油氣集輸管道腐蝕機理及預防對策分析

伍小三 劉吉祥 邰萌 王傳剛

摘要：油氣產品的輸送方式多采用管道，一般采用螺旋焊縫鋼管、碳素無縫鋼管及直縫電阻焊鋼管，在實際應用過程中時常會發生腐蝕現象，腐蝕將大大縮短管道的使用年限，如發生泄漏會對生態環境造成一定程度的污染，還將直接威脅人們的生命安全。因此，對油氣管道的化學腐蝕機理和防腐蝕措施的研究十分必要。

關鍵詞：油氣管道;化學腐蝕機理;防腐措施

油氣產品的運輸方式多采用管道。管道在長期的使用過程中會產生腐蝕，對管道使用年限和運行安全造成嚴重影響。文章在對油氣管道腐蝕機理進行全面分析的基礎上，介紹了幾種管道腐蝕檢測技術，提出了化學腐蝕預防措施，可供相關工程技術人員參考。

1.油氣管道腐蝕機理

1.1化學腐蝕

油氣管道的化學腐蝕是由于金屬物質和非電解材料產生的化學反應，對金屬結構造成一定程度的破壞，該種腐蝕為純氧化的還原反應，在反應的過程中沒有形成電流。管道的化學腐蝕又可分為氣體腐蝕及非電解質腐蝕。氣體腐蝕是指金屬物質直接暴露在空氣當中，和空氣中的氧氣、硫化氫和二氧化硫等接觸，在金屬材料的表層形成氧化物以及化合物。如果溫度較高，形成的金屬氧化膜速率會比較快，還會伴隨著脫碳現象，如果空氣中的水分比較充足，氣體的腐蝕速率會進一步加快。非電解質腐蝕是指在油氣物質中含有硫化氫、二氧化硫和二氧化碳等對管道造成腐蝕的成分，如果含有水分時，該類氣體物質會溶解在水中，對油氣管道的內壁造成腐蝕。

1.2電化學腐蝕

電化學腐蝕是對油氣管道造成腐蝕的主要因素，與化學腐蝕的區別在于該類腐蝕進行時會形成原電池，會產生電流。由于油氣管道是鋼鐵材料制造的，具有鐵元素以及其它物質，由于電位的不同，由于二氧化碳、二氧化硫和氯化鈉溶解在水分中，會生成濃度有差別的電解質溶液，油氣管道和電解質溶液在進行接觸的過程中，會生成原電池，從而引起電化學腐蝕。鐵物質作為陽極，其它雜質作為電池的陰極，如果溶液的酸性較大，在陽極：Fe=Fe2++2e，Fe2++2OH=Fe（OH）2。而在陰極：2H++2e=H2↑。之后氫氧化亞鐵就會形成還原反應而生成氫氧化鐵，再經過脫水之后就會形成三氧化二鐵，氫氧化鐵和三氧化二鐵為紅色鐵銹的主要成分。如果酸性條件較弱或者呈現出中性時，在陽極：2F=2Fe2++4e，陰極：O2+2H2O+4e=4OH-，從上式中可以看出，在電解質溶液當中，由于氫離子物質的存在會導致油氣管道的腐蝕，如果內部含有氧氣也會引起管道的腐蝕反應。

2.油氣管道腐蝕檢測技術

2.1管道內腐蝕檢測技術

對管道的內腐蝕進行檢測主要是對內壁的幾何形狀的變化情況進行檢測和分析，如管道的壁厚情況、環焊縫密封、橢圓度和彎曲等，采用激光檢測法、漏磁通量法、電視測量法、超聲波法等進行檢測，應用比較廣泛的方法是超聲波法和漏磁通量法。

2.2外腐蝕檢測技術

管道的外腐蝕檢測技術是利用陰極保護的方法來實現的，檢測出來的參數可以用來評估油氣管道防護層的損壞情況，可以對受到腐蝕的管道進行具體的了解。該種檢測方法可以采用管、地電位測量和管內電流值檢測兩種方法，管地電位測量主要有直流電壓梯度法、組合電位測試法等，管內電流檢測主要有分段管內電流對比法、電流梯度分布法等。

3.油氣管道腐蝕預防措施

3.1油氣管道外壁涂層防腐

對油氣管道外壁進行防腐蝕保護，多應用防腐涂層對外壁進行涂抹的方法。因為現在輸油氣管道采用單層管道，對熱油介質進行輸送時采用雙層管道，為了防止在管道的鋪設過程中形成負壓，在選用較大口徑單層管道的前提下，還應對混凝土配重層進行科學合理的設計。在進行油氣管道外壁防腐蝕施工時，應利用防腐保溫層和涂層覆蓋層的雙重保護方式，特別需要引起注意的是，為了油氣管道的外腐蝕層可以應用到多種工況條件，對涂料材質進行選取時，必須要保證防腐涂層具備抗彎、抗拉伸和抗變形能力，還應該具備抗陰極剝離能力，抗滲透性好，同時還可以與油氣管道進行很好的粘合，如采用溶解環氧涂料、環氧煤瀝清涂料、煤焦油環氧涂料等。

3.2油氣管道藥劑防腐

油氣管道受到化學腐蝕的問題，可以利用化學防腐藥劑進行有效的處理，應用比較廣泛的藥劑有殺菌劑、緩蝕劑和降粘劑等，緩蝕劑可以依據實際的反應原理選擇有針對性的種類，它可以在油氣管道內表面進行氧化還原反應，或形成沉淀吸附反應，在內部形成防腐保護膜，可以有效防止管道受到進一步的腐蝕破壞，該種藥劑功能較為強大，具有很好的性價比。殺菌劑主要應用在由于微生物原因造成的油氣管道腐蝕，多用于埋地管道的防腐保護。

3.3油氣管道內壁修復防腐

為了有效避免在油氣物質輸送時造成的管道內壁腐蝕破壞，可以利用防腐涂料涂抹、緩蝕劑防腐和復合管道防腐等辦法。緩蝕劑可以起到有效改善管道表面腐蝕，減緩表面腐蝕的速度，可以降低管道內部的腐蝕程度。采用復合管道防腐的辦法是用來對金屬材質的管道腐蝕速度進行有效的控制，經常應用的復合管道為玻璃鋼內襯復合管、雙金屬復合管和陶瓷內襯復合管等，因其具備很好的防腐蝕特性，可以在不同的油氣介質輸送條件下進行腐蝕保護。

3.4油氣管道電保護防腐

電保護主要是向管道防腐涂層施加電流，使管道金屬從陽極變為陰極，達到保護管道不受到腐蝕的效果。電保護法主要有三類，即排流保護法、犧牲陰極保護法、陰極保護法。現階段陰極保護法是極為常用的一種方法。立足于電化學腐蝕的原理，在腐蝕電池中陽極受到腐蝕而發生損壞，而陰極則完好無損，借助外加的直流電源，一般是陰極保護站產生的直流電源，致使鋼管對土壤陳勝負電位的保護法，也被叫作陰極保護法。陰極保護站直流電源的正極和接地陽極連在一起，負極和被保護的管道連在一起，外加電流從電源正極通過導線向接地陽極流入，直流電從接地陽極通過土壤向被保護的管道流入，再由管道通過導線流回負極。進而導致整個被保護的管道變成陰極，而和接地陽極變成腐蝕電池，導致接地陽極的廢舊鋼材總是受到腐蝕。當受保護的管道和其他多選金屬管道或構筑物距離較近的時候，必須將陰極保護站的雜散電流對其產生的影響考慮到，當這種影響超出規定標準的時候，就應對燃氣管道和他們共同的電保護措施考慮到。因為城市的接到或街區庭院中具有很多的地下金屬管道和構筑物，為了防止相互影響，在城市燃氣管網中很少應用電保護法，而只運用絕緣層防腐法，但在城市郊區的人氣管道或長輸管線上，經常同時運用電保護法和絕緣層防腐法，以將取長補短的防腐效果順利實現。

3.5更換油氣管道材質

油氣輸送管道可采用不銹鋼、合金材質，該種材質中的碳含量比較低，塑性變形能力不高，如果含碳量較高，那些管道焊接性就會變差。對多種影響因素進行考慮，可以利用不銹、抗腐蝕的合金材料，其中碳的含量應不高于0.15%。如果用于輸送含有二氧化碳的油氣介質，可以采用含有鉻元素的不銹鋼管道;如果含有二氧化碳和氯離子，那些管道的腐蝕問題會較為嚴重，應選用含有鉻、錳、鎳元素的不銹鋼管道。

4.結論與認識

引起油氣管道腐蝕的機理主要有化學、電化學腐蝕。對于管道的內腐蝕檢測多采用超聲波和漏磁通檢測方法，而外腐蝕檢測可以采用管內電流和管地電位進行測量的方法。針對不同的油氣管道腐蝕原因，應該采取有針對性的防腐蝕措施，可以采用陰極保護、防腐涂層和更換管道材質的方法。

參考文獻：

[1]侯鐸;油氣集輸管道的腐蝕失效與環境保護[J];石油化工腐蝕與防護;2012年01期

[2]王安泉;油田油氣集輸管道信息化管理的必要性分析[J];科技信息;2012年22期