黃海波 李慶敏

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)于油氣資源的使用量也與日俱增，長(zhǎng)輸油氣管道作為主要的油氣傳輸方式，其運(yùn)行安全事關(guān)油氣資源的安全穩(wěn)定，也關(guān)系到社會(huì)穩(wěn)定與人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。油氣管道的腐蝕不僅減少管道的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致油氣泄漏，造成火災(zāi)、爆炸、環(huán)境污染等重大災(zāi)難性事件。因此，研究油氣管道腐蝕機(jī)理，從而改進(jìn)油氣管道的保護(hù)技術(shù)就顯得至關(guān)重要。這篇論文主要介紹油氣腐蝕機(jī)理，并對(duì)目前的防腐蝕技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析，對(duì)解決長(zhǎng)輸油氣管道腐蝕防護(hù)問(wèn)題具有良好的參考和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸油氣管道;腐蝕機(jī)理;防護(hù)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE988.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）11-0033-05

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的突飛猛進(jìn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)日新月異的發(fā)展變化，對(duì)油氣資源的需求量呈持續(xù)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。由于油氣資源的產(chǎn)源地多位于我國(guó)西北部與西南部的沙漠，盆地等區(qū)域，而油氣資源的大規(guī)模使用多集中于我國(guó)東南部沿海地區(qū)的工業(yè)廠礦，企事業(yè)單位和城鎮(zhèn)居民用戶等等。因此，往往需要跨越數(shù)千公里將油氣資源從產(chǎn)源地運(yùn)輸至使用地。油氣資源的長(zhǎng)距離運(yùn)輸方式可采用天然氣槽車(chē)，油罐槽車(chē)或長(zhǎng)輸油氣管道，天然氣槽車(chē)和油罐槽車(chē)因?yàn)槠溥\(yùn)輸成本高，運(yùn)輸穩(wěn)定性較低，且運(yùn)輸途中安全性不高，不適宜作為油氣資源長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)氖滓x。目前使用最為廣泛的油氣資源長(zhǎng)距離運(yùn)輸方式為長(zhǎng)輸油氣管道輸送，具有：①輸送高效快捷;②綜合成本較低;③安全環(huán)保;④不受各類(lèi)地形條件的限制，具有廣泛適用性。由于長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)輸距離可長(zhǎng)達(dá)上千公里，途中經(jīng)過(guò)的環(huán)境地貌非常復(fù)雜，各種環(huán)境與人為因素的影響眾多，而埋設(shè)在地下的油氣管道多采用中低碳鋼材質(zhì)，在土壤，自然環(huán)境因素長(zhǎng)期作用下，往往會(huì)在油氣管道的表明和內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，一旦腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，會(huì)使管道力學(xué)強(qiáng)度降低，使用年限變短，嚴(yán)重的腐蝕還會(huì)導(dǎo)致管道穿孔，破裂，引發(fā)油氣泄漏，隨著近年來(lái)長(zhǎng)輸油氣管道日益呈現(xiàn)大直徑、高壓化、網(wǎng)格化的趨勢(shì)，且長(zhǎng)輸油氣管道穿過(guò)城鎮(zhèn)、村落等人員和建筑密集區(qū)域的現(xiàn)象日益增多，如果油氣管道在上述地區(qū)發(fā)生腐蝕損壞，短時(shí)間內(nèi)大量油氣混合物的逸出，極易引發(fā)火災(zāi)，人員中毒等重大安全事故。近年來(lái)，因管線腐蝕，油氣泄漏導(dǎo)致的重大事故屢見(jiàn)不鮮，如2003年重慶開(kāi)縣地區(qū)發(fā)生的導(dǎo)致周?chē)┕さ拿窆ご迕袼劳?43人，中毒1700余人的高壓天然氣管線泄漏慘痛事故，以及2013年青島黃島區(qū)致使62人喪生，200余人受傷的重特大油氣管道爆炸事故。因此，研究管道防腐蝕技術(shù)，提高管道耐腐蝕性能，就顯得尤為重要。而對(duì)于腐蝕機(jī)理的完整和徹底的認(rèn)識(shí)，將成為我們系統(tǒng)的掌握腐蝕防范技術(shù)，將油氣管道腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)降至最低程度的基礎(chǔ)和先決條件。

1長(zhǎng)輸油氣管道腐蝕機(jī)理

1.1長(zhǎng)輸油氣管道腐蝕概述

長(zhǎng)輸油氣管道主要材質(zhì)為中低碳鋼，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，主要發(fā)生以下兩種腐蝕過(guò)程，一種是受土壤環(huán)境，溫度，雨水，大氣等自然條件的影響，以及人為因素的破壞，造成外防腐層剝離破壞，管道遭受外腐蝕，二油氣中的雜質(zhì)及加入的含硫化合物也對(duì)天然氣管道產(chǎn)生管道內(nèi)腐蝕，造成管線漏氣。

1.2長(zhǎng)輸油氣管道外腐蝕

長(zhǎng)輸油氣管道外腐蝕主要是管道材質(zhì)在土壤介質(zhì)中，在土壤中的碳，水分，無(wú)機(jī)鹽的共同作用下以及與空氣，雨水中的酸堿性物質(zhì)等的接觸中產(chǎn)生的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕的結(jié)果。油氣管道外腐蝕可分為：

1.2.1空氣腐蝕

管線裸露在空氣中，與空氣中水，氧氣，二氧化碳等相互作用，產(chǎn)生的腐蝕就是空氣腐蝕。大氣中的水蒸氣遇到低溫的金屬管線，會(huì)在其表面凝結(jié)一層水膜，空氣中的氧氣，二氧化碳等溶解在水膜中。就像是電池的電解液那樣，從而在管道表面產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕

1.2.2土壤腐蝕

土壤是一種多相態(tài)復(fù)雜混合物，各種相態(tài)包括空氣、水和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，具有電解質(zhì)的性質(zhì)和特征。因此油氣管道裸露的金屬表面在土壤作用下逐漸發(fā)生腐蝕反應(yīng)。土壤腐蝕分為：①微觀電池腐蝕：由于制管時(shí)的缺陷，導(dǎo)致金屬內(nèi)含有或夾雜著像熔渣、焊縫、氧化膜等（銹、扎屑）等不均勻雜質(zhì)。這些含有不均勻雜成分的金屬管道在土壤環(huán)境中，就像組成原電池正負(fù)極的金屬那樣，產(chǎn)生電位差而形成腐蝕電池。如鋼管焊縫熔渣和鋼管主體金屬材料之間的電位相差約0.25-0.30V;②宏觀電池腐蝕：當(dāng)管道穿越的土壤區(qū)域隨著自然環(huán)境的變化很大，或者不同區(qū)域土壤之前存在較大的物理化學(xué)性質(zhì)差異時(shí)，有些條件效應(yīng)就會(huì)在宏觀電池腐蝕中產(chǎn)生決定性作用。比如：土壤的鹽含量和通透性（含氧量）對(duì)管道腐蝕具有很大影響，并且直接或間接影響地下管線電位。在含鹽量高的土壤中，管地電位比在含鹽量低的土壤中要低一些。在鹽濃度較高的土壤中敷設(shè)的管道，其材料表面腐蝕的程度較之鋪設(shè)在鹽含量較低的土壤中的管道相比更加嚴(yán)重。若一長(zhǎng)段油氣管道一部分敷設(shè)在低鹽的土壤中，而另一部分敷設(shè)在高鹽的土壤里時(shí)，就好比用一段金屬導(dǎo)體將不同濃度的電解質(zhì)相連接形成一個(gè)原電池。這種由含鹽量高低的土壤形成的濃差電池。其電流大小通常取決于電解質(zhì)的離子濃差。同樣，在低通透性的土壤環(huán)境中，管體與周?chē)h(huán)境之間的電位差要低于高通透性的土壤環(huán)境。對(duì)于大口徑地下管道，管頂?shù)耐寥劳笟庑院?，干燥，管底的土壤透氣性差、潮濕，因而管底的管地電位常常低于管頂?shù)墓艿仉娢?，管底部形成?yáng)極區(qū)而發(fā)生腐蝕。實(shí)際測(cè)試中，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)同一管段穿越不同土壤測(cè)得的電位存在差異。有資料表明，當(dāng)土壤濕度不同，穿過(guò)不同濕度土壤的管線間的電位差可達(dá)0.2～0.3V。特別是當(dāng)各管段穿越的土壤通透性不同時(shí)，往往會(huì)形成較高的電位差。在地下長(zhǎng)輸油氣管線中，所構(gòu)成的原電池電極間距離往往比較遠(yuǎn)，甚至可達(dá)數(shù)公里至十余公里。故稱(chēng)其為宏觀電池。對(duì)土壤腐蝕性強(qiáng)度的判定，一般以含氧量、PH值和土壤電阻率為依據(jù)。有專(zhuān)家指出：土壤電阻率是衡量土壤腐蝕特性的重要指標(biāo)，土壤電阻率與腐蝕性的關(guān)系見(jiàn)表1所示。

1.2.3細(xì)菌腐蝕（微生物腐蝕）