長輸油氣管道腐蝕機理及防護技術分析研究

黃海波 李慶敏

摘要：隨著我國工業化和經濟建設的持續快速發展，對于油氣資源的使用量也與日俱增，長輸油氣管道作為主要的油氣傳輸方式，其運行安全事關油氣資源的安全穩定，也關系到社會穩定與人民生命財產的安全。油氣管道的腐蝕不僅減少管道的使用壽命，嚴重時還會導致油氣泄漏，造成火災、爆炸、環境污染等重大災難性事件。因此，研究油氣管道腐蝕機理，從而改進油氣管道的保護技術就顯得至關重要。這篇論文主要介紹油氣腐蝕機理，并對目前的防腐蝕技術進行了詳細的介紹和分析，對解決長輸油氣管道腐蝕防護問題具有良好的參考和借鑒意義。

關鍵詞：長輸油氣管道;腐蝕機理;防護技術

中圖分類號：TE988.2文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）11-0033-05

近年來，隨著我國工業現代化的突飛猛進和經濟建設日新月異的發展變化，對油氣資源的需求量呈持續快速增長趨勢。由于油氣資源的產源地多位于我國西北部與西南部的沙漠，盆地等區域，而油氣資源的大規模使用多集中于我國東南部沿海地區的工業廠礦，企事業單位和城鎮居民用戶等等。因此，往往需要跨越數千公里將油氣資源從產源地運輸至使用地。油氣資源的長距離運輸方式可采用天然氣槽車，油罐槽車或長輸油氣管道，天然氣槽車和油罐槽車因為其運輸成本高，運輸穩定性較低，且運輸途中安全性不高，不適宜作為油氣資源長距離運輸的首要之選。目前使用最為廣泛的油氣資源長距離運輸方式為長輸油氣管道輸送，具有：①輸送高效快捷;②綜合成本較低;③安全環保;④不受各類地形條件的限制，具有廣泛適用性。由于長輸油氣管道運輸距離可長達上千公里，途中經過的環境地貌非常復雜，各種環境與人為因素的影響眾多，而埋設在地下的油氣管道多采用中低碳鋼材質，在土壤，自然環境因素長期作用下，往往會在油氣管道的表明和內部產生腐蝕現象，一旦腐蝕現象發生，會使管道力學強度降低，使用年限變短，嚴重的腐蝕還會導致管道穿孔，破裂，引發油氣泄漏，隨著近年來長輸油氣管道日益呈現大直徑、高壓化、網格化的趨勢，且長輸油氣管道穿過城鎮、村落等人員和建筑密集區域的現象日益增多，如果油氣管道在上述地區發生腐蝕損壞，短時間內大量油氣混合物的逸出，極易引發火災，人員中毒等重大安全事故。近年來，因管線腐蝕，油氣泄漏導致的重大事故屢見不鮮，如2003年重慶開縣地區發生的導致周圍施工的民工村民死亡243人，中毒1700余人的高壓天然氣管線泄漏慘痛事故，以及2013年青島黃島區致使62人喪生，200余人受傷的重特大油氣管道爆炸事故。因此，研究管道防腐蝕技術，提高管道耐腐蝕性能，就顯得尤為重要。而對于腐蝕機理的完整和徹底的認識，將成為我們系統的掌握腐蝕防范技術，將油氣管道腐蝕的風險降至最低程度的基礎和先決條件。

1長輸油氣管道腐蝕機理

1.1長輸油氣管道腐蝕概述

長輸油氣管道主要材質為中低碳鋼，在長期的使用過程中，主要發生以下兩種腐蝕過程，一種是受土壤環境，溫度，雨水，大氣等自然條件的影響，以及人為因素的破壞，造成外防腐層剝離破壞，管道遭受外腐蝕，二油氣中的雜質及加入的含硫化合物也對天然氣管道產生管道內腐蝕，造成管線漏氣。

1.2長輸油氣管道外腐蝕

長輸油氣管道外腐蝕主要是管道材質在土壤介質中，在土壤中的碳，水分，無機鹽的共同作用下以及與空氣，雨水中的酸堿性物質等的接觸中產生的化學和電化學腐蝕的結果。油氣管道外腐蝕可分為：

1.2.1空氣腐蝕

管線裸露在空氣中，與空氣中水，氧氣，二氧化碳等相互作用，產生的腐蝕就是空氣腐蝕。大氣中的水蒸氣遇到低溫的金屬管線，會在其表面凝結一層水膜，空氣中的氧氣，二氧化碳等溶解在水膜中。就像是電池的電解液那樣，從而在管道表面產生電化學腐蝕

1.2.2土壤腐蝕

土壤是一種多相態復雜混合物，各種相態包括空氣、水和無機鹽類，具有電解質的性質和特征。因此油氣管道裸露的金屬表面在土壤作用下逐漸發生腐蝕反應。土壤腐蝕分為：①微觀電池腐蝕：由于制管時的缺陷，導致金屬內含有或夾雜著像熔渣、焊縫、氧化膜等（銹、扎屑）等不均勻雜質。這些含有不均勻雜成分的金屬管道在土壤環境中，就像組成原電池正負極的金屬那樣，產生電位差而形成腐蝕電池。如鋼管焊縫熔渣和鋼管主體金屬材料之間的電位相差約0.25-0.30V;②宏觀電池腐蝕：當管道穿越的土壤區域隨著自然環境的變化很大，或者不同區域土壤之前存在較大的物理化學性質差異時，有些條件效應就會在宏觀電池腐蝕中產生決定性作用。比如：土壤的鹽含量和通透性（含氧量）對管道腐蝕具有很大影響，并且直接或間接影響地下管線電位。在含鹽量高的土壤中，管地電位比在含鹽量低的土壤中要低一些。在鹽濃度較高的土壤中敷設的管道，其材料表面腐蝕的程度較之鋪設在鹽含量較低的土壤中的管道相比更加嚴重。若一長段油氣管道一部分敷設在低鹽的土壤中，而另一部分敷設在高鹽的土壤里時，就好比用一段金屬導體將不同濃度的電解質相連接形成一個原電池。這種由含鹽量高低的土壤形成的濃差電池。其電流大小通常取決于電解質的離子濃差。同樣，在低通透性的土壤環境中，管體與周圍環境之間的電位差要低于高通透性的土壤環境。對于大口徑地下管道，管頂的土壤透氣性好，干燥，管底的土壤透氣性差、潮濕，因而管底的管地電位常常低于管頂的管地電位，管底部形成陽極區而發生腐蝕。實際測試中，我們也會發現同一管段穿越不同土壤測得的電位存在差異。有資料表明，當土壤濕度不同，穿過不同濕度土壤的管線間的電位差可達0.2～0.3V。特別是當各管段穿越的土壤通透性不同時，往往會形成較高的電位差。在地下長輸油氣管線中，所構成的原電池電極間距離往往比較遠，甚至可達數公里至十余公里。故稱其為宏觀電池。對土壤腐蝕性強度的判定，一般以含氧量、PH值和土壤電阻率為依據。有專家指出：土壤電阻率是衡量土壤腐蝕特性的重要指標，土壤電阻率與腐蝕性的關系見表1所示。

1.2.3細菌腐蝕（微生物腐蝕）