油氣集輸管道內腐蝕及內防腐措施

劉鵬杰 龐倩

摘要：油氣集輸管道在投入使用一段時間后，容易發生腐蝕現象。如果腐蝕過于嚴重，還會導致管道破裂，造成油氣泄露。除了會造成經濟損失外，還有可能污染環境，甚至引發更為嚴重的安全事故。根據發生腐蝕的位置不同，可以分為管道外側腐蝕和內側腐蝕兩種，其原因存在較大差異。由于油氣集輸管道腐蝕是一個相對漫長的過程，因此必須要在明確腐蝕原因的基礎上，采取針對性的防腐措施，延長管道使用壽命，保證油氣集輸安全，滿足各地用油、用氣需求。

關鍵詞：油氣集輸管道;硫化氫腐蝕;緩蝕劑;防腐涂層

一、油氣集輸管道腐蝕機理

1、外部腐蝕

對于直接暴露于野外環境的管道，比較容易受到機械損害，或是風吹日曬導致原來管道外側的防腐涂層老化、剝落，在空氣濕度較大或是淋雨之后，裸露的金屬材料會出現銹蝕情況;對于埋藏于地下的管道，由于長期與土壤接觸，當土壤含水量升高到一定程度后，會成為導體，金屬管道、土壤之間發生電化學腐蝕。

2、內部腐蝕

在油氣集輸過程中，同時存在H2S，SO2，CO2，O2等氣體及氣田鹵水等，而它們會和管路內側面形成復雜的作用，進而導致油氣集輸管路內側面被侵蝕。

（1）硫化氫腐蝕

硫化氫遇到水很容易分解從而形成電離反應使金屬管路中的鐵發生離子化且產生氫氣進而發生氫脆，當有氧氣存在時，會產生金屬硫化物。硫化氫不只是可以導致化學性的侵害，其侵蝕的產生物硫酸可以繼續反應導致電化學的侵害。因此隨著管道使用時間的延長，內壁腐蝕速率也會由慢到快，如果未能及時采取防治措施，管道的使用壽命會極大的縮短。

（2）二氧化碳腐蝕

二氧化碳可以按照1：1的比例與水溶解。油氣中含有的部分二氧化碳，溶于水后，形成弱酸性的HCO3-離子，可以與大多數性質相對活潑的金屬都可以發生反應。另外，HCO3-本身具有較強的還原性，可以將水分子中的H+還原，最終產物是氫氣。由于油氣集輸管道的密封性，內部氫氣越積越多，壓力強度可以達到幾百兆帕，管道已經有嚴重銹蝕的部位將會因為承壓能力下降而開裂。

（3）流體沖蝕

油氣集輸管道在運行時具有高壓強、高流速的特點。液體和氣體在高速運動時與管道內壁產生摩擦。特別是液體中包含的一些沙粒，以及管道內壁腐蝕后脫落的一些鐵銹等，都會裹挾在石油中磨蝕管道內壁上的防腐涂層。管道失去了防腐涂層后，腐蝕速率會極大的加快，也是油氣集輸管道防腐工作中必須要關注的一類問題。

（4）雜散電流腐蝕

近年來地下管網系統的結構更加復雜、規模更加龐大。除了油氣集輸管道外，像地下電纜、給水管道等，經常會選擇外加電流的陰極保護措施。這些外加電流受到電場干擾，形成了雜散電流。雜散電流的強度較大，危害嚴重。正常條件下壁厚為5mm的鋼管，受到雜散電流的腐蝕，只需要3個月左右就會出現嚴重腐蝕甚至是穿孔。除了危害嚴重外，雜散電流的分布十分廣泛，這也給油氣集輸管道的防腐工作開展增加了難度。

二、油氣集輸管道的外部防腐措施

1、管道外部增加防腐涂層

在管道外表面上噴涂防腐層是一種最簡單也比較有效的防腐措施。隨著噴涂工藝和防腐材料的發展，涂層的類型也發生了較大的變化。早期的涂層主要以瀝青、煤焦油為主，但是其缺點比較明顯，環境適應能力差，與管道貼合度不高，使用一段時間后容易脫落等。隨后逐漸被金屬鍍層代替，使用鎳鉻等不活潑金屬，采用電鍍工藝或噴涂工藝，是一種更低成本、更有成效的防腐措施，也是現階段仍然廣泛使用的一種防腐工藝。環氧粉末涂層是近年來新出現的一種工藝，涂層更加致密、粘結性更好，且具有無毒、環保的特點，符合當前提倡的綠色工藝。使用環氧粉末時，必須對管材進行除銹、除油，保證噴涂面的干凈。同時還要進行磷化處理，提高材料的附著性。使用三椰環氧粉末浸塑專用磷化液，可以提高磷化速度與磷化效果。但是受到技術限制，成本相對較高。

2、采取陰極保護技術

陰極保護是應對電化學腐蝕的一種有效措施，根據保護機理的不同，可以分為兩種形式：其一是在油氣集輸管道的外側，每隔一段距離加上一塊化學性質更加活潑的金屬。例如鐵質管道上，增加鋅塊。這樣當發生電化學腐蝕時，就會首先消耗鋅塊，從而達到保護管道避免腐蝕的目的。其二是采用外接電源的方式，迫使電子從外界（如土壤）流向管道，人為提升管道的電位，達到保護效果。

三、油氣集輸管道的內部防腐措施

1、加入緩蝕劑

緩蝕劑是近年來發展速度較快的一種管道防腐措施，目前市面上常用的緩蝕劑類型也在不斷增加，例如根據其化學組分的部分，可以分為無機緩蝕劑，包括硅酸鹽類、亞硝酸鹽類;有機緩蝕劑，包括膦羧酸類、苯并三唑類;聚合物緩蝕劑，包括聚乙烯類等等。從應用效果上來看，緩蝕劑具有用量少但效果顯著的特點，相比于其他幾種主流的管道內部防腐措施，具有操作方便且成本較低、見效較快的優勢，隨著研究的日益成熟和種類的不斷增加，使用緩蝕劑進行油氣集輸管道防腐逐漸成為未來趨勢。在選用緩蝕劑時，應重點考慮適用的被保護金屬種類、本身是否存在毒性等。另外，大量的實踐也證明，同一種類型、同樣用量的緩蝕劑，也會因為溫度、流速等變量的影響，導致緩蝕效果表現出很大的不同。油氣公司還需要根據實際情況進行科學選用，才能將緩蝕劑的效果最大化的發揮出來。

2、內壁防腐涂層

在油氣集輸管道制造過程中，在管道內壁上增加防腐涂層，將金屬管材與外界隔絕開來，從而達到防腐的目的。涂層除了防腐功能外，還有一項特殊的作用，即增加管道內壁的光滑度。由于管道內油氣高速流動時，會與管道內壁產生摩擦力。如果摩擦力過大，不僅需要提供更大的壓力，而且還會增加安全隱患。防腐涂層讓管道內壁更佳光滑，極大的減輕了摩擦，既可以降低油氣集輸的成本，又可以保證運輸安全。管道內部的噴涂要注意：提前預熱，并噴砂除銹，保證涂層與管道緊密貼合;然后使用空氣槍進行管道內雜質清理，進行噴涂;最后進行涂層質量檢測，如果有涂層偏薄，或是未噴涂完全的，重新補涂。

HCC內襯防腐技術也是一種實用性較強、經濟性較好的油氣集輸管道內部防腐措施。結合上文分析可知石油本身含有一定的硫化物，如硫化氫、二氧化硫等，是造成酸化腐蝕的重要因素。而HCC纖維增強復合內襯防腐材料具有附著能力強、力學性能優、抗腐蝕效果好等特點，一次使用可以讓管道防腐效果保持5年左右。

3、雙金屬復合管技術

應用雙金屬復合管技術措施，達到防腐絕緣的效果。玻璃鋼內襯和陶瓷內襯的復合管技術，達到最佳的防腐效果。復合管的防腐效果比較突出，同時能夠防止結垢的現象出現，缺陷就是復合管的生產加工費用偏高，導致油氣集輸的成本增加，需要慎重選擇。復合管防腐效果好，對鋪設工藝具有特殊的要求，否則很容易破壞玻璃鋼或者陶瓷的內部結構，而影響到防腐效果。

四、結語

隨著油氣集輸管道覆蓋規模的增加，管道腐蝕帶來的損失和危害也引起了高度重視。針對管道內壁腐蝕和外部腐蝕，由于腐蝕原因不同，采取的防腐措施也有差異。現階段可供選擇的防腐技術有多種，例如使用緩蝕劑進行內壁防腐，采用犧牲陽極的陰極保護措施等。只有科學選擇防腐措施，才能在保證防腐效果的基礎上降低成本。

參考文獻：

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