油氣管道腐蝕及防護技術研究進展

郭立勇

（大慶油田工程建設有限公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

使用鋼制埋地管道輸送石油天然氣等流體具有成本低，安全性好等優點。但鋼制埋地管道易被輸送介質、地下水、土壤和雜亂電流腐蝕，最終導致穿孔泄露，造成經濟損失和環境污染[1]。據統計，全世界每年因金屬腐蝕造成的損失約2萬億美元。因此，減輕或避免埋地管線的腐蝕，是管道施工作業的一個重要環節。本文在介紹管道腐蝕類型及相關的腐蝕機理的基礎上，綜述了目前油氣管道常用的腐蝕防護技術，并對油氣管道的防腐技術提出了建議。

1 油氣管道腐蝕因素分析

1.1 土壤腐蝕

土壤腐蝕是油氣管道外部腐蝕的主要誘因。土壤是由固相、液相和氣相組成的復雜系統，并有多種微生物伴生。土壤具有不均勻性、膠體性、導電性和多孔性等特性，電化學腐蝕是土壤的對油氣管道的主要腐蝕形式。由于輸送管道通常跨越的地域較廣，涉及不同的土壤類型，導致土壤對管道的腐蝕速度和程度也不盡相同，而腐蝕的不均勻性會加劇管道的腐蝕程度。

土壤的腐蝕特性是由其理化性質決定的：物理性質、化學性質、電化學性質和微生物性質。其中主要的腐蝕因素包括：①土壤電阻率。土壤電阻率與土壤的含鹽量、含水量和孔隙度有關。一般來說，土壤的電阻率越小，其腐蝕性越大；②土壤含水量。土壤中的水含量隨季節變化，腐蝕性隨含水量呈倒V形變化。當水含量較低時，隨含水量的增加溶解鹽增多，土壤腐蝕性增大，當達到臨界值時，可溶鹽完全溶解，水含量的繼續增加則會堵塞空隙，抑制溶解氧的擴散，腐蝕性會減小；③pH值。土壤可分為酸性土壤、堿性土壤和中性土壤，隨pH值的降低土壤腐蝕性增加；④微生物。微生物在新陳代謝過程中產生的物質與金屬管道表面接觸后會發生電化學腐蝕；⑤土壤鹽分。隨土壤可溶鹽組分的增加，土壤的導電率變大，使其腐蝕性變大。

1.2 雜散電流腐蝕

雜散電流腐蝕的定義是：由于正常電路漏電或沒有按照設計路徑流動而產生的意外電流對金屬產生的電解腐蝕。根據標準可將雜散電流的來源分為5類：直流電氣設備；外部結構物的電池電流或等化電流；陽極陣列附近的等效電流；陰極保護系統的保護電流。雜散電流的腐蝕特點有：①電流強度大。與土壤中幾十毫安的自然腐蝕電流相比，雜散電流最大可達上百安培；②隨機性強且腐蝕范圍大。雜散電流通常會從管道阻抗最小的位置流入土壤或集中于管道有缺陷的部位，導致局部位置的嚴重腐蝕。

1.3 輸送介質腐蝕

油氣管線輸送的石油和天然氣等介質通常含有二氧化碳、硫化氫、溶解鹽和水等易產生腐蝕的物質[2]。①二氧化碳溶于水后會生成碳酸，具有較強的腐蝕性，使金屬管道發生電解質腐蝕；②干燥的硫化氫沒有腐蝕性，但硫化氫與水接觸后會對油氣管道產生嚴重的腐蝕，硫化氫腐蝕的主要類型為電化學腐蝕、氫脆和氫裂；③鹽類溶于水中后釋放的氯離子、硫酸根離子是主要的腐蝕來源，不同的溶解鹽對管道的腐蝕速率不同；④含水量對管道的腐蝕影響非常重要，通常含水量與腐蝕速率成正比。水的存在是產生二氧化碳和硫化氫腐蝕的先決條件。當含水量小于30%時，輸送介質一般為油包水狀態，水為內向，對管線內壁的潤濕作用較小，腐蝕也較小；當水含量低于20%時，水相完全被包裹在油相中，幾乎沒有腐蝕發生；當水相超過45%時，輸送介質會成為水包油狀態，此時水相對管線的潤濕作用加強，腐蝕大幅度加劇。因此通常將30%作為水相能否產生腐蝕的臨界值。

2 油氣管道常用腐蝕防護技術

2.1 使用緩蝕劑

由于腐蝕機理不同，針對不同的腐蝕介質應選用不同的緩蝕劑。通常中性介質使用鈍化型和沉淀型的無機緩蝕劑；酸性介質使用具有吸附作用的有機緩蝕劑。由于被保護管路通常是由多重金屬組成的合金材質，單一的緩蝕劑往往難以滿足需求，所以現場使用的緩蝕劑多以復配為主。

2.2 使用涂層管材

使用涂層材料可以將管線內壁與腐蝕介質隔離開，從而達到防腐效果，該技術工藝簡單，成本較低。但其防腐效果與涂層工藝技術關系較大，一旦存在“漏點”則會加劇腐蝕。

2.3 使用耐腐蝕合金管材

含Cr（含量9%～13%）的合金不銹鋼管可用于含CO2的油氣井開采，含Cr、Mn、Ni的不銹鋼管對CO2、Cl-有較好的耐腐蝕效果。該類管材無需配套措施，施工工藝簡單，但初期投入成本較高。

2.4 使用非金屬管材

非金屬管材具有耐腐蝕性強、隔熱效果好、水力性能好、可操作性強及適應性好等一系列優點，目前已成為油氣輸送管道的主要選擇之一[3]。非金屬管材主要的類型有：高壓玻璃鋼管、鋼骨架塑料復合管、柔性復合管和塑料復合管。由于非金屬管材具有不同的技術特點和成型工藝，因此在施工過程中需充分考慮使用環境、介質特性、承載壓力和施工方式等條件。

2.5 陰極保護

陰極保護主要有犧牲陽極和強制電流保護兩種方法[4]。目前油田主要使用犧牲陽極的方式來保護油氣管道，但該方法工藝相對復雜，對現場環境要求高，成本較高。管道外防腐與犧牲陽極法聯合使用是目前比較經濟的防腐措施。

3 結束語

綜上所述，油氣管道的腐蝕主要因素有土壤腐蝕、雜散電流腐蝕和輸送介質腐蝕，在實際生產中往往是幾種腐蝕兼而有之。常見的防腐措施包括：使用緩蝕劑、使用涂層管材、使用耐腐蝕合金管材、使用非金屬管材和陰極保護等方法，但上述方法均有各自的優點和不足。在實際生產施工過程中應該綜合考慮地質條件、輸送介質、工程預算等多方面情況，選擇最經濟有效的防腐技術。