集輸站管道腐蝕穿孔原因分析

杜全慶 劉華桐 馬莎莎

摘要：集輸站在運行過程中經常出現管線腐蝕穿孔現象，對站內系統正常運行產生嚴重影響。通過對腐蝕產物、腐蝕環境、防腐層狀況的判斷以及腐蝕因素的分析，文章分析了集輸站管道腐蝕穿孔的原因和穿孔機制。通過分析研究，認為油井酸化返排酸液體進入到集輸站內含有的S2-是導致管道腐蝕穿孔的主要影響因素。如果集輸系統含有SRB，流體流速慢的情況下，水和CL-含量高也是導致管道腐蝕穿孔的重要誘因。在此基礎上，文章對腐蝕控制措施提出了解決對策和建議，對管道腐蝕穿孔預防與治理具有一定的價值和指導意義。

關鍵詞：集輸站;腐蝕穿孔;預防

1 集輸站管道外腐蝕分析

2019年對集輸站管道進行了完整性安全檢測和評價，對防腐層漏損點利用PCM和A字駕也進行了檢測。完整性檢測和管道開挖結果都顯示，管道大部分防腐層完整性良好，只有前期由于管線泄露采用打卡子方式修復點存在防腐層損壞情況。按照埋地管道防腐檢測行業標準對站內管道所處環境進行測定與分析，主要參數有土壤電阻率、氧化還原電位、土壤PH值、土壤成分等。通過對取樣樣品的實驗室理化性質分析，可以確定土壤的含水率、礦化度、氯根含量等，按照評價標準對土壤腐蝕性能進行等級界定，結果顯示，集輸站管道周邊土壤環境腐蝕性等級評價結果為II級（較弱），也就是說，土壤的埋地管道具有較弱的腐蝕性[1]。

2 集輸管道內腐蝕分析

2.1 管道內輸送的介質

集輸輸送的介質為采出原油，由于采出液中往往含有氯根，如果礦化度較高，對鋼制管線容易產生腐蝕，并且超過一定含量后會加劇腐蝕速度。如果分離后混合液中含有S2-，在酸性或者偏酸性的環境中會發生反應產生硫化物，主要成分為HS- 和H2S，這些產物的存在會極大的加速管道腐蝕速度。

2.2 酸化返排酸對腐蝕穿孔的影響

油井酸化增產已經成為提高油田產量的重要手段，酸化的返排液進入集輸站后也會對管道的腐蝕穿孔產生影響。在目前的集輸流程中，需要酸化返排液進入系統前沒有任何處理，而酸液的PH通常在1-2的區間，返排酸的PH通常在3-4的區間，進入系統稀釋后PH通常在5-6的區間，具有較強的腐蝕性。在酸液返排至集輸系統后，二價鐵的含量通常會高于10 mg/L的標準，可以佐證酸液返排液對集輸管道產生了強烈的腐蝕性[2]。

2.3 腐蝕產物分析

在對腐蝕穿孔的管道維護更換過程中，現場取樣觀察可見在管道的內壁上附有0.6-1.7cm的黑色硬質沉積物，并且大部分分布在管道與分離出的水的接觸面，可以說，管道內沉積物的分布和管道內油水分布規律一致。將附著物取下后，為黑色硬塊。滴入酸液如鹽酸后，會產生氣泡，伴隨臭雞蛋的氣味，表明有H2S氣體的產生，而且硬塊中含有FeS成分，發生反應的化學方程式為：FeS+2HCl→H2S↑+Fe 2+ +2Cl-。H2S氣體的形成表明，在管道腐蝕穿孔行為中，S2- 和SRB也參與了腐蝕反應。

3 腐蝕穿孔機制探討

集輸管道輸送的介質如果沒有返排酸的進入，通常呈現中性或者弱堿性，混合液中的SRB繁殖會產生S2-，且二者處于動態平衡狀態。S2-含量越高，對SRB的繁殖抑制性越強。

集輸管道輸送介質在不受酸化返排影響。在中性介質中，SRB含量較少，且S2-的腐蝕性較低，對管道整體腐蝕速率小。在PH值的影響下，油氣水分離出的礦物質會在管道內壁結垢，久而久之對管道產生腐蝕。當管道進入油井酸化返排液時，管道中的殘酸會降低管道內的PH值。這種情況下，氫離子會和管道內壁的鋼材發生電化學反應，對管道產生腐蝕（Fe→Fe 2+ +2e）。同時，酸性或者弱酸性介質環境中會產生H2S和HS -，在水環境下，H2S會顯著加劇管道內壁腐蝕速率。在輸送完含有酸化返排液的混合液后，管道內的PH值變成中性或者偏堿性，如果管道內流速下降，腐蝕反應產生的固體腐蝕物和其他固體物質會沉積在管道壁上形成沉積層。由于沉積物的分布不均勻，在不同位置形成不同厚度，對管道壁的保護作用也不一樣，同時加上SRB影響，在一些位置會產生腐蝕活化點，進而產生垢下腐蝕。一旦形成垢下腐蝕，在活化點位置會造成S2-離子擴散速度慢，而其他位置處的S2-離子含量多。活化點內外金屬構成活態—鈍態微電偶腐蝕電池，活化點位置金屬為陽極，其他位置金屬為陰極，具有大陰極——小陽極的面積比，陽極電流密度很大，垢下腐蝕不斷加深。

當垢下腐蝕發展到一定程度后，會逐漸產生孔蝕。孔內發生陽極溶解，反應為Fe→Fe2+ +2e。介質為中性偏堿性，FeS等腐蝕產物和CaCO3 等沉積物在孔口堆積，逐漸形成閉塞電池。閉塞電池形成后，孔內介質相對于孔外介質呈滯留態，溶解的陽離子不易往外擴散，孔外S2-等離子也不易擴散進來，隨孔內金屬陽離子濃度增加，孔外Cl - 由于體積較小，會遷入孔內維持電中性，使孔內形成氯化物的高濃度溶液。點蝕孔內氯化物水解，產生更多的H+、Cl -，使溶液pH下降，酸度增加，促使陽極溶解進一步加快，形成自催化酸化，由于自催化酸化作用使蝕孔不斷向深處發展，直至把金屬斷面蝕穿[3]。

4結論及建議

（1）內部局部腐蝕穿孔是集輸腐蝕泄漏的主要原因，管道現有外防腐（保溫）方式能夠有效防止土壤對集輸管道的腐蝕。油井酸化后返排殘酸直接進入集輸系統導致集輸系統內輸送介質pH值降低，H + 與介質中的S2- 和Cl -共同作用導致的管內部局部腐蝕是集輸管道腐蝕穿孔的主要原因。集輸管道內SRB、低流速、高含水和高氯離子含量一定程度上加速了局部腐蝕的形成，是集輸管道腐蝕穿孔的重要輔助因素。

（2）建議將返排殘酸收集至指定場所進行處理或在油井酸化返排期間在井口添加中和劑或緩蝕劑以防止油井酸化返排對集輸系統的腐蝕;持續檢測和控制SRB數量，防止細菌腐蝕;在新建管線前，進行腐蝕因素分析和管材耐蝕性評價，考慮酸化、SRB等腐蝕因素進行材質優選或優化管道防腐蝕方法;對在用管道開展管道完整性管理，掌握管道腐蝕狀況，避免突發泄漏事故。

參考文獻：

[1] 馮建強.昆北油田切6、切12井區產能地面建設工程[Z].海西：青海油田采油二廠，2018：20-31.

[2] 何仁洋，陶雪榮，黃輝，等.埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗：GB/T 19285—2014[S].北京：中國標準出版社，2018：6-7.

[3] 伍遠輝，羅宿星，張顯群，等.氯離子含量對黃壤土中碳鋼腐蝕行為的影響[J].腐蝕研究，2017，25（5）：41-45.