油管道腐蝕分析與防護措施

喻石 遲金生

摘 要：國內(nèi)能源數(shù)量需求的不斷提高，也是石油、天然氣工業(yè)得以迅速發(fā)展的重要原因之一，在這個過程中，管道運輸因為在輸送距離、建設(shè)成本及安全性等方面的優(yōu)勢得以在石油和天然氣工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但是，因為管道腐蝕問題帶來的石油泄露問題發(fā)生概率也有所提高，這類問題發(fā)生所帶來的損失是無法進行計算的。為此，本文以油管道腐蝕作用機理分析作為切入點，在全面分析引發(fā)油管道腐蝕現(xiàn)象因素的基礎(chǔ)上，就當(dāng)前較為常用的油管道防腐措施展開了相應(yīng)的分析。

關(guān)鍵詞：油管道;腐蝕機理;引發(fā)因素;防腐措施

在石油和天然氣產(chǎn)業(yè)深入發(fā)展的過程中，管道是其發(fā)展的關(guān)鍵命脈，并且我國境內(nèi)的油氣運輸管道長度也在逐年增加，逐漸形成了一張覆蓋全國范圍的油氣運輸網(wǎng)絡(luò)。但是，這些油氣管道在投入使用之后，往往需要長時間進行服役，再加上國內(nèi)部分地區(qū)在自然環(huán)境條件上較為惡劣，再加之管道自身的材質(zhì)所限，很容易出現(xiàn)相應(yīng)的腐蝕問題，最終帶來的就是漏油現(xiàn)象的發(fā)生，這帶來的損失是無法進行估計的。這也就意味著針對油管道的腐蝕問題誘發(fā)因素進行深入的分析并采取合理的防腐措施有著十分重要的經(jīng)濟、社會及生態(tài)價值。

1 油管道腐蝕作用發(fā)生的機理分析

就當(dāng)前的情況來看，油管道的制造材質(zhì)一般都是以鋼為主，這類管道的腐蝕大致可以將之分為化學(xué)及電化學(xué)腐蝕，前者就是酸性油液和管道之間發(fā)生了氧化反應(yīng)，而后者的本質(zhì)就是電解質(zhì)溶液出現(xiàn)了氧化還原反應(yīng)。對于油管道的腐蝕來說，油田及其附近的自然環(huán)境、各項生產(chǎn)設(shè)施等都會為這些反應(yīng)提供所需的環(huán)境基礎(chǔ)。比如，地層水內(nèi)部含有多種無機鹽離子，可以有效充當(dāng)化學(xué)反應(yīng)中的電解質(zhì)角色，并以此形成了類似原電池的存在，再加之受到其他離子作用的影響，陽極表層附著的鐵原子可以運動到電解質(zhì)溶液內(nèi)，而電子則會持續(xù)不斷的達到陰極的表面，這就會使得油液內(nèi)氧化物質(zhì)處于一個不斷消耗的情況下，繼而帶來油管道的腐蝕現(xiàn)象。

在油管道出現(xiàn)腐蝕跡象之后，原本存在于油管道防腐層內(nèi)的腐蝕介質(zhì)無法維持順暢的流通，在土質(zhì)環(huán)境的影響下，氧分很難以油管道的縫隙方向作為基礎(chǔ)進行移動，如此一來，宏觀性質(zhì)的氧濃差電池就會分布在縫隙不同深淺或者是仿佛保護層出現(xiàn)損壞的位置上。同時，需要注意的一點是，處于縫隙深處位置的則是整個宏觀氧濃差電池的陽極，其余部分共同組成陰極，且溶解化學(xué)反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)會分別出現(xiàn)陽極和陰極位置上，這也就意味著油管道的腐蝕問題會得到進一步的發(fā)展。

2 油管道防腐措施應(yīng)用的重要意義

對于油管道而言，其中所運輸?shù)氖捅旧硪矊儆谖ｋU物質(zhì)的一種，石油物質(zhì)的泄漏往往會在各種因素的影響下引發(fā)較為嚴(yán)重的爆炸事故。在這種情形下，通過對油管道的腐蝕因素進行全面的分析，并采取相應(yīng)的防腐措施有助于降低油管道爆炸事故的發(fā)生概率。除此之外，輸油管道腐蝕事件發(fā)生概率的降低，也就意味著石油企業(yè)的生產(chǎn)效率會相應(yīng)的有所提升，并且在整體的生產(chǎn)成本方面也會相應(yīng)的有所降低，這對于企業(yè)的進一步發(fā)展和國民經(jīng)濟的高速穩(wěn)步發(fā)展有著十分重要的作用。除此之外，輸油管道內(nèi)石油物質(zhì)的泄漏，對于周邊百姓的健康生活而言也是一種極為不利的環(huán)境因素，并且這些物質(zhì)的滲漏也會對地下水源產(chǎn)生相應(yīng)的污染。在這種情況下，通過油管道防腐措施的有效落實，可以極大地保障人民群眾的生命健康和當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的安全性。同時油管道腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，會對各項油田生產(chǎn)設(shè)施老化起到了加速催化的影響，極大地縮短了其使用壽命，同時在各類油田生產(chǎn)設(shè)施施工建設(shè)的過程中也會使用到數(shù)量較多的材料和能源，這也就意味著油管道腐蝕現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)，也會帶來材料和能源的嚴(yán)重浪費現(xiàn)象，通過油管道防腐措施的有效落實，可以在有效保障各類原油生產(chǎn)設(shè)施的使用壽命的同時，從而有效降低因為管道修復(fù)及新建帶來的建筑材料和能源浪費。

3 引發(fā)油管道腐蝕現(xiàn)象的主要因素分析

3.1 金屬材質(zhì)的不均勻化

就當(dāng)前的情況來看，油管道的生產(chǎn)制造材料絕大部分都是金屬材質(zhì)，但是這些金屬材質(zhì)本身性質(zhì)的不均勻卻也是管道腐蝕問題的罪魁之一，主要是因為金屬材質(zhì)自身性質(zhì)的不均勻會產(chǎn)生一種較為微小的電位差，并且在經(jīng)過改造之后的管道材料和原本的金屬管道在性質(zhì)和成分方面必然會出現(xiàn)差異，也就意味著同樣可以產(chǎn)生相應(yīng)的電位差。當(dāng)油管道處于正常生產(chǎn)運輸?shù)臓顟B(tài)下，一旦其中的個別管道出現(xiàn)了相應(yīng)的改性問題，換言之，就是材質(zhì)上存在差異的新管道和老舊管道之間做出了相應(yīng)的連接，在電位差出現(xiàn)并形成陽極區(qū)域的影響下，很容易出現(xiàn)油管道的腐蝕問題。在這種情況下，需要對新舊油管道交接位置的腐蝕情況和發(fā)展速度做出全面的檢測，并采取相應(yīng)的防護措施。

3.2 土壤及其內(nèi)部的各類微生物

由于油管道是一種埋設(shè)在地表土壤下的管道運輸設(shè)施，土壤自身的一些性質(zhì)要素也會對管道的腐蝕產(chǎn)生一定的影響，這其中對于管道腐蝕影響比重較大的一個因素就是土地的酸堿度。在一般情況下，金屬材質(zhì)更容易與酸性的土壤發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，從而使得油管道在不同位置出現(xiàn)腐蝕問題，但是在部分情況下，堿性土壤也會和油管道發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，主要是因為在油管道制作的過程中，所使用的金屬材料本身存在有一定的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)中的部分物質(zhì)可以和堿性物質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)管道被腐蝕的現(xiàn)象，也就是在油管道生產(chǎn)運輸環(huán)節(jié)中會經(jīng)?？吹降纳P和管道穿孔的問題。除此之外，土壤的濕度也會對油管道的腐蝕產(chǎn)生一定的影響和促進作用。對于一些溫度年差數(shù)值變化較大的地區(qū)而言，實際上也是對油管道自身熱脹冷縮能力的極大考驗。從實際的石油生產(chǎn)工作來看，夏季的高溫條件下對于油管道的使用壽命一般不會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，只有在雨季來臨的情況下，雨水順著地表滲入到地下，雨水中的雜質(zhì)和管道長時間接觸之后，很容易對管道產(chǎn)生相應(yīng)的侵蝕情況。除此之外，長距離輸油管道如若出現(xiàn)了相應(yīng)斑點狀腐蝕現(xiàn)象，往往還會伴隨著黑色硫化亞鐵包圍白色糊狀的氫氧化亞鐵的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也就意味著管道和生存在土壤內(nèi)部的微生物間發(fā)生了硫酸鹽還原反應(yīng)。這類細菌喜歡生活在一些土壤本身透氣性較差，并且還有較多水分和腐爛植物的土壤中。鋼制輸油管道在埋進土壤的時候，會逐步和其中所包含的水分進行反應(yīng)，并同時在管道的表面形成一層相應(yīng)的保護膜，而這個過程只有在土壤里氧氣含量耗盡的前提下方才會停止，但是如果土壤中還有一定數(shù)量的厭氧細菌，這個反應(yīng)仍舊會繼續(xù)進行。在這種情況下，細菌就會將其中的一些硫酸鹽通過氧化還原反應(yīng)還原成某種硫化物，而這種物質(zhì)可以在和管道表面進行接觸的過程中，通過氫膜的相互作用，使得這層保護膜被消解的同時，管道內(nèi)的金屬材質(zhì)也會出現(xiàn)相應(yīng)的溶解繼而造成腐蝕現(xiàn)象。

3.3 雜散電流帶來的管道腐蝕

埋在土壤中的鋼鐵材質(zhì)的輸油管道，在經(jīng)過較大幅度的維修，或者是管道埋設(shè)地區(qū)的地形地貌出現(xiàn)了相應(yīng)的變化。就會發(fā)現(xiàn)處于電流干擾處的金屬管道，自身的腐蝕現(xiàn)象往往要超過其他區(qū)域的管道，并且這里的腐蝕現(xiàn)象絕大部分是以斑點形式存在的，這類性質(zhì)的腐蝕現(xiàn)象所帶來的后果就是油液的滲漏以及管道的瀕臨穿孔問題。并且根據(jù)有關(guān)的研究實驗表明，交流電存在的情形下，碳鋼腐蝕的電位會向著活化的方向逐步進行運動，并且活化的電位數(shù)值和電流的密度之間是一種正比例關(guān)系，同時在交流電的影響下，會使得鈍化性質(zhì)的電流密度得到進一步的提升，從而使得油管道表面原本存在的鈍化膜直接被溶解。

3.4 其他原因帶來的腐蝕

從組分角度上來看，石油內(nèi)的主要組分包括了烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等，這些物質(zhì)成果本身并不會對各種金屬設(shè)施帶來腐蝕問題。但是石油內(nèi)含量稀少的硫化物和無機鹽等物質(zhì)，卻在腐蝕問題上發(fā)揮了巨大“作用”。在石油加工輸送的過程中，這些物質(zhì)本身就帶有強弱不一的腐蝕性，除此之外，其他的一些物質(zhì)在經(jīng)過石油加工工藝處理之后，也會逐漸轉(zhuǎn)帶有腐蝕性。很容易進一步提高輸油管道發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的概率。

4 當(dāng)前較為常用的油管道防腐措施分析

4.1 藥劑添加防腐技術(shù)

就當(dāng)前的輸油管道防腐技術(shù)應(yīng)用來看，藥劑添加防腐技術(shù)是其中最為常用的一種方式，而作為其中使用頻率最高的藥劑--殺菌劑，自身在生產(chǎn)制造成本上相對較低，并且具備較為良好的防腐效果，殺菌劑添加的位置可以在單井的井口位置，也可以在管道系統(tǒng)內(nèi)部。殺菌劑的添加在一些腐蝕現(xiàn)象以SRB腐蝕為主的油套管內(nèi)具有十分良好的效果。除此之外，緩釋劑的加入也是一種十分有效的藥劑添加防腐技術(shù)，這種技術(shù)的主要目的就是為了降低管道腐蝕的速率。就當(dāng)前的情況來看，絕大部分的緩釋劑在生產(chǎn)制造成本上相對較低，并且在功能發(fā)揮上較為穩(wěn)定，具備著顯著的降低管道腐蝕速率的效果。同時緩釋劑也會因為種類的差異而產(chǎn)生作用機理方面的差異，主要是借助吸附、氧化和沉淀等反應(yīng)，并借此在油管道的表面形成相應(yīng)的保護膜，從而有效的阻止管道發(fā)生進一步的腐蝕。比如針對一些含有酸性氣體的地表水或者是鹽類物質(zhì)引發(fā)的管道腐蝕現(xiàn)象，可以采用帶有酸性介質(zhì)的緩蝕劑來有效的降低管道的腐蝕速率，這主要是因為酸性介質(zhì)在遭遇水之后，會電離出帶有腐蝕性的氫離子，在氫離子遇到同樣帶有酸性特性的緩蝕劑所帶有的氫離子扥情形下，會在共同作用下形成一種帶有正電性的共軛電對物質(zhì)。這個物質(zhì)可以吸附在屬于管道的表面促使正電荷得以均勻分布，從而真正意義上排斥了管道土壤環(huán)境中的氫離子，如此一來，長距離輸油管道的腐蝕速率就會被大大的降低。

4.2 管道纖維內(nèi)襯增強復(fù)合防腐

對于長距離輸油管道的正常使用來說，如果腐蝕現(xiàn)象是因管道內(nèi)壁的斑點狀腐蝕為主，就會導(dǎo)致在管道的內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的孔洞等現(xiàn)象，這類腐蝕問題一般很難及早發(fā)現(xiàn)，在油管道空洞逐漸擴展的影響下，也會使得石油物質(zhì)逐漸泄漏到外部的土壤環(huán)境中。在這種情形下，管道內(nèi)部的纖維內(nèi)襯增強復(fù)合防護技術(shù)就可以在管道防腐中發(fā)揮極大的效用，這一技術(shù)主要是使用了一些在致密性以及抵抗氣體滲透等方面具有優(yōu)勢的防腐材料，將其附著在油管道的內(nèi)壁上，借此來降低管道內(nèi)部發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的概率。這類管道防腐技術(shù)的應(yīng)用，在具體的施工環(huán)節(jié)中，一次性質(zhì)的施工距離可達到3km左右，但同時對于施工現(xiàn)場的溫度也有一定的要求，最低溫度不能低于-5℃，同時管道實際的運行溫度極限數(shù)字不得超過80℃。出于漆膜附著力和硬度提高的考慮，施工的間隔時間至少需要維持在24h，在常溫的天氣環(huán)境下，管道內(nèi)壁漆膜鋪設(shè)工作結(jié)束之后，需要等待7天的時間方可將管道投入到使用中。

4.3 高密度聚乙烯管道內(nèi)襯防腐技術(shù)

就目前的石油工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，在長距離輸油管道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象并且得到一定程度的發(fā)展之后，在部分整體管道更換難度較大的地區(qū)，在結(jié)合上輸油管道自身的多相流特點和管道腐蝕問題的發(fā)展規(guī)律，可以推廣應(yīng)用高密度聚乙烯內(nèi)襯管道防腐技術(shù)。這一技術(shù)的主要原理是，將一根外部直徑數(shù)值略微大于管道內(nèi)部直徑豎直的非金屬性質(zhì)的內(nèi)生管，借助磨口縮徑設(shè)施的幫助，將其直接進行臨時性的縮小，在此之后，通過牽引機的幫助，將整個內(nèi)襯管道貫穿到需要修復(fù)的長距離輸油管道中，并最終形成一個套管結(jié)構(gòu)。這一類型的防腐技術(shù)在實際的施工環(huán)節(jié)中，需要針對長距離輸油管道進行分段式的管道穿插工作，并使用熱熔方式將管道直接進行相應(yīng)的連接，并在最后借助壓環(huán)密封以及不銹鋼接頭的補口工藝，從而保障整體的套管結(jié)構(gòu)得以完整的連接在一

起。但這類技術(shù)在實際應(yīng)用的時候會受到彎頭彎度的限制，具體的彎曲角度不得大于15°，并且在管道運行過程中，其最大的運行溫度數(shù)值需要維持在60℃之下。

4.4 管道表面防腐處理

長距離輸油管道防腐工作得以取得有效成績的重要基礎(chǔ)就是輸油管道自身具備良好的防腐基底，而屬于管道自身的防腐質(zhì)量高低與否和表面涂層與材質(zhì)的貼合程度之間聯(lián)系較為密切，這也就意味著管道表面的處理工作需要做出進一步的提升。出于整個長距離輸油管道的使用壽命以及防腐工作具體效果提高的考量，其中最具影響力的因素就是管道除銹工作是否得以徹底落實，經(jīng)過國內(nèi)多年的石油工業(yè)生產(chǎn)實踐表明，具備良好除銹工作效果的輸油管道，在同等的環(huán)境條件下，對比除銹工作效果較差甚至根本沒有經(jīng)歷過除銹工作的管道，其使用壽命要延長3～5倍的時間。這也就意味著在使用各項管道防腐技術(shù)之前，需要針對管道外面的鐵銹以及表層的鈍化外層等無關(guān)物質(zhì)做出全面的清除。

5 總結(jié)

長距離輸油管道的大規(guī)模建設(shè)，促進了我國石油和天然氣供應(yīng)的全面發(fā)展，但是由于各類環(huán)境因素甚至是管道自身制造材質(zhì)的影響，很容易在實際的生產(chǎn)運行過程中出現(xiàn)相應(yīng)的腐蝕現(xiàn)象。出于石油工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)步提升以及國民經(jīng)濟快速發(fā)展和人民群眾生命健康保障的考慮，需要在合理的針對輸油管道表面進行防腐處理之后，合理的選用當(dāng)前已有的管道防腐技術(shù)，從而真正意義上降低輸油管道腐蝕問題的發(fā)生幾率。

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