油田工藝管道腐蝕與防腐措施研究

楊 璞

（大慶油田有限責任公司工程建設公司國際部，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

油田工藝管道腐蝕是指鋼管在內外介質的作用下（水，空氣，酸，堿，鹽，溶劑等）產生的破壞，按管道所處環境主要分為外腐蝕和內腐蝕。工藝管道輸送的介質為多相流，流體中油、氣、水及固體雜質共存，且由于石油粘度系數較大，必須在一定的溫度和壓力下輸送[1]。油氣管道內腐蝕主要是由于管內輸送介質中包含的H2O、O2、H2S、CO2、Cl-與鋼材形成原電池，管道外腐蝕主要是由于土壤中H2O、O2、以及酸堿的存在形成原電池，內、外腐蝕均以電化學腐蝕為主，而純化學腐蝕和物理腐蝕在實際工程中比較少見。

1 工藝管道內、外腐蝕機理

管道的電化學腐蝕是指管道內外環境中的電解質溶液（吸附在管材表面）與金屬管材分別作為原電池的陰陽兩極，陽極的管材發生氧化反應，失去電子，逐漸溶解，陰極的電解質溶液發生還原反應，在兩極間轉移電子[2]。工藝管道根據周圍土壤或輸送介質的酸堿度不同，出現析氫腐蝕和吸氧腐蝕，當管材表面吸附的電解質溶液呈較強的酸性時，發生析氫腐蝕，當酸性較弱時往往出現吸氧腐蝕。原電池發生氧化還原反應如下：

析氫腐蝕

陽極：Fe－2e-=Fe2+

Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+

陰極：2H++2e-=H2

總反應公式：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

根據以上公式，反應過程中生成氫氣，同時溶液中的Cl-、S-等離子起到催化、加快腐蝕的作用，其數量不變。

吸氧腐蝕

陽極：Fe－2e-=Fe2+

陰極：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應公式：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

根據以上公式，反應過程中消耗一定量的氧氣。

無論是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕，產物均為2Fe（OH）2，是一種不穩定的中間產物，最終均被氧化成Fe（OH）3，公式如下：

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

2 工藝管道腐蝕防護措施

（1）油田工藝管道在運輸、存放、施工及投產期間的腐蝕是由于大氣腐蝕、水壓試驗后管道內的水未吹掃干凈引起的腐蝕[3]。運輸、存放、施工期間主要是防雨、雪，封閉存放，內、外壁防腐涂料及保護層破損處按原結構補口補傷，同時嚴格執行防腐相關的國家、行業施工標準；

（2）油田工藝管道的內防腐可以根據輸送介質的溫度、壓力、組成，選擇不同的管道材質，其中非金屬管道如雙壁波紋管、玻璃鋼管、PE管及鋼骨架塑料復合管等防腐性能優良，但因其脆性較大、抗壓能力弱、不易維修等特點，在油田工藝管道的應用中仍無法取代鋼管；目前油田工藝管道仍以鋼管為主，為保證鋼管的使用壽命，可在管道內壁噴涂防腐涂料或襯里作為防止管道內腐蝕的基本措施，常用的防腐涂料有酚醛樹脂、環氧樹脂、環氧粉末等，輸送特殊介質如水質站的加藥管線，目前常用聚四氟乙烯做鋼管的襯里實現防腐。在輸送介質中混入一定比例的緩蝕劑，可抑制鋼管內壁的腐蝕，但加注緩蝕劑用量大，費用較高，還應與其它維護性防腐措施配套進行，如管線清管等[4]；

（3）油田工藝管道外壁一般直接與空氣和土壤接觸，除低合金鋼、碳鋼本身具有一定的防腐功能外，還應在其外壁噴涂防銹漆及絕緣防護層，使管道與外部環境的電解質溶液最大限度隔離，抑制或降低電化學腐蝕的發生率。實際工程中，外防腐結構和等級應根據管道使用要求以及土壤腐蝕性等相關環境條件和經濟性來確定，特殊地段（如河流穿越、道路穿越等）的管道防腐層宜比其它地段高一個等級，天然氣、輕烴等易燃介質管道以及位于低洼地區、自然保護區、穿越等特殊環境的管道外防腐宜采用3PE防腐層，定向穿越的管道宜采用可靠的防護措施；埋地非保溫管道可用聚乙烯膠粘帶、2PE、3PE、環氧煤瀝青防腐涂料防腐，埋地保溫管道可選用環氧樹脂涂料、環氧酚醛涂料以前聚乙烯膠粘帶、3PE等防腐層[5,6]；

（4）陰極保護法目前廣泛應用于油田工藝管道防腐項目中，其本質都是施加保護電流，遏制鋼管電子流失，按電源的不同分為犧牲陽極保護法和外加電流陰極保護法。外加電流陰極保護是通過在環境中增加外部直流電源，使被保護管道的電位在環境中最低以阻止自身電子的流失，從而達到保護管道的目的，該保護系統由直流電源、參比電極、地床及電纜等組成，一般應用于土壤電阻率比較高的環境中或大型廠礦設備的陰極保護，比如油田站庫儲罐及大口徑長距離油氣管道等均采取此保護方式[7]。犧牲陽極陰極保護在工藝管道所處的電解質溶液中增加一組更活潑的金屬電極，電化學反應中該電極電位更低，是事實上的陽極，其電子不斷轉移至作為陰極的金屬管道上，降低管道電位，該種陰極保護系統主要由陽極（一般土壤中是鎂陽極、海水中為鋁、鋅陽極）、填包料（主要由75%的硫酸鈣，20%的膨潤土和5%硫酸鈉混合而成）、測量樁及導線組成，實際工程中常用于小口徑的集輸管網、小型含鋼結構的構筑物的防腐，同樣要求土壤電阻率不能過高，且受當地供電條件限制。

3 結語

綜上所述，油田工藝管道的運行需要日常性維護和平時操作的正常巡檢。尤其在管道防腐領域，應針對性分析管道內、外腐蝕性機理，將防腐措施和方案貫徹于管網設計、施工、使用和后期維護全階段。有針對性制定經濟科學的防腐措施，全方位使用復合涂層外防腐、加注緩蝕劑、陰極保護等防腐措施，保證工藝管道長治久安的運行。