淺談集油管線腐蝕與防腐

馬震

（長慶油田分公司第十二采油廠試采作業區，甘肅慶陽 745400）

1 試采作業區集輸現狀

目前試采作業區均以Φ 89×4.5和Φ60×3.5普通碳鋼管線為主密閉輸油，管線合計長度51280m。其中服役時間小于5年30580m，占59.63%，5-8年10000m，占2.34%，大于8年9600m，占18.72%。隨著開發時間的延長，井組集油管線腐蝕現象日益嚴重。造成一定的環境污染，嚴重影響了原油正常生產。

試采作業區腐蝕嚴重集油管線主要集集中在管線服役多年的地方，目前，井組集油管線服役時間近一般服役在5年以上，管線多處腐蝕，經常發生管線破漏。

2 腐蝕機理分析

2.1 化學腐蝕

化學腐蝕指的是金屬與環境介質直接發生化學反應，從而造成金屬腐蝕破壞。如，暴露在空氣之中的鐵，其反應方程式為：

4Fe+3O→2FeO

出現這一反應主要是因為氧獲取電子，Fe失去電子變成Fe(FeO)。所以，當腐蝕介質與鐵相互接觸的時候，就會讓Fe變成Fe，進而引發腐蝕。

不難看出，在介質之中，金屬是否出現了化學腐蝕，主要是觀察是否存在氧化還原反應。

2.2 電化學腐蝕

電化學腐蝕，也就是存在一個短路原電池在金屬表面。因為油田集油管線為碳鋼與滲碳體共同支撐，所以，其Fe相對的活潑，當與電解質溶液相互接觸的時候，就會有短路的微小原電池存在于表面，進而引起電化學腐蝕，并且還會有局部電流的出現，在FeC上進行還原反應，在Fe上進行氧化反應，就會有腐蝕的出現，如圖1所示。

一般情況下，電化學腐蝕是由電子流動、陽極與陰極過程組成的，三者不必可少，所以電化學的過程，其具備的條件如下：

第一，基于內在因素分析，金屬為了形成陰陽極，就需要通過不同的金屬組成，或者是帶有一定雜質的金屬。

第二，將陰陽兩極進行相互的連接，就會有電流的形成。

第三，需要確保兩極都致力于連通的電解質溶液之中。

金屬陽極反應：M→Mn+ne氧化、失去電子、成為陽極。

溶液陰極反應：D+ne→D還原、得到電子、稱為陰極。

當腐蝕過程中，陽極在受到腐蝕之后，就會存在活潑金屬。電解質溶液之中的陽離子一般屬于陰極。在陰極上獲取的電子，大部分都是水中溶解的氧原子或者是電解質之中的氫離子。如堿性或者是中性介質當中，陰極反應（1-1）；酸性介質之中的反應（1-2）。

圖1 電化學腐蝕過程示意圖

圖2 寧20-25閥組出水管線腐蝕圖

圖3 寧20-25閥組來水管線腐蝕圖

圖4 耗氧腐蝕示意圖

3 試采作業區集油管線腐蝕

試采作業區集油管線的嚴重腐蝕具有典型的電化學腐蝕特征∶由里及外的含硫原油中的二氧化硫腐蝕及HS-HO型腐蝕、耗氧腐蝕、二氧化碳腐蝕及細菌腐蝕因防腐層嚴重破損而發生的由外及里的微電池腐蝕。下面就這幾種不同形態的腐蝕機理做簡要分析。如圖2寧20-25閥組出水管線、圖3寧20-25閥組來水管線腐蝕。

3.1 二氧化硫腐蝕

通過對試采作業區油井取樣化驗，發現該區域原油屬于高含硫原油，腐蝕性較大。

圖5 HCC纖維復合防腐內襯1

圖5 HCC纖維復合防腐內襯2

圖6 管線處理流程步驟圖

隨著含硫原油量的不斷增加，使得集油管線之中會有含硫物的長時間存在，在其底部的積水之中，鋼管會與二氧化硫出現酸的再生循環反應。首先，二氧化硫(SO)、氧氣(O)、鐵之間相互反應生成了硫酸亞鐵(FeSO)，然后，硫酸亞鐵直接水解成為游離酸和氧化物，出現的游離酸會進一步加快鐵的腐蝕，會有新的硫酸亞鐵的出現，然后再與硫酸亞鐵水解，如此，就會直接腐蝕管線的底部。

3.2 H2S-H2O型腐蝕

在沒有液態水的情況下，硫化氫對于管線帶來的腐蝕很輕，基本上不存在腐蝕。但是如果遇到水，就會出現水解的情況，其電離式：

對于含硫原油之中的硫化氫，會嚴重的威脅管線內壁，造成腐蝕，這也是出現內壁腐蝕的主要原因之一，出現腐蝕，其反應方程為：

硫化氫不僅會引起化學腐蝕，同時因為HSO的存在，還會引起電化學腐蝕。

3.3 耗氧腐蝕

在原油之中會有一定水分的存在，還溶解有氧氣。在陰極耗氧反應下進行水中的分子氧腐蝕，其電極反應：

中性溶液：O+2H+4e-→2OH

堿性溶液：O+2HO+4e→4OH

酸性溶液：O+4H+4e→2HO

在陰極上開展原油管線水溶液的好氧反應，就可以直接將底部鋼管離解成為離子從而進行溶解，這樣也會有腐蝕的問題出現。其示意圖如圖4所示：

3.4 二氧化碳腐蝕

對于鋼管腐蝕，二氧化碳反應過程是∶

水溶液之中的pH值降低，鋼管就會存在氫氣極化的反應∶

陽極反應為∶

1.4.3 生活質量 陰道炎患者在治療后的生活質量采用SF-36評價，該評價表分為第一類和第二類，其中第一類為生理健康，含生理職能、生理功能、軀體疼痛和總體健康4個方面；第二類為心理健康，含情感職能、精神健康、活力和社會功能4個方面。分值越高，說明患者的生活質量越好。

當鐵成為離子之后，就會直接溶解到溶液之中，陰極反應之后就會讓電子成為氫分子∶

一般來說，二氧化碳(CO)會引起片狀或者是坑點的腐蝕問題。

3.5 細菌腐蝕

針對管線帶來腐蝕作用的包含了氧化、硫代硫酸鹽等細菌。在對腐蝕機理進行分析中，以硫酸鹽還原作為分析元素。當存在氫原子的前提下，在新陳代謝的過程中，就會直接將硫酸鹽還原成為硫化物。

在經過硫酸鹽還原菌代謝后，水溶液之中的氫原子就會不斷的倍消耗，而且也會不斷的進行鋼管內表面電化學的腐蝕陰極反應，如此的操作會進一步提升表面陽極離子化反應，使得腐蝕的過程被進一步的加快。

3.6 微電池腐蝕

在施工的過程中，因為劃痕、碰撞等問題，就會破壞原油埋地管線的防腐層，使得其金屬表面被暴露出現。受到積水、下雨等外界條件的影響，因為土壤之中水分的存在，所以，在管線的外壁就會有薄水膜的存在。裸露的金屬銅水溶液之間就會有陽極與陰極的形成，這就是所說的微電池腐蝕。其腐蝕的過程，就是氫氧化亞鐵生成的過程，在遇到水溶液溶解之后，就會成為氫氧化鐵，更進一步就會產生紅色的鐵銹。

隨著腐蝕的不斷擴展，其防腐層就會逐漸的脫落，導致大面積銹蝕的問題出現。這就是主要的腐蝕穿孔原因。

4 防腐措施

4.1 管線HCC纖維復合防腐內襯

HCC纖維增強復合防腐內襯是以防腐性能優異的雙酚F環氧樹脂為基體樹脂，有機纖維為增強體，所以其表現出的防腐、力學性能都很優異，在嚴苛的酸、堿、鹽腐蝕環境下可長期使用。如圖5、圖6所示H C C纖維符合防腐內襯管線。

整體管道的內擠襯工藝即為可以連續的將修復材料用專用機具涂敷于管道內壁，經固化形成新的防腐內襯結構層，進行新管道防腐及舊管道修復，保護管道基體層不受腐蝕，延長管道壽命。管線處理流程如圖7所示。

4.2 添加緩蝕劑

第一，金屬表面的界面性質以及電荷的實際狀態會出現變化，其金屬表面能量狀態會逐漸變得穩定，一旦出現腐蝕之后，就需要的活化能會逐漸的增大，這樣也會讓腐蝕的速度降低。

第二，針對被緩蝕劑的非極性集團，會有一層疏水保護膜存在于金屬的表面，這樣就會增大物質與電荷實際的轉移度，同樣也可以起到相等的效果。

4.3 涂層外防腐

對于管道外腐蝕的防范，涂層是最為有效的措施之一。在管道之上直接涂刷防腐材料，主要是經過固化之后形成油漆膜，然后讓其余金屬表面相互的粘結，并且將與外界的接觸相互的切斷，這樣就可以對電化學反應或者是化學反應進行阻止，最終滿足腐蝕的防范目的。

目前所更換的管線均采取過油漆外防腐，在管線焊接處必須進行防腐漆處理合格后，才能進行埋放管線。

4.4 更換管道材質

選用不銹鋼、抗腐蝕合金等材料關鍵指標是碳含量，如果碳本身的含量較低，其本身所擁有的抗塑性變形能力會降低。但是如果碳含量過高，其管材焊接的性能則會降低。基于多種因素的分析考慮，對于材料的選擇，其碳含量低于0.15%。在含有CO的油氣井中可以選用含Cr的不銹鋼管；在CO和Cl兩者都存在，就會出現相對嚴重的腐蝕，可以考慮到選擇含Cr、Mn、Ni的不銹鋼管。

5 結論及建議

（1）集油管線的腐蝕機理包括化學腐蝕和電化學腐蝕，其中以電化學腐蝕為主，對集油管線危害較大，嚴重影響生產，存在嚴重安全環保隱患。

（2）可以采用管線H CC纖維復合防腐內襯、添加緩蝕劑、涂層保護等多方面措施防止管道腐蝕的發生。

（3）根據試采作業區實際生產情況，可以推廣使用管線HCC纖維復合防腐內襯，延長管線使用壽命。建議實施集油管線，注水管線應用H C C纖維復合防腐內襯。