長輸地埋油氣管道腐蝕因素與防護對策探討

馮繼偉 楊正綱(中國石油天然氣集團公司長慶油田分公司第三采油廠，陜西 西安 710200)

油氣管道是目前最為安全且經濟的油氣運輸方式，針對長距離運輸則主要依靠地下埋設管道實現。地下復雜的土壤環境極易腐蝕管道內外壁，由此導致的管道腐蝕穿孔將會帶來嚴重的安全隱患。管道腐蝕因素較多，但本質原因均是管道材質與外界環境物質接觸后發生的化學反應導致的。因此，對于石油企業而言，如何有效運用管道防腐技術避免管道腐蝕是當下重要的研究課題。

1 長輸地埋油氣管道腐蝕因素

1.1 化學因素腐蝕

埋設地下的油氣管道多采用中低碳鋼材質，在長期使用過程中受到的化學腐蝕主要有兩方面，一方面是遭受外腐蝕，即受土壤環境、雨水、溫度等自然條件影響，以及人為破壞等人為條件影響，導致管道外防腐層剝離破壞；另一方面是內腐蝕，即油氣中存在的含硫化合物以及雜質對管道內的腐蝕，導致管道穿孔。化學因素對油氣管道腐蝕最為嚴重，也極為常見。

1.1.1土壤腐蝕

土壤中含鹽量在2%～5%左右，以Cl－為主，含鹽量的增加會導致金屬腐蝕程度加劇。硫酸鹽還原菌(SRB)廣泛存在于土壤環境中，可促進SO2-4還原S2-，進而腐蝕鋼鐵。

1.1.2CO2腐蝕

流體的pH 值、流速與壓力、溫度、金屬材質、管材的熱處理、保護膜性質等因素直接影響CO2腐蝕性。同時，流體中含有的HCO－3、Cl－與上述因素相互作用，可加速金屬腐蝕速度。CO2陽極反應機理是Fe陽極氧化過程，陰極反應機理實質上是CO2融于水中電離出H+的過程，為催化或非催化陰極還原反應。

1.1.3 H2S腐蝕

與水接觸后的H2S氣體很可能對金屬管道造成局部甚至全面腐蝕。影響H2S腐蝕的因素，一方面是材料因素，如管材的成分、強度、硬度、表面狀態、顯微組織等；另一方面為環境因素，如水分含量、H2S濃度、pH值、Cl－濃度等。

1.2 電化學腐蝕

土壤屬于多相態復雜混合物，包括空氣、無機鹽、水等，具備電解質的性質[1]。因此易與管道裸露的金屬表面發生緩慢化學反應。

（1）微觀電池腐蝕：管道金屬中存在或夾雜如熔渣、焊縫、氧化膜等不均勻雜質，在成分復雜的土壤環境中，易產生電位差而形成“腐蝕電池”。比如，某批次鋼管焊縫熔渣與其主體金屬材料之間電位差0.26～0.31V左右。

（2）宏觀電池腐蝕：主要發生在區域內土壤受自然因素影響較大或土壤物理、化學性質差異較大的情況下，所產生的條件效應對地下管線電位有直接影響。一般情況下，在含鹽量較高的土壤中埋設管道，其被腐蝕程度相比更為嚴重。若長輸油氣管道同時存在于含鹽量高低程度不同的土壤中，將會形成濃差電池。

1.3 生物腐蝕

主要是因為埋設油氣管道的土壤中存在不同種類的菌類或微生物，其在生長繁殖過程中不斷進行呼吸作用并對元素產生富集作用，由此將一般土壤環境逐漸轉變為較高腐蝕濃度的環境。不同于單純的化學腐蝕與電化學腐蝕，生物腐蝕通常影響范圍大且腐蝕速度快，技術人員對其產生的腐蝕處理難度高。眾多微生物中，以鐵細菌和硫酸還原菌為主。其中，鐵細菌屬于好氧菌，可在溶解一定氧氣的水中生存繁殖。而硫酸還原菌為厭氧菌，甚至可以在無氧條件下，將管道表面有機物作為碳源，與之反應產生氫，促進SO2-4還原S2-而得以生存。

1.4 物理腐蝕

通常情況下，土壤腐蝕因素主要為土壤應力腐蝕和油砂沖蝕兩種。土壤應力腐蝕一般存在于油氣管道拐彎、接口或焊縫等位置，易受到流體帶來的熱應力以及土壤應力。同時，管道存在的缺陷以及腐蝕介質共同促進了薄弱部位的腐蝕穿孔速度。而油砂沖蝕是原油自身攜帶粒徑較大泥沙在重力作用下，長期積沉與管道底部，在層流狀態下，長時間經過流體不斷沖刷導致管道內壁磨損，久而穿孔。針對長輸油氣管道，此種腐蝕因素應得到高度重視。

2 長輸地埋油氣管道腐蝕防護對策

2.1 合理應用涂層保護技術

主要是通過在油氣管道上涂抹防腐涂層的形式，隔開管道與周圍腐蝕環境，以此降低腐蝕速率。主要分為有機防腐涂層與無機防腐涂層兩大類。

2.1.1有機防腐涂層

具有良好的耐酸性、耐腐蝕性以及絕緣性，不同性質的涂層具有不同的優缺點，在制定防護措施時應根據實際需求以及應用環境綜合分析。

（1）重油瀝青涂層：優點是耐水性優良，有良好的附著力可防止表面起皮，來源豐富且成本低廉。缺陷是機械性能和熱穩定性較低，易被土壤中細菌破壞，易老化。

（2）煤焦油涂層：優點是不易被細菌侵蝕，吸收率低，使用壽命長。缺點是有毒性，污染環境。

（3）橡膠防腐層：堅固耐用，成本較低，環保無污染。缺點是易損壞，現場補口層施工難度大。

（4）環氧煤和瀝青涂層：耐熱、耐磨、耐離散電流。缺點是固化時間長，表面不易涂抹且穩定性低。

2.1.2無機防腐涂層

在實際應用中表現出優異的耐腐蝕、耐磨、耐熱性能，愈發受到國內外研究關注。但存在生產耗能較高且結合強度不高易脫落等缺陷，限制了其在管道防腐中的廣泛應用。

（1）水泥砂漿涂層：含堿水泥漿易在管道內部形成鈍化膜達到防腐目的，且無毒、安全、價廉。

（2）搪瓷涂層：除氫氟酸外，具備抵抗種酸堿的能力，提升防腐整體水平，價格適中。

2.2 耐蝕材料防護技術

合理選擇管道材質，需要綜合考慮流體介質、使用環境、材料結構、可能發生的物理或化學反應等因素，還需要注意選材的特殊要求[2]。對于金屬材料的選擇，如在含CO2的油氣田中，可選擇耐腐蝕性較好的9%～12%Cr鉻鐵素體不銹鋼管；若CO2與Cl-共存，選擇23%Cr的鉻錳鎳不銹鋼；選擇鍍鋁鋼材以有效防止SO2和H2S 腐蝕等。對于高分子材料而言，也可應用于管道防腐。如采用玻璃纖維或其制品制成的玻璃鋼纖維，既具備金屬鋼材的強度，又具備優良的耐腐蝕、電絕緣、隔熱等特點，在國外被廣泛運用于耐腐蝕管道、耐腐蝕輸送泵等設備中，值得我國借鑒。

2.3 陰極保護技術

主要是通過通電操作在被保護金屬的表面進行陰極極化作用，減緩腐蝕。該項技術現已在我國陜西、大慶、四川等大型油氣田中廣泛應用，包含強制電流法與犧牲陽極保護法兩種。強制電流保護法是通過外部電流作用使管道陰極極化。通常應用于長輸地埋油氣管道，結合防護涂層使用。犧牲陽極保護法是通過電流作用使陽極的活潑金屬優先腐蝕溶解，以達到防止管道被腐蝕的目的。

2.4 緩蝕劑技術

主要應用于尤其管道內側位置，作為一種化學物質，少量添加于管道內部即可降低中性介質、酸性介質和氣體介質等的腐蝕性，具有用量少、效果佳、便捷性等特點，廣泛用于油氣管道以及注采系統中[3]。緩蝕劑種類較多，針對金屬腐蝕的復雜性，實際應用時應將多種緩蝕劑復配使用，效果更為顯著。為使緩蝕劑與管道內壁充分接觸，發揮效用，可在藥劑中加入阻垢劑和殺菌劑，并定期清洗管道內沉積物。

2.5 合理選擇管道腐蝕檢測技術

腐蝕檢測可實時掌握管道腐蝕動態，為驗證防腐措施的有效性以及腐蝕防止措施的制定提供重要依據，對油氣管道腐蝕的防護有重要意義。

（1）人體電容法：實際應用較為廣泛，對于管道防腐檢測速度較高，對管道腐蝕位置把握較好。該種技術對技術人員業務能力以及經驗要求高，且需要合理選擇檢測信號發射點位置。

（2）PCM法：即為管中電流繪制法，可精準判定輸送管道腐蝕狀況、防腐層質量以及管道受損位置。該種技術對人員素質要求不高，可節約部分檢測成本，但檢測結果易受氣溫變化影響，需要酌情選擇。

3 結語

我國各大相關行業應致力于構建由管道設計、建設施工、投產和運營環節組成的全壽命周期內腐蝕防控體系，積極引進并運用管道腐蝕保護技術和先進的腐蝕檢測技術，為降低長輸油氣管道腐蝕風險提供有力的技術支持。