花土溝地區土壤腐蝕性分析*

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(1.青海油田鉆采工藝研究院，甘肅 敦煌 736202； 2.青海油田采油一廠，甘肅 敦煌 736202)

花土溝地區位于柴達木盆地西北部，是青海油田主要原油生產基地，分布有尕斯庫勒、花土溝、昆北、英東及南翼山等主力油田。目前，花土溝地區已建成輸油管道累計長度近500 km，建成各類集油干線和支干線管道累計長度近300 km,建成污水主干管道累計長度近50 km,建成注水主干管道累計長度近150 km。

土壤腐蝕是集輸管道外腐蝕的主要形式，從腐蝕形式上看主要有土壤本身對管道的腐蝕和土壤中存在的雜散電流對管道的腐蝕。從腐蝕機制來看，主要有電化學腐蝕、雜散電流腐蝕及細菌腐蝕等。鹽漬土由于鹽含量高、Cl-含量高和土壤電阻率低等特點,對油田埋地管道具有較強腐蝕性。該文針對青海油田花土溝地區集輸管線的土壤腐蝕環境進行檢驗和分析，確定該地區鹽漬土對埋地集輸管道腐蝕性高低，并在雜散電流多發位置進行了干擾測試，確定雜散電流干擾情況，檢驗目前管道防腐蝕設計合理性，同時為油田集輸管線防腐蝕設計提供數據支撐。

1 土壤腐蝕

土壤是多相物質的復雜混合物，顆粒間充滿空氣、水和各種鹽類，使土壤具有電解質特性，土壤中的腐蝕物質與管道本體接觸時便會對埋地管道發生腐蝕。表征土壤性質指標的各種參數均會對管道金屬的腐蝕產生影響，如土壤pH值、氧化還原電位、土壤電阻率、含鹽種類和數量、水含量、孔隙度、有機質含量、溫度、細菌及雜散電流等，其中pH值、土壤電阻率、含鹽種類和數量是主要因素。這些因素共同作用決定了土壤對管道的腐蝕性，同時各種因素相互影響共同作用，例如土壤水含量既影響土壤導電性又影響氧含量，土壤越干燥，鹽含量越少，土壤電阻率越大；土壤越潮濕，含鹽量越多，土壤電阻率就越小。電阻率減小，土壤腐蝕性增強。

埋地管道裸露的金屬與土壤中的電解質接觸便會產生電化學腐蝕電池，可分為微觀腐蝕原電池和宏觀腐蝕原電池。微觀腐蝕原電池是因鋼管表面狀態所形成的腐蝕電池，如管道缺陷、夾雜等，當這些部位與土壤接觸時，由于電極電位差而構成腐蝕電池；宏觀腐蝕原電池是因土壤介質差異或是管體防護層不同引起的腐蝕電池，如土壤的鹽含量、氧含量、透氣性和防腐蝕層保護性差異等，它們的濃度對管材或土壤的電極電位值影響很大，當這些參數差別較大便會引起宏觀腐蝕電池。土壤腐蝕陽極過程為金屬溶解釋放出電子，陰極過程為氧的去極化過程。土壤腐蝕形式主要有充氣不均勻引起的腐蝕、雜散電流引起的腐蝕和微生物引起的腐蝕[1]。

1.1 氧濃差腐蝕

金屬管道通過結構、潮濕程度不同的土壤或埋地管線，覆土深度發生變化時氧到達難易程度不同，空氣在土壤中含量不均勻導致管道不同位置氧濃度不同，形成氧濃差腐蝕電池。氧含量低的位置作為陽極，氧含量高的位置作為陰極。

1.2 雜散電流腐蝕

雜散電流腐蝕是大地中存在的電流對管道產生的腐蝕，是一種外界因素引起的電化學腐蝕，其腐蝕性要強于一般土壤腐蝕。對于防腐蝕層管道，雜散電流可在防腐蝕層破損的某一點流入管道，然后沿管道流動，在另一防腐蝕層破損點流出，從而引起腐蝕。這些雜散電流源主要有陰極保護設施、交直流高壓輸電系統接地極等。雜散電流腐蝕中，金屬發生氧化反應從而發生腐蝕,電流流出的部位為腐蝕電池的陽極區。

1.3 微生物腐蝕

微生物腐蝕是指在特定條件下土壤中存在的細菌等微生物參與金屬管道腐蝕的過程，從而加速管道在土壤中腐蝕的現象。微生物腐蝕并非細菌本身對金屬產生侵蝕作用，而是細菌生命活動的結果間接對金屬腐蝕電化學過程產生影響，例如細菌代謝產物有腐蝕性、細菌活動改變氧濃度、鹽濃度及pH值等。常見腐蝕性細菌有嗜氧的硫桿菌、鐵細菌及厭氧的硫酸鹽還原菌等。有一些特殊的細菌是依靠石油瀝青作為養料，將瀝青“吃掉”，從而導致石油瀝青防腐蝕層喪失防腐蝕功能。

2 花土溝地區土壤腐蝕性

花土溝地區地形呈戈壁荒漠和丘陵狀態，土壤類型主要為鹽漬沙土，由于氣候干燥水含量低，鹽含量高，細菌不易存活，故在土壤腐蝕性檢測中僅考慮土壤本身對管道的腐蝕和土壤雜散電流腐蝕，細菌腐蝕不予考慮。

2.1 土壤腐蝕性檢測及評價

為了準確檢測花土溝地區埋地管道土壤腐蝕性，分別在油田不同區塊集輸管道經過的丘陵、戈壁、沙漠和重鹽漬土等位置對土壤進行取樣和實驗室化驗，檢測土壤水含量、土壤鹽含量、土壤Cl-含量和pH值。同時在取樣現場對土壤電阻率、自然腐蝕電位、氧化還原電位和pH值進行測試。檢測完成后按照GB/T 19285—2014《埋地鋼制管道腐蝕防護工程檢驗》標準[2]，對花土溝地區不同區塊土壤腐蝕性進行評級。

表1是花土溝地區集輸管道不同位置土壤腐蝕性評級結果，雖然土壤鹽含量和土壤Cl-含量較高，但受到土壤水含量低和土壤pH值較高的影響，花土溝地區鹽漬土土壤腐蝕性處于2級(較弱)至3級(中等)之間。整體來看，花土溝地區鹽漬土土壤腐蝕性不高。

表1 不同區塊土壤腐蝕性評級

目前，花土溝地區管道外防腐蝕系統按照土壤腐蝕性等級4級“強”腐蝕性來設計，在土壤取樣位置進行開挖檢查，發現大部分管道防腐蝕層顏色、光澤無變化，未出現麻面、鼓泡及裂紋等情況，經電火花檢漏儀檢測未發現防腐蝕層漏損點。現場發現的少量防腐蝕層破損點均由施工中的擦碰導致[3]。

2.2 雜散電流測試

為檢測土壤雜散電流對埋地管道的影響，在管道與高壓線交叉點、站區旁邊、井場變壓器周邊等易產生雜散電流位置以及不易產生雜散電流的空曠位置進行了管道雜散電流測試，并按照GB/T 19285—2014《埋地鋼制管道腐蝕防護工程檢驗》標準進行雜散電流干擾評價。

圖1是花土溝地區不同位置管地電位隨時間變化情況，表2是雜散電流干擾評價結果。從檢測結果來看，花土溝地區4個位置均存在一定程度的直流雜散電流干擾，干擾程度為“輕度”和“中度”，同時按照相關標準，管道并不需要采取排流措施。

用電設備附近和空曠位置均存在一定程度的直流雜散電流，并且管地電位隨時間變化趨勢一致，說明變壓器等用電設備對管道雜散電流影響較小，管道中出現的直流雜散電流的來源是大地電流[4]。

表2 不同位置雜散電流檢測結果

圖1 管地電位隨時間變化情況

3 結論與建議

(1)花土溝地區鹽漬土土壤腐蝕性為2級“較弱”至3級“中度”之間，按照3級“中度”腐蝕性進行管道防腐蝕層設計能夠有效保護管道免遭土壤腐蝕。

(2)花土溝地區管道存在輕至中度的直流雜散電流干擾，但無需采取雜散電流干擾排流措施，雜散電流來源為大地電流。

(3)在做好管道防腐蝕系統的同時，應加強施工管控，避免野蠻施工導致防腐蝕層破損，確保防腐蝕層質量。