油氣管道腐蝕機理與防治簡述

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（大慶油田天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

1 管道腐蝕機理

管道腐蝕是金屬和周圍環(huán)境及管線內(nèi)介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應而導致的一種破壞性侵蝕。其根本原因是鋼制管道一直處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，通過化學反應生成鐵氧化物、碳酸鹽等，或轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄噪x子使之相對穩(wěn)定，這一過程就是金屬的腐蝕過程。

1.1 金屬電化學腐蝕機理

當每種金屬浸在一定的介質(zhì)中都有一定的電位， 稱之為該金屬的腐蝕電位（自然電位）。腐蝕電位愈負愈容易失去電子, 我們稱失去電子的為陽極，得到電子的為陰極。陽極由于失去電子受到腐蝕，而陰極得到電子受到保護。鋼管處于不同的環(huán)境下，在有氧氣、水等情況下易于形成腐蝕電池，發(fā)生電化學腐蝕，從而導致管線發(fā)生腐蝕[1]。

1.2 雜散電流腐蝕

雜散電流腐蝕是由于雜散電流流動而引起的腐蝕。當管道防腐層較差時，雜散電流從管道的一個部位進入管道，沿管道流動一段距離后，在涂層缺陷處離開管道。在電流進入的部位，管道得到保護；在電流離開的部位，管道發(fā)生腐蝕。

1.3 酸性氣體（CO2/H2S）腐蝕

在含CO2油氣環(huán)境中，腐蝕產(chǎn)物FeCO3和Fe3O4等在裸露的金屬表面形成保護膜。當膜不均勻或破損時，常出現(xiàn)局部（無膜）臺面狀腐蝕。實際上，CO2腐蝕為全面腐蝕和一種典型的沉積物下方的局部腐蝕共同出現(xiàn)。腐蝕產(chǎn)物（FeCO3）及結(jié)垢產(chǎn)物（CaCO3）或不同的生成物膜在鋼鐵表面不同區(qū)域的覆蓋度不同，不同覆蓋度的區(qū)域之間形成具有很強自催化特性的腐蝕電偶，CO2局部腐蝕就是這種腐蝕電偶作用的結(jié)果。 CO2腐蝕主要由其溶解度決定，溫度一定時，溶液的酸度和腐蝕速度皆隨CO2分壓增大而增加。

鋼材受到硫化氫H2S腐蝕后產(chǎn)生一種有缺陷的結(jié)構(gòu)物硫化亞鐵FeS，它與鋼鐵表面的粘結(jié)力差，易脫落，易氧化，且電位較正，因而作為陰極與鋼鐵基體構(gòu)成一個活性的微電池，對鋼基體繼續(xù)進行腐蝕。H2S腐蝕還會導致氫鼓泡（HB）、氫致開裂（HIC）、硫化物應力腐蝕開裂（SSCC）、應力導向氫致開裂（SOHIC）等巨大腐蝕危害。

2 管道腐蝕防治

2.1 采用耐腐蝕材料

經(jīng)研究，在同等腐蝕條件下，20#碳鋼腐蝕速度約1.1244mm/a，鋼制材料耐蝕性能排序為316L不銹鋼＞5Cr低合金鋼＞16Mn低合金高強鋼＞20#碳鋼。 耐蝕材料的選擇能夠大大降低管線腐蝕速度，延長使用壽命，但同時也會增加成本，在材料選用過程中可根據(jù)實際使用部位，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇更加使用的耐腐蝕材料。

2.2 采用陰極保護系統(tǒng)

陰極保護的原理：是給金屬（管線）補充大量的電子，使被保護金屬（管線）整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位，金屬原子不容易失去電子腐蝕。實現(xiàn)這一目的有兩種辦法：

表1

2.2.1 犧牲陽極陰極保護

犧牲陽極陰極保護：是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下[2]。

特點：該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾。

應用：保護小型或處于低土壤電阻率環(huán)境下（土壤電阻率＞100Ω.m）的金屬結(jié)構(gòu)。如：城市管網(wǎng)、小型儲罐等。

2.2.2 外加電流陰極保護

外加電流陰極保護：通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電流從土壤中流向被保護金屬，使被保護金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。

應用：保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長輸埋地管道，大型罐群等。

2.2.3 采用內(nèi)、外壁防腐涂層

常見防腐涂層材料有瀝青防腐層、瀝青防腐層、聚烯烴粘膠帶、環(huán)氧粉末涂層、2層或3層PE。在管道內(nèi)壁噴涂環(huán)氧樹脂等，即可以防止內(nèi)壁腐蝕，也可以減少輸送介質(zhì)的摩阻；外壁涂層主要用瀝青、PE等。

2.2.4 輸送介質(zhì)添加緩蝕劑

在輸送或儲存時的介質(zhì)中加入緩蝕劑抑制內(nèi)壁腐蝕。

2.2.5 管道內(nèi)翻襯修復技術(shù)

埋地管道不開挖內(nèi)翻襯玻璃鋼軟管修復技術(shù)，就是把腐蝕嚴重的管道在不破壞自然地貌、不破壞原管道的條件下，長距離內(nèi)襯特殊玻璃鋼防腐層形成復合結(jié)構(gòu)，即原管道起維護支撐作用，襯里層起防腐作用，可以大大緩解管道的腐蝕，延長管道的使用壽命。針對發(fā)生點腐蝕的局部管段，開展管道內(nèi)表面修復防腐技術(shù)試驗。

2.2.6 腐蝕的監(jiān)控

在管道腐蝕敏感部位，增設在線超聲腐蝕監(jiān)測設備，通過無線網(wǎng)絡將腐蝕數(shù)據(jù)實時傳遞到辦公室，以便管理人員對管道腐蝕程度及時了解并采取措施。

預防事故的發(fā)生：腐蝕物質(zhì)含量上升或工藝參數(shù)的變化有時會導致嚴重的腐蝕。采用腐蝕監(jiān)測可以隨時監(jiān)測介質(zhì)的腐蝕狀況，如果發(fā)現(xiàn)腐蝕速率驟然變化，將立即檢查系統(tǒng)，及時找出問題所在，以防止重大事故的發(fā)生。

預測設備壽命：通過腐蝕監(jiān)測可以準確地掌握設備正常運轉(zhuǎn)時的腐蝕速率，可以預測設備的使用壽命，在設備或管線發(fā)生腐蝕破裂前，有計劃更換，避免非計劃停機，造成經(jīng)濟損失和安全事故，做到既安全又經(jīng)濟。

評價腐蝕方法：腐蝕檢測還有利于分析腐蝕原因。了解腐蝕過程與工藝參數(shù)之間的關(guān)系，或評價一些防腐措施和方法的實際效果。

3 結(jié)束語

總之，管道防腐機理和技術(shù)的研究應用可以有效抑制管線腐蝕，降低安全事故，減少巨大經(jīng)濟損失，提高管道、裝置的設施運行安全，具有十分重大的意義。