油田油氣管道的腐蝕評(píng)估與管理

李樹偉

（大慶油田工程公司，黑龍江 大慶163712）

油田油氣管道的腐蝕評(píng)估與管理

李樹偉

（大慶油田工程公司，黑龍江 大慶163712）

本文主要針對(duì)油田企業(yè)中油氣管道腐蝕不斷增多，隨著管道服役時(shí)間的增加腐蝕逐漸加劇，提出了對(duì)油田油氣管道進(jìn)行腐蝕等級(jí)評(píng)估進(jìn)，采用一系列的評(píng)價(jià)方法，對(duì)管道進(jìn)行分類，同時(shí)針對(duì)不同的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，采用不同的管理方式實(shí)現(xiàn)油田企業(yè)的高效安全運(yùn)行。

腐蝕；油田；評(píng)估；管理

在我國石油天然氣工業(yè)的發(fā)展過程中，油氣管道發(fā)展迅速，據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示：1958-1970年，我國共建設(shè)油氣輸送管道 604.7km，僅占20世紀(jì)末國內(nèi)已建成油氣輸送管道的 4.2%；1970-1980年，新建油氣輸送管道達(dá)到6195.7km，約占20世紀(jì)末原油管道的43.5%[1]；到2002年，中國已建成的油氣管道達(dá)到了2.6×104km！從日前召開的2016年中國國際管道大會(huì)上獲悉，盡管由于國際油價(jià)低迷等原因，導(dǎo)致近年來全球油氣管道的建設(shè)步伐有所放緩，而我國的油氣管道建設(shè)依然發(fā)展迅速，預(yù)計(jì)到“十三五”末，中國長輸油氣管道的總里程將超過1.6×106km。雖然我國的油氣管道建設(shè)發(fā)展迅速，但是伴隨著油氣管道的建設(shè)過程中出現(xiàn)的各種腐蝕問題直接關(guān)系著油氣管道的發(fā)展，甚至成為困擾油田生產(chǎn)的一個(gè)至關(guān)重要的因素。油氣管線中 90%以上長期埋設(shè)于地下，對(duì)于長距離管線，其穿越地域廣，地形地貌復(fù)雜，土壤環(huán)境條件千差萬別，外部長年累月遭受土壤介質(zhì)、雜散電流等的作用，極易發(fā)生腐蝕；同時(shí)，由于管道內(nèi)部輸送的介質(zhì)性質(zhì)也千差萬別各異，內(nèi)部油氣中經(jīng)常含有H2S、CO2、Cl-等腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)，在內(nèi)部和外部的因素共同作用下，會(huì)造成管道發(fā)生腐蝕穿孔、開裂性等事故，輕則造成油氣泄露，重者甚至造成嚴(yán)重的人員傷亡事故，不僅造成直接經(jīng)濟(jì)損失，而且可能引起爆炸、起火、環(huán)境污染等，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)油田油氣管道腐蝕進(jìn)行評(píng)估和管理，確保油氣田正常生產(chǎn)，對(duì)我國油氣工業(yè)具有重要的實(shí)際意義。

腐蝕是材料（金屬材料、非金屬材料等）與環(huán)境作用下造成材料性能劣化的過程，這就是化學(xué)熱力學(xué)上自發(fā)的過程，即埋地油氣管道可以和所處的土壤環(huán)境之間發(fā)生反應(yīng)，造成管道發(fā)生腐蝕。油氣管道失效事件中，由于腐蝕導(dǎo)致的事故所占的比例超過40%，特別是埋地管道，甚至有些管道在僅僅投入使用112年后就由于發(fā)生腐蝕穿孔，產(chǎn)生油氣泄漏的現(xiàn)象。通常情況下，油氣管道的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，其腐蝕過程主要為[2]：

在酸性溶液中，陰極反應(yīng)：

在中性溶液中，陰極反應(yīng)為：

在腐蝕過程中，鐵生成氫氧化亞鐵，但是氫氧化亞鐵是不穩(wěn)定的，將進(jìn)一步氧化生成氫氧化鐵：

之后，氫氧化鐵發(fā)生脫水，形成鐵銹：

這一過程的主要影響因素有以下幾個(gè)方面：

（1）化學(xué)因素：包括溶解氧、二氧化碳、硫化氫、氯離子以及介質(zhì)的礦化度等；

（2）物理因素：包括溫度、流速、壓力、電位差、材料的冶金、土壤環(huán)境、微生物等。

近年來，國內(nèi)的油田已經(jīng)逐漸開始編制和實(shí)施腐蝕管理系統(tǒng)。腐蝕管理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍正在逐漸擴(kuò)大，通過制定完善的防腐工作程序與標(biāo)準(zhǔn)提高油田油氣管道的安全可靠性，是保證油田安全生產(chǎn)、系統(tǒng)和裝備安全可靠運(yùn)行具有十分重要的意義，油氣管道的防護(hù)管理其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1 石油工業(yè)的發(fā)展要求加強(qiáng)油氣管道腐蝕評(píng)估與管理

隨著我國油田開發(fā)進(jìn)入中后期，作為油田主要設(shè)施的油氣管道的腐蝕問題日益嚴(yán)峻，據(jù)報(bào)道，僅1986年一年時(shí)間內(nèi)，大慶油田轄區(qū)內(nèi)管道腐蝕穿孔高達(dá)11150次，平均0.57次/(km·a)，更換管道262km，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[3]。2013年11月22日，山東省青島市中石化東黃輸油管道由于原油泄漏造成爆炸，事故共造成63人遇難，156人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7.5億元。該管線1986年建成，是東營至黃島輸油管道復(fù)線工程，是中國管道實(shí)現(xiàn)密閉輸送、自動(dòng)化管理的標(biāo)志性工程。當(dāng)年，它的建成，使我國管道建設(shè)達(dá)到了國際上世紀(jì)80年代初期的水平，獲得了中國管道設(shè)計(jì)的最高獎(jiǎng)——國家級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)金質(zhì)獎(jiǎng)，但是該管道在運(yùn)行過程中還是發(fā)生了災(zāi)難性的事故。隨著我國石油工業(yè)的快速發(fā)展，油氣管道的服役環(huán)境條件越來越苛刻，因此，必須加強(qiáng)油田油氣管道的腐蝕評(píng)估和管理。

2 為了獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，要求進(jìn)一步加強(qiáng)油田油氣管道的腐蝕評(píng)估和管理

腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失可分為直接損失和間接損失，直接損失包括更換設(shè)備和構(gòu)件、修理費(fèi)和防腐蝕費(fèi)用等；間接損失包括停產(chǎn)損失、事故賠償、腐蝕泄露引起產(chǎn)品的流失、腐蝕產(chǎn)物累積或腐蝕破損引起的效能降低以及腐蝕產(chǎn)物導(dǎo)致的成品質(zhì)量下降等所造成的損失。間接損失往往大于直接損失，且難以估計(jì)。

3 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求進(jìn)一步加強(qiáng)腐蝕與防護(hù)的評(píng)估和管理技術(shù)的研究

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和管理水平的不斷提升，尤其是近年來國際油價(jià)持續(xù)低迷，使國內(nèi)油田企業(yè)的利潤持續(xù)下滑，甚至個(gè)別油田陷入了嚴(yán)重的長期虧損狀態(tài)，油氣設(shè)備的腐蝕與防護(hù)評(píng)估和管理已經(jīng)成為了一項(xiàng)企業(yè)節(jié)約成本的重要舉措。油田企業(yè)腐蝕與防護(hù)的評(píng)估和管理是一門交叉學(xué)科，涉及的學(xué)科較多，主要包括材料科學(xué)、機(jī)械工程、力學(xué)、化學(xué)、物理、統(tǒng)計(jì)學(xué)、安全工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及管理學(xué)科等。以上各個(gè)學(xué)科中最應(yīng)當(dāng)重視就是管理學(xué)科，往往油氣企業(yè)會(huì)采用一些新技術(shù)、新方法來降低管道的腐蝕，但是在管理的改革上，采用的方法較少。

根據(jù)大慶油田的腐蝕特點(diǎn)，為了進(jìn)一步加強(qiáng)防腐技術(shù)和管理辦法，采用一系列的腐蝕管理程序延長了油田的腐蝕檢測周期，有效減少腐蝕對(duì)油田造成的影響降低腐蝕造成的各項(xiàng)損失實(shí)現(xiàn)油田的長效生產(chǎn)。油田油氣管道防護(hù)和管理主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1）管道防腐層的失效機(jī)理與失效準(zhǔn)則判據(jù)研究；

2）管道殘余強(qiáng)度評(píng)估，其目的主要是確定管道的腐蝕狀況，管道腐蝕環(huán)境的評(píng)定，根據(jù)腐蝕環(huán)境、管道內(nèi)介質(zhì)的運(yùn)行工況和強(qiáng)度計(jì)算方法，計(jì)算管道的殘余強(qiáng)度；

3）管道剩余壽命的預(yù)測，根據(jù)管道的腐蝕狀態(tài)評(píng)估以及殘余強(qiáng)度計(jì)算，篩選出管道容易產(chǎn)生腐蝕破壞的位置，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法，對(duì)腐蝕管道的剩余壽命進(jìn)行評(píng)估；

4）管道腐蝕防護(hù)的管理，根據(jù)管道殘余壽命預(yù)測，對(duì)管道腐蝕進(jìn)行評(píng)級(jí)，在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較高的位置布置腐蝕檢測探頭，進(jìn)行在線檢測，對(duì)腐蝕程度較輕位置采用定期巡檢，并且建立腐蝕與防護(hù)管理數(shù)據(jù)庫，定期將數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫。

4 結(jié)論

1）油田企業(yè)油氣管道的腐蝕防護(hù)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

2）防腐管理機(jī)制的創(chuàng)新是搞好防腐工作的基礎(chǔ)能有效提高防腐管理工作的水平。

3）油田的腐蝕中防腐技術(shù)和防腐管理的創(chuàng)新具有同樣重要的地位。

［1］孫曉寶.油田防腐管道管輸規(guī)律研究[D].大慶石油學(xué)院文，2007．

［2］萬得立，朱殿瑞，董家梅.石油管道、儲(chǔ)罐的腐蝕及其防護(hù)技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社，2000．

［3］胡小芳，韓延亮，蓋國勝.同人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測天然氣管道內(nèi)腐蝕速率[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2004,28．

［責(zé)任編輯：田吉捷］

李樹偉（1980—），大慶油田工程公司，工程師。