油氣集輸管道腐蝕的防治及安全檢測

成都理工大學能源學院

油氣集輸管道腐蝕的防治及安全檢測

郝玉鴻 張銀德成都理工大學能源學院

油氣集輸管道的腐蝕現象可分為內壁腐蝕與外壁腐蝕兩種情況。目前國內針對油氣集輸管道外壁腐蝕防治措施主要是環氧涂層與陰極防護技術。環氧涂層管道防腐技術相對較為成熟，具體實施是在管道外壁上噴涂添加防腐劑的涂料，將外部腐蝕介質與管道外壁隔離開，避免外壁受到外部介質腐蝕。金屬緩蝕劑是向具有腐蝕介質的環境中添加某些能夠阻礙腐蝕介質與金屬發生化學反應的化學物質，具體可以分為無機緩蝕劑與有機緩蝕劑兩大類。目前國內油氣集輸管道緩蝕劑普遍采用的是有機緩蝕劑。在管道腐蝕監測中可以通過觀察管道內表面粗糙度去確定某些地方的管道腐蝕情況，進而加快油氣輸送的效率。

油氣管道；防腐蝕；安全檢測；輸送介質

油氣集輸管道的腐蝕現象可分為內壁腐蝕與外壁腐蝕兩種情況。外壁腐蝕易于防治，相比于內壁腐蝕危害較小，防治措施主要依靠環氧涂層與陰極防腐技術。而管道內壁長時間與腐蝕介質接觸，易于腐蝕介質發生化學反應，造成內壁嚴重腐蝕。對此狀況，目前國內主要采用內涂環氧防腐涂層，防腐效果并不明顯，因此必須加強油氣管道安全檢測工作，在管道設計規劃的初級階段做好科學高效的防腐措施，針對輕微腐蝕現象予以足夠重視，并及時采取修復措施，保證油氣集輸管道高效、順利輸送油氣。

1 油氣集輸管道腐蝕危害

目前，國內的油氣集輸管道安全監測技術和日常防腐技術與發達國家相比仍然處于初級階段，管道陰極防護技術還不夠成熟。據科學資料顯示，國內油氣集輸管道因腐蝕造成泄漏等事故發生率能夠達到每年5次，而美國、日本、法國等發達國家這一數據僅為0.5～0.7次。管道腐蝕造成的危害主要包括以下幾個方面：①集輸管道腐蝕造成油氣泄漏，地區的油氣供應出現問題致使某些石油化工企業缺乏原料，生產停滯；②泄漏的油氣將對土壤與大氣環境造成巨大的破壞與污染，且污染持續時間相對較長；③油氣屬易燃易爆物質，在人口密集的居民區或者市內極易發生燃燒甚至爆炸，危害人們的生命、財產安全。

2 外壁腐蝕機理與防治措施

2.1管道外壁腐蝕機理

油氣集輸管道外壁腐蝕環境主要包括土壤環境與海水環境兩種。土壤環境下的金屬集輸管道處于土壤有機物、水分、氧氣等復雜環境中，易發生金屬的物理溶解與化學作用，腐蝕金屬集輸管道造成管道損壞現象；海水腐蝕環境中的集輸管道主要是金屬管道，處于海底的管道外壁長時間被海水浸泡，并受到大量的鹽類化學物質及酸性環境影響，易使金屬管道發生電化學腐蝕。因此針對集輸管道所處實際工作環境，要采取科學合理的防腐蝕技術措施。

2.2外壁防腐蝕措施

目前國內針對油氣集輸管道外壁腐蝕防治措施主要是環氧涂層與陰極防護技術。環氧涂層管道防腐技術相對較為成熟，具體實施是在管道外壁上噴涂添加防腐劑的涂料，將外部腐蝕介質與管道外壁隔離開，避免外壁受到外部介質腐蝕。環氧涂料的主要成分是具有極強抗酸性、抗堿性的環氧樹脂和高效固化劑，能夠與管道外壁緊密黏接形成光滑、致密性很高的表面涂層，防腐蝕效果好，因此得到大范圍的普及與應用。陰極防護技術主要指的是在水質環境中特定與高效的防腐蝕技術，能夠有效避免金屬集輸管道在海水多種鹽類與惡劣的酸堿環境下的化學腐蝕，主要應用于海底管道的腐蝕防治措施。陰極防護技術應用于油氣集輸管道防腐工作中成本較低，并不需要較多的防腐添加劑等材料，表1為兩種方法的綜合比較。

表1 環氧涂層與陰極防護技術的綜合比較

通過表1數據比較明顯可以看出，陰極防護技術在油氣管道防腐工作中防腐效果更好，且成本比較低，但是對技術要求較高。

3 內壁腐蝕機理及特點

3.1硫化氫腐蝕

硫化氫對金屬合金腐蝕現象很早就受到技術人員的重視，經過大量研究發現硫化氫對鋼鐵等金屬有很強的腐蝕性，但是關于腐蝕機理的研究理論不一。硫化氫與其他氣體如二氧化碳相比在水中溶解度大的多，形成的溶液呈弱酸性。硫化氫在水中電離出的產物（HS-、S2-）附著在金屬表面與表面鐵原子發生化合反應，生成能夠促進離子附著的復合物Fe（HS）-。在與金屬原子化合反應之后，會使金屬表面呈負電位，從而促進陰極反應速度，生成更多的氫氣，進一步促進陽極金屬原子溶解，降低金屬結構強度造成嚴重腐蝕。另一方面，硫化氫導致金屬氫脆，氫較少時主要以氫離子或者原子游離在金屬原子周圍，隨著自由擴散的進行，氫離子與原子逐漸聚集成氫氣分子，造成金屬結構局部的氫富集，使金屬強度降低更易腐蝕。

3.2二氧化碳腐蝕

二氧化碳同樣是導致金屬腐蝕的主要因素，二氧化碳主要是溶于水，電離出HCO3-、CO32-兩種負離子作為得到電子的物質析出氫氣，當電離出的濃度很低時二氧化碳與水作用生成水和氫離子，同樣得電子被還原析出氫氣。

電化學反應開始時，二氧化碳溶于水生成碳酸，接著與鐵原子發生反應生成碳酸亞鐵、碳酸氫亞鐵與內部鐵原子進一步發生氧化還原反應，生成結合能力很差的碳酸鐵，而這種物質易于從金屬表面脫落下來，其原因不僅因為碳酸鐵的結合能力較差，還因為碳酸鐵體積比碳酸氫亞鐵小很多，所以處于海水或者土壤中的油氣集輸管道很容易被周圍的環境氧化，并在碳和水分的共同作用下發生電化學反應生成蓬松多孔、結合能力差的碳酸鐵，促進外部金屬表皮的脫落，加速內部金屬電化學腐蝕。因此二氧化碳對于鋼鐵的腐蝕性不可忽視，油氣集輸管道施工作業工程中要做好二氧化碳防腐蝕工作。

3.3多相流腐蝕

多相流腐蝕機理包括以下幾種類型：無腐蝕無雜質清潔環境、無腐蝕有雜質沖刷環境、無雜質有腐蝕環境、雜質與腐蝕并存環境等。多相流動沖刷對鋼鐵腐蝕影響同樣不可小覷，流動物體會受到流速、黏度、腐蝕介質性質、沖刷角度等因素影響，進而加快腐蝕速度。多相流狀態可以分為平穩的層流、湍狀流動、環狀流等幾種情況，在較低的流動速度時主要存在的是平緩層流，流速較高時就會出現湍狀流動或者環流現象。研究表明，此狀況對鋼鐵腐蝕最為嚴重，流體沖刷所產生的切向力與腐蝕化學反應共同作用，金屬表面結合力較強的氧化膜易脫落加速內部金屬腐蝕，對管道產生嚴重影響。

4 內防腐蝕技術

（1）噴涂具有防腐作用的緩蝕劑。金屬緩蝕劑是向具有腐蝕介質的環境中添加某些能夠阻礙腐蝕介質與金屬發生化學反應的化學物質，具體可以分為無機緩蝕劑與有機緩蝕劑兩大類。目前國內油氣集輸管道緩蝕劑普遍采用的是有機緩蝕劑，具有很多優點。例如：對周圍環境影響較小，防腐蝕效果優良；防腐蝕成本較低；技術操作簡單，效果明顯；能夠針對腐蝕環境采取科學合理的有機緩蝕劑；具有很強針對性；同種防腐蝕添加劑能夠防止多種金屬以及適應不同腐蝕環境等。腐蝕劑使用時要嚴格控制噴涂工藝、使用量、維護周期及配合使用清氧劑、消毒殺菌劑、除硫劑等，才能達到理想的防腐蝕效果。

（2）內涂層防腐與襯里防腐技術。內涂層與襯里防腐技術是針對油氣集輸管道腐蝕狀況的常用防腐技術，該技術防腐原理是在管道表層與外界腐蝕介質之間設置一個具有保護作用的隔離膜，通過高壓的清潔空氣催動金屬磨具將管道內表面處理干凈，再由智能機器人完成最后的防腐劑涂料的噴涂工作。另外，為保證防腐蝕效果還要輔以緩蝕劑同時使用。保護膜具有很高的光滑度，能夠有效起到防腐蝕效果。同時，在管道腐蝕監測中可以通過觀察管道內表面粗糙度去確定某些地方的管道腐蝕情況，進而加快油氣輸送的效率。

5 腐蝕監測

（1）傳感器環節。腐蝕監測傳感器對油氣集輸管道現場的腐蝕參數進行收集，通過轉換元件，將采集到的參數轉換成石油工業電流信號。

（2）數據采集環節。該環節實現了對油氣集輸管道腐蝕監測參數的監控，對總體腐蝕率、點蝕系數、腐蝕機理因子、測點壓力、測點流量、測點溫度和測點pH進行多路數據的采集、放大和轉換。

（3）數據通信環節。采集到的參數均以符合石油工業標準的電流信號表現出來，利用傳輸協議，通過傳輸總線將數據傳輸到上位機。

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.022