淺談油田地面管線的腐蝕失效

張海鵬

（大慶油田第三采油廠第四油礦，黑龍江 大慶 163000）

1 腐蝕的類型

1.1 按腐蝕環境條件分類

1.1.1 輸送介質的腐蝕

輸送介質對管線的腐蝕是個普遍的現象。雖然其組成是一個弱腐蝕體系，但對防腐不給予足夠的重視，仍會造成資源、能源、材料的浪費，而且常常威脅著正常的安全生產和原油質量。因此研究輸送介質對管線的腐蝕有重要意義。

1.1.2 自然環境的腐蝕

由于油田地面管線大部分掩埋在土壤中，土壤是由固體、液體和氣體三相物質組成的非均勻體系，內中還含有氧、水分和各種腐蝕性的陰離子，如 NO3-、SO42-、CO32-、CL-等。

1.2 按腐蝕形貌分類

腐蝕按分布的集中度可以分為兩大類：全面腐蝕與局部腐蝕。兩者是相對而言的。腐蝕分布在整個金屬構件表面上（包括均勻的、較均勻的和較不均勻的）稱為全面腐蝕；腐蝕從金屬管線表面萌生以及腐蝕的擴展都是在很小的區域內選擇地進行的稱為局部腐蝕。

2 全面腐蝕

如果金屬材質及腐蝕環境都較為均勻，腐蝕均布于構件的整個表面，且以相同的腐蝕速度擴展，則這種全面腐蝕就是均勻腐蝕。均勻腐蝕是一種累積的損傷，其宏觀表征是構件厚度逐漸變薄，金屬材料逐漸損耗。用電化學過程解釋均勻腐蝕歷程則視金屬構件表面由無數陰、陽極面積非常小的腐蝕原電池組成，微陽極與微陰極處于不斷的變動狀態，因為整個金屬表面在溶液中都處于活化狀態，只是各點隨時間有能量起伏，能量高時為陽極，能量低時為陰極，隨電化學歷程的推移，金屬構件的表面遭受均勻的腐蝕。如果金屬構件表面某個位置總是陽極，則此處不斷的陽極溶解會產生局部腐蝕。如我隊北3-1-丙51井的摻水管線在更換過程中發現管壁厚度由鋪設時的3mm減少到不足2mm。

3 局部腐蝕

3.1 點腐蝕與縫隙腐蝕

在構件表面出現個別孔坑或密集斑點的腐蝕稱為點腐蝕，又稱孔蝕或小孔腐蝕。點腐蝕是一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區高度集中的局部腐蝕形式。每一種管線金屬材料，對點腐蝕都是敏感的，管線金屬在表面的氧化皮或銹層有孔隙的情況下，在含氯離子的水中常發生點腐蝕。縫隙腐蝕是另一種更普遍且與點腐蝕很相似的局部腐蝕。

3.1.1 點腐蝕

點腐蝕的產生經歷了點蝕孔的形成及點蝕孔的擴展兩個階段。金屬表面的位錯露頭、雜質相界、不連續缺陷或金屬表面鈍化膜和保護膜的破損等部位都可以成為點蝕源，在電解質中，這些部位往往呈活性狀態，電位比鄰近完好部位要負，兩者之間形成局部微電池。局部微電池作用的結果，陽極金屬溶解形成了點蝕核，陽極溶解產生的電子流向鄰近部位促成發生氧的還原反應得到陰極保護。經一段時間的局部微電池作用，點蝕核部位溶出點蝕孔。若介質中含有活性離子如氯離子，能優先吸附于點蝕核部位，或者排擠吸附的HO-、O2-離子，與金屬作用形成可水解的化合物，更容易引起金屬表面的微區溶解而形成點蝕孔。在點蝕孔內由于陽極溶解下來的金屬離子形成的化合物發生水解而生成氯離子，因此蝕孔中的PH值下降，酸性加強。這樣又加速了金屬的溶解，從而造成了點蝕孔的擴大與加深。而且腐蝕產物生成后積聚在孔口也使蝕孔內外物質遷移難以進行，孔口的積聚物越來越多，使孔內形成閉塞電池。隨著水解反應的繼續進行，PH值不斷下降，孔內金屬離子濃度上升，為了維持電荷平衡，孔外活性的氯離子不斷的穿過腐蝕產物向蝕孔內遷移，導致孔內氯離子進一步富集，這就是點腐蝕擴展的“自催化酸化”過程。點腐蝕以自催酸化發展下去，使金屬管線的蝕孔迅速穿進，以至穿透壁厚，發生介質泄露。

3.1.2 縫隙腐蝕

金屬之間或金屬與非金屬之間形成很小的縫隙，使縫隙內介質處于靜滯狀態，從而引起縫內金屬加速腐蝕的局面腐蝕形式稱為縫隙腐蝕。許多金屬管線的銹層、垢層等，在金屬表面上形成了縫隙，縫內外難以進行介質交換，縫內氧耗盡而形成氧濃差電池，或促使氯離子等活性離子進入縫隙，使PH值降低，在縫隙內產生自催化酸化過程，都會引起縫隙腐蝕。嚴重的部位則腐蝕穿孔。

3.1.3 應力腐蝕開裂

應力腐蝕開裂是金屬材料在靜拉伸應力和特定腐蝕介質協同作用下，所出現的低于其強度極限的脆性開裂現象。應力腐蝕開裂與單純由機械應力造成的破壞不同，它在極低的應力水平下也能產生破壞；它與單純由腐蝕引起的破壞也不同，腐蝕性極弱的介質也能引起應力腐蝕開裂。它是危害性極大的一種腐蝕破壞形式。從全面腐蝕角度看來應力腐蝕開裂是在耐腐蝕的情況下發生的，細小的裂紋會深深地穿進構件之中，構件表面沒有變形預兆，僅呈現模糊不清的腐蝕跡象，而裂紋在內部迅速擴展致突然斷裂，容易造成嚴重的事故。金屬構件發生應力腐蝕開裂必須同時滿足材料、應力、環境三者的特定條件。應力腐蝕一般發生在構件表面能形成良好的保護膜所處的環境中，保護膜具有耐腐蝕的性能，當保護膜在應力及腐蝕作用下局部遭到破壞，材料開裂過程才得以進行。

在我礦的管線腐蝕穿孔中，應力腐蝕穿孔最為常見。在對北4-100-251、北4-8-48等油水井管線穿孔鑒定時發現穿孔處的管壁有輕度鼓脹，其周圍布有明顯可見的縱向裂紋。對管線爆裂部位取樣拋光后檢查證實，裂紋起源于鋼管外表面腐蝕坑并以枝杈狀向內擴展。由于管線材料本身具有較高的內應力，同時管線是在一定壓力下工作，故使管壁在承受相當高的應力條件下服役。而管線外表面那些有缺陷的地方被選擇性腐蝕形成腐蝕凹坑，當腐蝕坑常年在介質和應力的聯合作用下萌生裂紋，裂紋不斷擴展，管壁有效截面減小，直到不能承受工作負荷時，就會突然破裂。

4 對管線腐蝕穿孔的幾點認識及預防措施

4.1 幾點認識

4.1.1 管線腐蝕不僅損耗了材料，因腐蝕造成的環境污染、生產檢修，甚至人身傷害等損失更是無法估量，因此必須對管線腐蝕及腐蝕穿孔分析給予高度重視。

4.1.2 由于金屬管線的全面腐蝕裸露性強，在現場上容易采取對策，只要做好管線防腐保溫及預留使用腐蝕裕量便可在管線設計壽命內安全使用。

4.1.3 在現場發生的管線腐蝕穿孔中，局部腐蝕較不容易發現且預測監控及預防比較困難。

4.2 預防措施意見

4.2.1 選擇合適的耐腐蝕材料，防止過多的非金屬夾雜物，提高成分和組織的均勻性，提高材料韌性。

4.2.2 確保能將管線表面與環境隔離。

4.2.3 力集中、尖角、縫隙和結構厚薄懸殊，采用退火等手段消除殘余應力。

4.2.4 劑改善管線工作環境。

[1]廖景娛.金屬構件失效分析[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]趙芳壁.化工腐蝕與防護[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，1992.