成的管道失效概率[2]。2009年，Caleyo等人建立了埋地管道的腐蝕預(yù)測模型，通過蒙特卡洛法比較準(zhǔn)確的預(yù)測了相關(guān)腐蝕的結(jié)果[3]。Bush等人通過搜集相關(guān)事故報道及文獻(xiàn)，統(tǒng)計分析了管道受到腐蝕后的失效概率，進(jìn)而對可能造成事故的概率進(jìn)行了預(yù)測，實現(xiàn)了海底管道腐蝕的統(tǒng)計學(xué)預(yù)測新方法[4]。Puente等人對管線的不同位置進(jìn)行腐蝕程度測量，根據(jù)預(yù)測的腐蝕速率對現(xiàn)場實際腐蝕程度進(jìn)行校核，分析了不同因素對腐蝕速率的影響機(jī)制，提出了部分減緩腐蝕的方法[5]。

我國油氣輸送管線起步較晚，最早在1970年就已經(jīng)有管道建設(shè)，但是直到1990年才有了相關(guān)的管道腐蝕研究。近年來隨著我國石油行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的學(xué)者也開始對油氣輸送管線進(jìn)行研究，對管道腐蝕也有了進(jìn)一步的認(rèn)識[6]。胡麗華等人分析了二氧化碳和二氧化硫在不同壓力時，對管道的腐蝕情況[7]。馮洪臣等人結(jié)合國外相關(guān)研究結(jié)果，對管線腐蝕后的剩余強(qiáng)度進(jìn)行研究，并聽出了一種強(qiáng)度評價公式，為后續(xù)研究提供了研究基礎(chǔ)。張鵬等人根據(jù)油氣管道腐蝕因素建立相關(guān)研究模型，并根據(jù)模型對管道腐蝕原因進(jìn)行總結(jié)，成功找到了影響管道腐蝕穿孔的主要因素[8]。

根據(jù)查閱文獻(xiàn)可以看出，目前國內(nèi)外大多數(shù)的研究方法已經(jīng)對油氣輸送管道的腐蝕程度及因素有了一定的了解，但是在腐蝕預(yù)測、腐蝕特征研究及剩余強(qiáng)度等方面還有一定的不足。本文通過對不同情況下的腐蝕程度及影響腐蝕的因素進(jìn)行分析，對腐蝕預(yù)測方法進(jìn)行總結(jié)，明確其優(yōu)缺點，并對油氣管道的防腐蝕工作進(jìn)行指導(dǎo)，實現(xiàn)油氣安全高效輸送，提高管道運輸?shù)男?，推進(jìn)能源行業(yè)健康發(fā)展。

1 腐蝕分類及影響因素

1.1 腐蝕分類

1.1.1 按腐蝕機(jī)理

根據(jù)油氣輸送管道的材質(zhì)，根據(jù)腐蝕機(jī)理可以將腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。其中化學(xué)腐蝕中不包括電子流動，只是在氧化還原過程中實現(xiàn)腐蝕過程形成腐蝕產(chǎn)物，具有規(guī)則的化學(xué)規(guī)律。而電化學(xué)腐蝕主要包括三個條件，分別是金屬、電解液及腐蝕性物質(zhì)，反應(yīng)的過程中具有電子流動，因而被稱為電化學(xué)腐蝕。

1.1.2 按腐蝕形態(tài)

根據(jù)腐蝕形態(tài)可以將管道腐蝕分為均勻腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕及應(yīng)力腐蝕等，通常在金屬管道中，最為常見還是均勻腐蝕和點腐蝕。

1.1.3 按失效位置

根據(jù)失效位置可以將管道腐蝕分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕。其中導(dǎo)致內(nèi)腐蝕的原因主要是由于設(shè)計的不合理性、管道的質(zhì)量問題、施工設(shè)計的缺陷性及后期管理存在一定問題等。外腐蝕主要包括海水腐蝕、土壤腐蝕及微生物等的腐蝕。

1.2 腐蝕影響因素

1.2.1 溫度影響

根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者研究得出，不同溫度下二氧化碳及硫化氫都會呈現(xiàn)出不同的腐蝕程度，此外溫度不同還會導(dǎo)致環(huán)境變化，進(jìn)一步影響管道的腐蝕情況。當(dāng)溫度低于60℃時，碳鋼表面會形成FeCO3，使得管道發(fā)生均勻腐蝕，當(dāng)溫度升高到80°時，腐蝕的速率進(jìn)一步加快達(dá)到最大值，腐蝕多為點腐蝕，溫度在120～150℃時，可以在管道表面形成一層膜，具有很強(qiáng)的附著力，相關(guān)學(xué)者認(rèn)為其是FeCO3所形成，可以減緩腐蝕速率。

1.2.2 大氣腐蝕

鋪設(shè)在地面的油氣管道長時間與空氣中的水和二氧化碳等相互作用，最終導(dǎo)致的腐蝕現(xiàn)象即為大氣腐蝕。空氣中的水分和各種微粒會吸附在管道表面形成一層水膜，當(dāng)二氧化碳和氧氣等遇到水膜后會形成具有腐蝕性的電解質(zhì)溶液，導(dǎo)致管道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

1.2.3 土壤腐蝕

土壤腐蝕主要類型包括，微生物腐蝕及電池腐蝕等等，土壤中成分相對復(fù)雜，固液氣三相成分都存在于土壤之中，因此很多因素都會對土壤的腐蝕性造成影響，包括土壤孔隙度、電阻、pH值等等。

1.2.4 應(yīng)力腐蝕

由于管道鋪設(shè)過程中接口處會產(chǎn)生焊接應(yīng)力，土壤中也存在相應(yīng)的土壤力等，在生產(chǎn)過程中由于彈性及拉應(yīng)力等存在會提高管道的表面活性導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

1.2.5 縫隙腐蝕

由于油氣輸送管道本身是金屬材質(zhì)，部分輔助部分為非金屬，管道經(jīng)過操作工人的焊接，加固等處理形成一段段連貫的、密閉的整體。而由于各種因素可能導(dǎo)致焊接過程存在一定缺陷，使得管道出現(xiàn)氣孔、縫隙等。由于各種土壤中都含有各種微生物，通過縫隙與管道中氣體等介質(zhì)發(fā)生吸附及電化學(xué)反應(yīng)等，最終造成了油氣輸送管道的腐蝕現(xiàn)象。

2 腐蝕檢測

2.1 交流電流衰減法

檢測設(shè)備由發(fā)射機(jī)和接收器組成，在檢測時發(fā)射機(jī)發(fā)射一定頻率的信號，通過管道傳遞至接收器，由接收器接受相應(yīng)信號電波，對管道各點的強(qiáng)度進(jìn)行測量。根據(jù)接收到電流的強(qiáng)弱，對腐蝕位置進(jìn)行判斷，此外根據(jù)接收到信號判斷各點的電阻值可以有效測量各點管壁的厚度進(jìn)而對管道的腐蝕缺陷進(jìn)行預(yù)測。

2.2 磁場分布法

該方法在使用時不需要連接大地，同樣的也不會受到土壤特性的干擾，但是管道的埋藏深度會影響其預(yù)測結(jié)果，此外對于測量位置的選擇也由嚴(yán)格的要求，在測量時需要確定檢測點位，同時點距要控制在一定范圍內(nèi)，保持一個合理值。

2.3 直流電位梯度法

通過直接在管道上加載直流電流，電流流過管道經(jīng)過腐蝕點時會出現(xiàn)損失且與點位梯度呈現(xiàn)正相關(guān)，根據(jù)電位梯度和陰極保護(hù)電位的百分比可以對腐蝕程度進(jìn)行預(yù)測。該方法可以精準(zhǔn)判斷管道腐蝕部位，同時可以判定出腐蝕面積和形狀，不易受到其他電流的干擾，但其也具有一定的缺點，包括不能判斷防腐層是否脫離，在施工時通常需要大功率的電流進(jìn)行測量。

2.4 人體電容法

通過向管道發(fā)射電信號，如果防腐層存在相應(yīng)缺陷，則會漏電，當(dāng)檢測人員距離破損點越近，信號則會越明顯。

3 腐蝕預(yù)防措施及補(bǔ)救技術(shù)

3.1 腐蝕預(yù)防措施

3.1.1 乙烯防腐層腐護(hù)技術(shù)

通過在管道表面覆蓋上一層乙烯來達(dá)到防腐蝕的效果，一般可以分為冷纏與包覆兩種保護(hù)形式。冷纏后的乙烯保護(hù)層具有較好的黏結(jié)性，具有非常優(yōu)秀的防水和絕緣能力，但是該方法要防止其脫離后管道受到更強(qiáng)的腐蝕傷害。

3.1.2 熱噴玻璃釉防腐技術(shù)

該技術(shù)是我國最新研發(fā)的，應(yīng)用于長時間使用的管道，主要用于防止管道出現(xiàn)嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，同時可以有效的防止管道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。施工人員將玻璃釉噴在埋地管道上，形成玻璃和金屬的復(fù)合層。

3.1.3 石油瀝青防腐技術(shù)

通過將石油瀝青作為涂層，進(jìn)行油氣管道防腐蝕，具有非常好的防水效果，但是容易受到溫度影響也容易被土壤中的微生物等破壞。

3.1.4 環(huán)氧煤瀝青防腐技術(shù)

該方法最主要的優(yōu)勢是其價格相對較低，施工成本遠(yuǎn)低于其他方法，但是其對溫度要求比較嚴(yán)格。

3.1.5 采用電化學(xué)保護(hù)陰極

將管道設(shè)置為陰極區(qū)，通過電化學(xué)方法保護(hù)油氣管道達(dá)到防腐蝕的目的。主要包括外加電源、犧牲陽極保護(hù)陰極及雜散電流排流防腐等。

3.2 補(bǔ)救技術(shù)

3.2.1 添加緩蝕劑

向管道內(nèi)部添加緩蝕劑來降低管道的腐蝕情況，主要包括咪唑啉類或者復(fù)合型的緩蝕劑，通過降低管道內(nèi)的一氧化碳含量來緩解管道的腐蝕情況。此外還可以向管道內(nèi)部添加乙二醇等物質(zhì)，降低管道內(nèi)水合物的形成效率，進(jìn)而降低管道的腐蝕程度。

3.2.2 管道防腐層修復(fù)

指的是在不影響管道正常輸送的情況下，對管道進(jìn)行維護(hù)更換及修補(bǔ)的技術(shù)。根據(jù)管道防腐層的位置可以分為管線外防腐層修復(fù)技術(shù)和管線內(nèi)防腐層修復(fù)技術(shù)。

3.2.3 管體強(qiáng)補(bǔ)技術(shù)

管體強(qiáng)補(bǔ)技術(shù)的本質(zhì)是對管道存在缺陷的部位或者受到腐蝕的部位進(jìn)行補(bǔ)充和強(qiáng)化的方法，不僅可以確保管道的強(qiáng)度不受影響，還可以最大限度的保證管道的完整性。但是該方法對于管道自身的強(qiáng)度要求較高，不適用于嚴(yán)重腐蝕的管道。

4 結(jié)語

文章首先對管道腐蝕分類進(jìn)行介紹，主要可以分為三大類。根據(jù)管道鋪設(shè)位置的不同影響因素也具有一定的區(qū)別，各個因素的影響機(jī)制也各不相同，需要充分考慮到鋪設(shè)環(huán)境，做出針對性的評價。腐蝕預(yù)測方法大多數(shù)是依靠現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而對腐蝕進(jìn)行預(yù)測，雖然能預(yù)測部分場景下的腐蝕情況但準(zhǔn)確度仍有待提高。最后對腐蝕檢測進(jìn)行了介紹，目前主流應(yīng)用還是通過對電流的檢測，間接實現(xiàn)對腐蝕程度的測量。目前管道腐蝕的預(yù)防及補(bǔ)救措施也得到了相應(yīng)的發(fā)展，在日常生產(chǎn)中已經(jīng)可以應(yīng)對多數(shù)情況下的腐蝕問題，但仍須提高安全意識，做好預(yù)防與檢測工作，確保油氣輸送的安全進(jìn)行，推動我國能源行業(yè)高速發(fā)展。