成都理工大學(xué)能源學(xué)院

油氣集輸管道腐蝕的防治及安全檢測

郝玉鴻 張銀德成都理工大學(xué)能源學(xué)院

油氣集輸管道的腐蝕現(xiàn)象可分為內(nèi)壁腐蝕與外壁腐蝕兩種情況。目前國內(nèi)針對油氣集輸管道外壁腐蝕防治措施主要是環(huán)氧涂層與陰極防護(hù)技術(shù)。環(huán)氧涂層管道防腐技術(shù)相對較為成熟，具體實(shí)施是在管道外壁上噴涂添加防腐劑的涂料，將外部腐蝕介質(zhì)與管道外壁隔離開，避免外壁受到外部介質(zhì)腐蝕。金屬緩蝕劑是向具有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中添加某些能夠阻礙腐蝕介質(zhì)與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，具體可以分為無機(jī)緩蝕劑與有機(jī)緩蝕劑兩大類。目前國內(nèi)油氣集輸管道緩蝕劑普遍采用的是有機(jī)緩蝕劑。在管道腐蝕監(jiān)測中可以通過觀察管道內(nèi)表面粗糙度去確定某些地方的管道腐蝕情況，進(jìn)而加快油氣輸送的效率。

油氣管道；防腐蝕；安全檢測；輸送介質(zhì)

油氣集輸管道的腐蝕現(xiàn)象可分為內(nèi)壁腐蝕與外壁腐蝕兩種情況。外壁腐蝕易于防治，相比于內(nèi)壁腐蝕危害較小，防治措施主要依靠環(huán)氧涂層與陰極防腐技術(shù)。而管道內(nèi)壁長時(shí)間與腐蝕介質(zhì)接觸，易于腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成內(nèi)壁嚴(yán)重腐蝕。對此狀況，目前國內(nèi)主要采用內(nèi)涂環(huán)氧防腐涂層，防腐效果并不明顯，因此必須加強(qiáng)油氣管道安全檢測工作，在管道設(shè)計(jì)規(guī)劃的初級階段做好科學(xué)高效的防腐措施，針對輕微腐蝕現(xiàn)象予以足夠重視，并及時(shí)采取修復(fù)措施，保證油氣集輸管道高效、順利輸送油氣。

1 油氣集輸管道腐蝕危害

目前，國內(nèi)的油氣集輸管道安全監(jiān)測技術(shù)和日常防腐技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比仍然處于初級階段，管道陰極防護(hù)技術(shù)還不夠成熟。據(jù)科學(xué)資料顯示，國內(nèi)油氣集輸管道因腐蝕造成泄漏等事故發(fā)生率能夠達(dá)到每年5次，而美國、日本、法國等發(fā)達(dá)國家這一數(shù)據(jù)僅為0.5～0.7次。管道腐蝕造成的危害主要包括以下幾個(gè)方面：①集輸管道腐蝕造成油氣泄漏，地區(qū)的油氣供應(yīng)出現(xiàn)問題致使某些石油化工企業(yè)缺乏原料，生產(chǎn)停滯；②泄漏的油氣將對土壤與大氣環(huán)境造成巨大的破壞與污染，且污染持續(xù)時(shí)間相對較長；③油氣屬易燃易爆物質(zhì)，在人口密集的居民區(qū)或者市內(nèi)極易發(fā)生燃燒甚至爆炸，危害人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

2 外壁腐蝕機(jī)理與防治措施

2.1管道外壁腐蝕機(jī)理

油氣集輸管道外壁腐蝕環(huán)境主要包括土壤環(huán)境與海水環(huán)境兩種。土壤環(huán)境下的金屬集輸管道處于土壤有機(jī)物、水分、氧氣等復(fù)雜環(huán)境中，易發(fā)生金屬的物理溶解與化學(xué)作用，腐蝕金屬集輸管道造成管道損壞現(xiàn)象；海水腐蝕環(huán)境中的集輸管道主要是金屬管道，處于海底的管道外壁長時(shí)間被海水浸泡，并受到大量的鹽類化學(xué)物質(zhì)及酸性環(huán)境影響，易使金屬管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因此針對集輸管道所處實(shí)際工作環(huán)境，要采取科學(xué)合理的防腐蝕技術(shù)措施。

2.2外壁防腐蝕措施

目前國內(nèi)針對油氣集輸管道外壁腐蝕防治措施主要是環(huán)氧涂層與陰極防護(hù)技術(shù)。環(huán)氧涂層管道防腐技術(shù)相對較為成熟，具體實(shí)施是在管道外壁上噴涂添加防腐劑的涂料，將外部腐蝕介質(zhì)與管道外壁隔離開，避免外壁受到外部介質(zhì)腐蝕。環(huán)氧涂料的主要成分是具有極強(qiáng)抗酸性、抗堿性的環(huán)氧樹脂和高效固化劑，能夠與管道外壁緊密黏接形成光滑、致密性很高的表面涂層，防腐蝕效果好，因此得到大范圍的普及與應(yīng)用。陰極防護(hù)技術(shù)主要指的是在水質(zhì)環(huán)境中特定與高效的防腐蝕技術(shù)，能夠有效避免金屬集輸管道在海水多種鹽類與惡劣的酸堿環(huán)境下的化學(xué)腐蝕，主要應(yīng)用于海底管道的腐蝕防治措施。陰極防護(hù)技術(shù)應(yīng)用于油氣集輸管道防腐工作中成本較低，并不需要較多的防腐添加劑等材料，表1為兩種方法的綜合比較。

表1 環(huán)氧涂層與陰極防護(hù)技術(shù)的綜合比較

通過表1數(shù)據(jù)比較明顯可以看出，陰極防護(hù)技術(shù)在油氣管道防腐工作中防腐效果更好，且成本比較低，但是對技術(shù)要求較高。

3 內(nèi)壁腐蝕機(jī)理及特點(diǎn)

3.1硫化氫腐蝕

硫化氫對金屬合金腐蝕現(xiàn)象很早就受到技術(shù)人員的重視，經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)硫化氫對鋼鐵等金屬有很強(qiáng)的腐蝕性，但是關(guān)于腐蝕機(jī)理的研究理論不一。硫化氫與其他氣體如二氧化碳相比在水中溶解度大的多，形成的溶液呈弱酸性。硫化氫在水中電離出的產(chǎn)物（HS-、S2-）附著在金屬表面與表面鐵原子發(fā)生化合反應(yīng)，生成能夠促進(jìn)離子附著的復(fù)合物Fe（HS）-。在與金屬原子化合反應(yīng)之后，會使金屬表面呈負(fù)電位，從而促進(jìn)陰極反應(yīng)速度，生成更多的氫氣，進(jìn)一步促進(jìn)陽極金屬原子溶解，降低金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成嚴(yán)重腐蝕。另一方面，硫化氫導(dǎo)致金屬氫脆，氫較少時(shí)主要以氫離子或者原子游離在金屬原子周圍，隨著自由擴(kuò)散的進(jìn)行，氫離子與原子逐漸聚集成氫氣分子，造成金屬結(jié)構(gòu)局部的氫富集，使金屬強(qiáng)度降低更易腐蝕。

3.2二氧化碳腐蝕

二氧化碳同樣是導(dǎo)致金屬腐蝕的主要因素，二氧化碳主要是溶于水，電離出HCO3-、CO32-兩種負(fù)離子作為得到電子的物質(zhì)析出氫氣，當(dāng)電離出的濃度很低時(shí)二氧化碳與水作用生成水和氫離子，同樣得電子被還原析出氫氣。

電化學(xué)反應(yīng)開始時(shí)，二氧化碳溶于水生成碳酸，接著與鐵原子發(fā)生反應(yīng)生成碳酸亞鐵、碳酸氫亞鐵與內(nèi)部鐵原子進(jìn)一步發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成結(jié)合能力很差的碳酸鐵，而這種物質(zhì)易于從金屬表面脫落下來，其原因不僅因?yàn)樘妓徼F的結(jié)合能力較差，還因?yàn)樘妓徼F體積比碳酸氫亞鐵小很多，所以處于海水或者土壤中的油氣集輸管道很容易被周圍的環(huán)境氧化，并在碳和水分的共同作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成蓬松多孔、結(jié)合能力差的碳酸鐵，促進(jìn)外部金屬表皮的脫落，加速內(nèi)部金屬電化學(xué)腐蝕。因此二氧化碳對于鋼鐵的腐蝕性不可忽視，油氣集輸管道施工作業(yè)工程中要做好二氧化碳防腐蝕工作。

3.3多相流腐蝕

多相流腐蝕機(jī)理包括以下幾種類型：無腐蝕無雜質(zhì)清潔環(huán)境、無腐蝕有雜質(zhì)沖刷環(huán)境、無雜質(zhì)有腐蝕環(huán)境、雜質(zhì)與腐蝕并存環(huán)境等。多相流動沖刷對鋼鐵腐蝕影響同樣不可小覷，流動物體會受到流速、黏度、腐蝕介質(zhì)性質(zhì)、沖刷角度等因素影響，進(jìn)而加快腐蝕速度。多相流狀態(tài)可以分為平穩(wěn)的層流、湍狀流動、環(huán)狀流等幾種情況，在較低的流動速度時(shí)主要存在的是平緩層流，流速較高時(shí)就會出現(xiàn)湍狀流動或者環(huán)流現(xiàn)象。研究表明，此狀況對鋼鐵腐蝕最為嚴(yán)重，流體沖刷所產(chǎn)生的切向力與腐蝕化學(xué)反應(yīng)共同作用，金屬表面結(jié)合力較強(qiáng)的氧化膜易脫落加速內(nèi)部金屬腐蝕，對管道產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

4 內(nèi)防腐蝕技術(shù)

（1）噴涂具有防腐作用的緩蝕劑。金屬緩蝕劑是向具有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中添加某些能夠阻礙腐蝕介質(zhì)與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，具體可以分為無機(jī)緩蝕劑與有機(jī)緩蝕劑兩大類。目前國內(nèi)油氣集輸管道緩蝕劑普遍采用的是有機(jī)緩蝕劑，具有很多優(yōu)點(diǎn)。例如：對周圍環(huán)境影響較小，防腐蝕效果優(yōu)良；防腐蝕成本較低；技術(shù)操作簡單，效果明顯；能夠針對腐蝕環(huán)境采取科學(xué)合理的有機(jī)緩蝕劑；具有很強(qiáng)針對性；同種防腐蝕添加劑能夠防止多種金屬以及適應(yīng)不同腐蝕環(huán)境等。腐蝕劑使用時(shí)要嚴(yán)格控制噴涂工藝、使用量、維護(hù)周期及配合使用清氧劑、消毒殺菌劑、除硫劑等，才能達(dá)到理想的防腐蝕效果。

（2）內(nèi)涂層防腐與襯里防腐技術(shù)。內(nèi)涂層與襯里防腐技術(shù)是針對油氣集輸管道腐蝕狀況的常用防腐技術(shù)，該技術(shù)防腐原理是在管道表層與外界腐蝕介質(zhì)之間設(shè)置一個(gè)具有保護(hù)作用的隔離膜，通過高壓的清潔空氣催動金屬磨具將管道內(nèi)表面處理干凈，再由智能機(jī)器人完成最后的防腐劑涂料的噴涂工作。另外，為保證防腐蝕效果還要輔以緩蝕劑同時(shí)使用。保護(hù)膜具有很高的光滑度，能夠有效起到防腐蝕效果。同時(shí)，在管道腐蝕監(jiān)測中可以通過觀察管道內(nèi)表面粗糙度去確定某些地方的管道腐蝕情況，進(jìn)而加快油氣輸送的效率。

5 腐蝕監(jiān)測

（1）傳感器環(huán)節(jié)。腐蝕監(jiān)測傳感器對油氣集輸管道現(xiàn)場的腐蝕參數(shù)進(jìn)行收集，通過轉(zhuǎn)換元件，將采集到的參數(shù)轉(zhuǎn)換成石油工業(yè)電流信號。

（2）數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了對油氣集輸管道腐蝕監(jiān)測參數(shù)的監(jiān)控，對總體腐蝕率、點(diǎn)蝕系數(shù)、腐蝕機(jī)理因子、測點(diǎn)壓力、測點(diǎn)流量、測點(diǎn)溫度和測點(diǎn)pH進(jìn)行多路數(shù)據(jù)的采集、放大和轉(zhuǎn)換。

（3）數(shù)據(jù)通信環(huán)節(jié)。采集到的參數(shù)均以符合石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電流信號表現(xiàn)出來，利用傳輸協(xié)議，通過傳輸總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.022