油氣集輸管道在海洋環境中的腐蝕與防護

舒小橋

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油氣集輸管道作為海上油、氣田輸送系統中的重要組成部分，是輸送油氣最高效、便捷、安全的方式，也是目前應用最廣泛的油氣運輸手段。由于海水的腐蝕性比淡水更強，油氣集輸管道在海洋環境中更容易被損壞，油氣集輸管道的防護工作成為相關工作人員的主要工作內容之一，對我國海上油氣產業的發展具有重要意義。

1 油氣集輸管道在海洋環境中存在的腐蝕類型

1.1 內腐蝕類型

1.1.1 由溶解性酸性氣體導致的失重腐蝕

二氧化碳和硫化氫是油田開發過程中油田伴生氣的重要組成部分，會在運輸過程中和油氣一起進入集輸管道，對油氣集輸管道造成的腐蝕。二氧化碳和硫化氫氣體溶于水對鋼鐵具有極強的腐蝕性，對低碳鋼的腐蝕速度為3.5～6.5mm/ a，最高可達7.8mm/ a，二氧化碳腐蝕效果比較嚴重。二氧化碳腐蝕會導致腐蝕產物堆積在管道內壁上，使管道內壁變得更加粗糙，導致運輸過程中額外消耗很多能量。失重腐蝕會給海上油氣田產業帶來大量損失，我國東部九個油田各類管道腐蝕穿孔每年接近兩萬次，更換管道長度累計達500km，每年因腐蝕造成的經濟損失超1 億元[1]。

1.1.2 由硫化氫存在導致的腐蝕開裂

與酸性腐蝕相比，硫化氫造成的腐蝕開裂破壞力更強，是集輸管道里常見的危害。在海洋環境中，應力和海水中的特殊介質共同作用在集輸管道上導致應力脆斷，這種現象與應力的作用有關，故也稱為應力腐蝕開裂。在輸送油氣的過程中，硫化氫的含量超過管道所能承受的臨界值會導致應力腐蝕開裂。管道制造過程中，管道所具有的高應力和海水中電化學腐蝕的共同作用是集輸管道出現裂紋的主要原因，管道所具有的應力一般造成裂紋，應力和電化學腐蝕的交替作用使裂紋逐漸擴大，最后導致管道斷裂。

1.1.3 流體沖蝕

流體沖蝕是一種磨損腐蝕，指腐蝕流體高速沖擊管道表面導致金屬管道被破壞，是流體的沖擊和腐蝕共同導致的結果。流體沖蝕在石油化工行業中廣泛存在，是一種非常嚴重的局部腐蝕，暴露在流體中的設備均會遭到破壞，直接減少設備的使用壽命。流體對管道進行沖刷的過程會促進氧元素到達管道表面，使腐蝕產物和鈍化膜脫離管道表面，從而加速腐蝕。流體沖擊會給管道施加一個非常大的力，導致管道內部產生磨痕，若不及時進行修復會使新的金屬部分裸露在外，使管壁越來越薄，導致油氣集輸管道徹底毀壞。

1.2 外環境腐蝕類型

1.2.1 電偶腐蝕

海水是一種非常好的電解質，電阻極小。在海水中，電解反應產生的腐蝕效果會變得非常強。海水中金屬的電極電位不是一個恒定值，不同金屬之間的接觸會發生化學反應，加快低電位金屬的腐蝕速度，減緩高電位金屬的腐蝕速度。在海洋環境中對管道金屬進行調整可以有效降低電偶腐蝕的腐蝕速率。

1.2.2 縫隙腐蝕

管道間存在縫隙，縫隙間存在介質，金屬會與相應的介質產生反應，導致腐蝕。在全浸狀態下的縫隙腐蝕情況最嚴重，且縫隙腐蝕也會在海洋大氣中發生。

1.2.3 點蝕

海水環境中的大量氯離子會在管道金屬表面形成點蝕，造成管道被腐蝕。

2 油氣集輸管道在海洋環境中的防護措施

2.1 外腐蝕的防護措施

2.1.1 合理選材

外腐蝕可以通過合理選材進行預防，鈦及鎳鋁合金的防腐蝕性最好，在建造管道的過程中應適當加入鈦及鎳鋁合金，提升管道的防腐蝕性。

2.1.2 電化學保護法

安裝犧牲陽極可以有效防止陰極金屬被腐蝕，但是該方法只能在全浸狀態下使用。

2.1.3 涂層保護

在鋼材上涂抹保護層是有效的防腐措施之一，可以節約材料，且防護性能好。

2.2 內腐蝕的防護措施

2.2.1 使用耐腐蝕材料

使用耐腐蝕材料是提升油氣集輸管道防腐能力的有效方法。在材料選擇的過程中，應充分考慮內腐蝕類型。運輸含有硫化氫氣體的物質時，相關工作人員應當選擇采用抗酸性環境開裂材料，如馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼等材料。在選擇管道建造材料時，應充分考慮材料的經濟性，管道在設計年限內的完整性要求較低時，可以使用碳鋼制造油氣集輸管道，并在打造期間加入一些常見的防腐材料或應用一些常見的防腐措施。如果碳鋼加上相應的預防措施不能夠滿足管道的完整性要求，就應當采用滿足相應要求的耐腐蝕材料。在選擇耐腐蝕材料期間，相關工作人員充分考慮海水中的環境因素以及維修管道期間會對管道造成的影響[2]。

2.2.2 限制流體的流速

在應對流體沖蝕時，相關工作人員應適當降低管道內油氣的運輸速度，減輕流體對管道的沖擊。建設管道時，應考慮流體運輸過程中是否夾帶一些固體顆粒或流體內是否含有水，如果存在這兩種現象，需要在管道的建造中采取相應的保護措施，可以在管道內部涂上相應保護層。

2.2.3 應用緩蝕劑

使用含有表面活性劑的緩蝕劑可以有效防止集輸管道被腐蝕，經濟性較強，是長距離輸油、輸氣管道中非常有效的防腐措施。

3 結語

油氣集輸管道的防腐措施非常豐富，但是在應用過程中依舊存在很多問題，且一些防腐措施的效果仍需要時間檢驗。在開展后續工作的過程中，相關工作人員應努力提高海洋環境中的管道防腐技術，保證我國的還有油氣產業穩定發展。