淺談集油管線腐蝕與防腐

馬震

（長慶油田分公司第十二采油廠試采作業(yè)區(qū)，甘肅慶陽 745400）

1 試采作業(yè)區(qū)集輸現(xiàn)狀

目前試采作業(yè)區(qū)均以Φ 89×4.5和Φ60×3.5普通碳鋼管線為主密閉輸油，管線合計(jì)長度51280m。其中服役時間小于5年30580m，占59.63%，5-8年10000m，占2.34%，大于8年9600m，占18.72%。隨著開發(fā)時間的延長，井組集油管線腐蝕現(xiàn)象日益嚴(yán)重。造成一定的環(huán)境污染，嚴(yán)重影響了原油正常生產(chǎn)。

試采作業(yè)區(qū)腐蝕嚴(yán)重集油管線主要集集中在管線服役多年的地方，目前，井組集油管線服役時間近一般服役在5年以上，管線多處腐蝕，經(jīng)常發(fā)生管線破漏。

2 腐蝕機(jī)理分析

2.1 化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕指的是金屬與環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而造成金屬腐蝕破壞。如，暴露在空氣之中的鐵，其反應(yīng)方程式為：

4Fe+3O→2FeO

出現(xiàn)這一反應(yīng)主要是因?yàn)檠醌@取電子，F(xiàn)e失去電子變成Fe(FeO)。所以，當(dāng)腐蝕介質(zhì)與鐵相互接觸的時候，就會讓Fe變成Fe，進(jìn)而引發(fā)腐蝕。

不難看出，在介質(zhì)之中，金屬是否出現(xiàn)了化學(xué)腐蝕，主要是觀察是否存在氧化還原反應(yīng)。

2.2 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕，也就是存在一個短路原電池在金屬表面。因?yàn)橛吞锛凸芫€為碳鋼與滲碳體共同支撐，所以，其Fe相對的活潑，當(dāng)與電解質(zhì)溶液相互接觸的時候，就會有短路的微小原電池存在于表面，進(jìn)而引起電化學(xué)腐蝕，并且還會有局部電流的出現(xiàn)，在FeC上進(jìn)行還原反應(yīng)，在Fe上進(jìn)行氧化反應(yīng)，就會有腐蝕的出現(xiàn)，如圖1所示。

一般情況下，電化學(xué)腐蝕是由電子流動、陽極與陰極過程組成的，三者不必可少，所以電化學(xué)的過程，其具備的條件如下：

第一，基于內(nèi)在因素分析，金屬為了形成陰陽極，就需要通過不同的金屬組成，或者是帶有一定雜質(zhì)的金屬。

第二，將陰陽兩極進(jìn)行相互的連接，就會有電流的形成。

第三，需要確保兩極都致力于連通的電解質(zhì)溶液之中。

金屬陽極反應(yīng)：M→Mn+ne氧化、失去電子、成為陽極。

溶液陰極反應(yīng)：D+ne→D還原、得到電子、稱為陰極。

當(dāng)腐蝕過程中，陽極在受到腐蝕之后，就會存在活潑金屬。電解質(zhì)溶液之中的陽離子一般屬于陰極。在陰極上獲取的電子，大部分都是水中溶解的氧原子或者是電解質(zhì)之中的氫離子。如堿性或者是中性介質(zhì)當(dāng)中，陰極反應(yīng)（1-1）；酸性介質(zhì)之中的反應(yīng)（1-2）。

圖1 電化學(xué)腐蝕過程示意圖

圖2 寧20-25閥組出水管線腐蝕圖

圖3 寧20-25閥組來水管線腐蝕圖

圖4 耗氧腐蝕示意圖

3 試采作業(yè)區(qū)集油管線腐蝕

試采作業(yè)區(qū)集油管線的嚴(yán)重腐蝕具有典型的電化學(xué)腐蝕特征∶由里及外的含硫原油中的二氧化硫腐蝕及HS-HO型腐蝕、耗氧腐蝕、二氧化碳腐蝕及細(xì)菌腐蝕因防腐層嚴(yán)重破損而發(fā)生的由外及里的微電池腐蝕。下面就這幾種不同形態(tài)的腐蝕機(jī)理做簡要分析。如圖2寧20-25閥組出水管線、圖3寧20-25閥組來水管線腐蝕。

3.1 二氧化硫腐蝕

通過對試采作業(yè)區(qū)油井取樣化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域原油屬于高含硫原油，腐蝕性較大。

圖5 HCC纖維復(fù)合防腐內(nèi)襯1

圖5 HCC纖維復(fù)合防腐內(nèi)襯2

圖6 管線處理流程步驟圖

隨著含硫原油量的不斷增加，使得集油管線之中會有含硫物的長時間存在，在其底部的積水之中，鋼管會與二氧化硫出現(xiàn)酸的再生循環(huán)反應(yīng)。首先，二氧化硫(SO)、氧氣(O)、鐵之間相互反應(yīng)生成了硫酸亞鐵(FeSO)，然后，硫酸亞鐵直接水解成為游離酸和氧化物，出現(xiàn)的游離酸會進(jìn)一步加快鐵的腐蝕，會有新的硫酸亞鐵的出現(xiàn)，然后再與硫酸亞鐵水解，如此，就會直接腐蝕管線的底部。

3.2 H2S-H2O型腐蝕

在沒有液態(tài)水的情況下，硫化氫對于管線帶來的腐蝕很輕，基本上不存在腐蝕。但是如果遇到水，就會出現(xiàn)水解的情況，其電離式：

對于含硫原油之中的硫化氫，會嚴(yán)重的威脅管線內(nèi)壁，造成腐蝕，這也是出現(xiàn)內(nèi)壁腐蝕的主要原因之一，出現(xiàn)腐蝕，其反應(yīng)方程為：

硫化氫不僅會引起化學(xué)腐蝕，同時因?yàn)镠SO的存在，還會引起電化學(xué)腐蝕。

3.3 耗氧腐蝕

在原油之中會有一定水分的存在，還溶解有氧氣。在陰極耗氧反應(yīng)下進(jìn)行水中的分子氧腐蝕，其電極反應(yīng)：

中性溶液：O+2H+4e-→2OH

堿性溶液：O+2HO+4e→4OH

酸性溶液：O+4H+4e→2HO

在陰極上開展原油管線水溶液的好氧反應(yīng)，就可以直接將底部鋼管離解成為離子從而進(jìn)行溶解，這樣也會有腐蝕的問題出現(xiàn)。其示意圖如圖4所示：

3.4 二氧化碳腐蝕

對于鋼管腐蝕，二氧化碳反應(yīng)過程是∶

水溶液之中的pH值降低，鋼管就會存在氫氣極化的反應(yīng)∶

陽極反應(yīng)為∶

1.4.3 生活質(zhì)量 陰道炎患者在治療后的生活質(zhì)量采用SF-36評價，該評價表分為第一類和第二類，其中第一類為生理健康，含生理職能、生理功能、軀體疼痛和總體健康4個方面；第二類為心理健康，含情感職能、精神健康、活力和社會功能4個方面。分值越高，說明患者的生活質(zhì)量越好。

當(dāng)鐵成為離子之后，就會直接溶解到溶液之中，陰極反應(yīng)之后就會讓電子成為氫分子∶

一般來說，二氧化碳(CO)會引起片狀或者是坑點(diǎn)的腐蝕問題。

3.5 細(xì)菌腐蝕

針對管線帶來腐蝕作用的包含了氧化、硫代硫酸鹽等細(xì)菌。在對腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析中，以硫酸鹽還原作為分析元素。當(dāng)存在氫原子的前提下，在新陳代謝的過程中，就會直接將硫酸鹽還原成為硫化物。

在經(jīng)過硫酸鹽還原菌代謝后，水溶液之中的氫原子就會不斷的倍消耗，而且也會不斷的進(jìn)行鋼管內(nèi)表面電化學(xué)的腐蝕陰極反應(yīng)，如此的操作會進(jìn)一步提升表面陽極離子化反應(yīng)，使得腐蝕的過程被進(jìn)一步的加快。

3.6 微電池腐蝕

在施工的過程中，因?yàn)閯澓?、碰撞等問題，就會破壞原油埋地管線的防腐層，使得其金屬表面被暴露出現(xiàn)。受到積水、下雨等外界條件的影響，因?yàn)橥寥乐兴值拇嬖冢?，在管線的外壁就會有薄水膜的存在。裸露的金屬銅水溶液之間就會有陽極與陰極的形成，這就是所說的微電池腐蝕。其腐蝕的過程，就是氫氧化亞鐵生成的過程，在遇到水溶液溶解之后，就會成為氫氧化鐵，更進(jìn)一步就會產(chǎn)生紅色的鐵銹。

隨著腐蝕的不斷擴(kuò)展，其防腐層就會逐漸的脫落，導(dǎo)致大面積銹蝕的問題出現(xiàn)。這就是主要的腐蝕穿孔原因。

4 防腐措施

4.1 管線HCC纖維復(fù)合防腐內(nèi)襯

HCC纖維增強(qiáng)復(fù)合防腐內(nèi)襯是以防腐性能優(yōu)異的雙酚F環(huán)氧樹脂為基體樹脂，有機(jī)纖維為增強(qiáng)體，所以其表現(xiàn)出的防腐、力學(xué)性能都很優(yōu)異，在嚴(yán)苛的酸、堿、鹽腐蝕環(huán)境下可長期使用。如圖5、圖6所示H C C纖維符合防腐內(nèi)襯管線。

整體管道的內(nèi)擠襯工藝即為可以連續(xù)的將修復(fù)材料用專用機(jī)具涂敷于管道內(nèi)壁，經(jīng)固化形成新的防腐內(nèi)襯結(jié)構(gòu)層，進(jìn)行新管道防腐及舊管道修復(fù)，保護(hù)管道基體層不受腐蝕，延長管道壽命。管線處理流程如圖7所示。

4.2 添加緩蝕劑

第一，金屬表面的界面性質(zhì)以及電荷的實(shí)際狀態(tài)會出現(xiàn)變化，其金屬表面能量狀態(tài)會逐漸變得穩(wěn)定，一旦出現(xiàn)腐蝕之后，就需要的活化能會逐漸的增大，這樣也會讓腐蝕的速度降低。

第二，針對被緩蝕劑的非極性集團(tuán)，會有一層疏水保護(hù)膜存在于金屬的表面，這樣就會增大物質(zhì)與電荷實(shí)際的轉(zhuǎn)移度，同樣也可以起到相等的效果。

4.3 涂層外防腐

對于管道外腐蝕的防范，涂層是最為有效的措施之一。在管道之上直接涂刷防腐材料，主要是經(jīng)過固化之后形成油漆膜，然后讓其余金屬表面相互的粘結(jié)，并且將與外界的接觸相互的切斷，這樣就可以對電化學(xué)反應(yīng)或者是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行阻止，最終滿足腐蝕的防范目的。

目前所更換的管線均采取過油漆外防腐，在管線焊接處必須進(jìn)行防腐漆處理合格后，才能進(jìn)行埋放管線。

4.4 更換管道材質(zhì)

選用不銹鋼、抗腐蝕合金等材料關(guān)鍵指標(biāo)是碳含量，如果碳本身的含量較低，其本身所擁有的抗塑性變形能力會降低。但是如果碳含量過高，其管材焊接的性能則會降低?；诙喾N因素的分析考慮，對于材料的選擇，其碳含量低于0.15%。在含有CO的油氣井中可以選用含Cr的不銹鋼管；在CO和Cl兩者都存在，就會出現(xiàn)相對嚴(yán)重的腐蝕，可以考慮到選擇含Cr、Mn、Ni的不銹鋼管。

5 結(jié)論及建議

（1）集油管線的腐蝕機(jī)理包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，其中以電化學(xué)腐蝕為主，對集油管線危害較大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，存在嚴(yán)重安全環(huán)保隱患。

（2）可以采用管線H CC纖維復(fù)合防腐內(nèi)襯、添加緩蝕劑、涂層保護(hù)等多方面措施防止管道腐蝕的發(fā)生。

（3）根據(jù)試采作業(yè)區(qū)實(shí)際生產(chǎn)情況，可以推廣使用管線HCC纖維復(fù)合防腐內(nèi)襯，延長管線使用壽命。建議實(shí)施集油管線，注水管線應(yīng)用H C C纖維復(fù)合防腐內(nèi)襯。