油氣集輸管道泄漏問題與維修方法

宋永成

（中國石油天然氣股份有限公司吉林油田分公司，吉林松原 138000）

0 引言

石化企業和油田生產過程中，油氣集輸管道泄漏問題極為嚴重，不僅造成天然氣、石油等能源的浪費，而且會出現中毒、爆炸、火災等事故，嚴重危害人身安全，同時也會造成環境污染。因此，明確油氣集輸管道泄漏影響因素，及時采取油氣集輸管道防腐蝕措施，對減少油氣集輸管道泄漏問題，提高油氣集輸管道管理工作質量具有重要意義。

1 油氣集輸管道泄漏問題分析

1.1 泄漏因素

油氣集輸管道輸送流體介質通常為流動狀態，流體流動過程中會對集輸管道造成一定程度沖刷磨損，沖刷磨損嚴重時會造成油氣集輸管道出現泄漏等問題。另外，輸送物質會對管道造成應力腐蝕、電化學腐蝕、點蝕和晶間腐蝕等，使得油氣集輸管道壁厚不斷減薄，最終出現管道泄漏[1]。

油氣集輸管道主要以輸送天然氣和石油兩種物質為主，由于天然氣和石油屬于化學物質，流經管道時與管道壁發生反應，進而出現腐蝕穿孔等問題。以H2S 氣體為例，H2S 在干燥狀態下不具備腐蝕性，當其溶解于水中時H2S 呈酸性，反應方程式為：

當H2S 溶解后，其產生的HS-和S2-可以附著于油氣集輸金屬管道，并與管道吸附性離子Fe（HS-）發生反應，降低管道金屬強度，最終造成油氣集輸管道腐蝕穿孔[2]。

1.2 腐蝕種類

1.2.1 應力腐蝕

應力腐蝕是一種管道輸送物質與拉應力發生相對作用力，進而出現管道破裂或腐蝕穿孔的問題。油氣集輸管道金屬材料在不同溫度下，其體積會發生一定程度變化，或金屬管道在冷卻或升溫過程中，由于溫度不均勻而產生拉應力。應力腐蝕會降低油氣集輸管道使用壽命，如果拉應力較大則會造成管道腐蝕穿孔。

1.2.2 點蝕

點蝕是一種在油氣集輸管道表面或深入到金屬管道內部的腐蝕形態，點蝕通常深度較深，直徑較小，如果不及時修復將會進一步擴散，進而造成管道穿孔泄漏。此外，當油氣集輸管道內部氯離子較多時，金屬管道極易出現坑蝕問題，隨著坑蝕不斷擴大，最終會形成空洞，導致油氣集輸管道泄漏[3]。

1.2.3 晶間腐蝕

晶間腐蝕可以破壞油氣集輸管道晶粒間的結合，降低管道機械強度。油氣集輸管道出現晶間腐蝕后，金屬管道表面無法直觀地觀察到破壞痕跡，但金屬管道晶粒間結合力減弱，力學性能降低，在石油和天然氣輸送過程中，極易出現管道局部腐蝕穿孔問題。

1.2.4 電化學腐蝕

電化學腐蝕是電解質與金屬之間形成腐蝕原電池，當金屬電極電位總比氧氣電極電位低時，金屬離子為負極，金屬管道將會出現腐蝕現象。電化學腐蝕可以在金屬管道表面形成不同直徑的鼓包，當油氣集輸管道停止輸送天然氣或石油時，金屬表面將會出現大面積腐蝕[4]。

2 維修措施

現階段，隨著石油輸送管道數量的不斷增多，油氣集輸管道泄漏問題也越發突出，嚴重影響了石油和天然氣等能源物質傳輸的安全性。管道腐蝕穿孔是造成油氣集輸管道泄漏的原因之一。為減少油氣集輸管道腐蝕穿孔，保證油氣輸送的安全，可以采取以下措施對油氣集輸管道進行維修與保護。

2.1 添加緩蝕劑

油氣集輸管道出現腐蝕問題時，腐蝕面積和腐蝕程度會隨著時間的推移進一步擴大。為減緩腐蝕速度，可以在油氣集輸管道內部加入緩蝕劑，隔離腐蝕物質，避免與金屬管道直接接觸，進而達到減少金屬管道腐蝕問題的目的[5]。

添加緩蝕劑的保護措施操作簡單，花費成本較小，將緩蝕劑加入油氣集輸管道中，可在管道內部形成隔離保護層，減少金屬管道腐蝕問題。目前，常見腐蝕劑包括硫酸鹽、有機胺衍生物、亞胺乙酸衍生物和松香衍生物等，以上緩蝕劑可以與油氣集輸管道中的天然氣、石油和水等物質進行結合，形成致密的隔離保護層。此外，緩蝕劑可以與破乳劑、除硫劑等工具試劑共同使用，不會影響緩蝕劑隔離保護效果。

2.2 復合材料管道技術

油氣集輸管道材料以鋼鐵金屬材料為主，該類材料極易出現腐蝕、生銹等問題，導致管道使用壽命降低。為減少油氣集輸管道腐蝕穿孔問題的發生，可以采用復合材料管道技術。在原有金屬管道材料上，加入復合材料或陶瓷結構材料，使油氣集輸管道形成3 層防腐蝕結構，即內部為鋼結構金屬材料、中間為復合材料、外部為陶瓷材料。復合集輸管道材料除了具備防腐蝕作用外，還具有較好的耐高溫、高韌性、防水汽等特性，可以滿足天然氣、石油等物質的運輸[6]。

2.3 管道內涂層防腐蝕措施

除了添加緩蝕劑外，還可以采取管道涂層防腐措施，隔離油氣集輸管道內的硫化氫、二氧化碳、水和氧氣等腐蝕性物質，避免腐蝕性物質與油氣集輸管道金屬物質發生化學反應[7]。采取油氣集輸管道內涂層防腐措施之前，需要根據油氣集輸管道內部存在的硫化氫、二氧化碳、氧氣等物質含量進行檢測，根據檢測結果制定針對性的防腐蝕措施。例如，油氣集輸管道內部二氧化碳含量超過管道承受范圍時，需要采取以降低二氧化碳含量為主，硫化氫、氧氣為輔的腐蝕性氣體消除措施，進而減少腐蝕性氣體對油氣集輸管道的腐蝕作用，提高管道使用壽命。耐酸、耐堿防腐涂料可以滿足天然氣、石油不同耐堿、耐酸的要求，并且該涂料耐溫變性能較好，具有與基材料相匹配的溫度—線膨脹系數。天然氣和石油傳輸過程中，產生的熱應力和內應力對防腐蝕涂層破壞力性較小，可以承受不同傳輸條件的沖刷。此外，防腐蝕涂層使用壽命長、耐久性好，損壞的防腐蝕涂層維修方便[8]。

2.4 電鍍防腐

油氣集輸管道電鍍防腐措施包括兩種形式，一種為陰極性鍍層，即使油氣集輸管道金屬電極小于陽極性電極；另一種為陽極性鍍層，該電鍍原理與陰極性鍍層相反。電鍍防腐技術可以進一步降低管道內的電解質，使石油或天然氣始終處于陽極或陰極狀態。在該狀態下，石油中的電極離子與油氣集輸管道電鍍層發生化學反應，進一步穩定石油或天然氣的狀態[9]。

外部電鍍層防腐的目的是隔絕土壤與油氣集輸金屬管道直接接觸，防止土壤中的電解質與油氣集輸管道中的石油或天然氣發生化學反應，進而避免油氣集輸管道出現腐蝕現象。

2.5 腐蝕物質的處理

天然氣和石油中包含大量的二氧化碳、水、氧氣、雜質、金屬離子等腐蝕物質，在其運輸過程中，腐蝕物質與油氣集輸管道金屬材料發生化學反應，進而造成管道出現腐蝕穿孔等泄漏問題。為降低油氣集輸管道腐蝕穿孔等泄漏問題的發生，需要對管道內部的腐蝕物質進行清除處理。

（1）水處理。石油開采過程中無法完全去除水分，尤其是石油后期開發階段，其內部水分含量會進一步增加，石油運輸過程中，其內部的水分與其他物質發生化學反應會造成腐蝕穿孔問題。因此，在石油運輸前，需對石油中的水分進行脫水處理。常用脫水處理方法包括物理方法或化學方法，如熱化學沉降脫水法、電化學聯合脫水法、沉降脫水法等。當石油中的含水率較高時，常用兩段脫水法，首先采用化學沉降方法對石油進行初步脫水，使石油含水率降低至30%，其次采用電脫水方法再次進行脫水處理，進一步降低石油含水量[10]。

（2）二氧化碳處理。油氣集輸管道中的二氧化碳與石油中的物質發生化學反應會產生污垢或腐蝕物質，針對該問題可以采用添加阻垢劑的方式，避免腐蝕物質對管道造成腐蝕，防止穿孔問題。

（3）氧化物質處理。石油運輸過程中，其內部含有物質與空氣發生反應產生氧氣，氧氣會進一步加快腐蝕性物質之間的反應速度，進而導致油氣集輸管道腐蝕穿孔面積擴大。因此，在運輸過程中應盡量減少石油與空氣接觸，做好空氣隔離措施。

（4）二氧化硫處理。石油運輸前期無法開展原油脫硫工藝，為避免硫化氫、二氧化硫等物質對油氣集輸管道造成腐蝕，可以通過添加緩蝕劑的方法隔離硫化物與金屬管道直接接觸。

（5）細菌處理。天然氣與石油中存在的腐生菌、油硫酸鹽還原菌等，可以通過添加滅菌劑的方式，減少細菌對油氣集輸管道腐蝕危害。另外，為保證除硫劑、緩蝕劑、除鐵劑等防腐蝕藥劑功效的發揮，石油運輸速度不得超過10 m/s，避免削弱藥劑效果。

3 結束語

腐蝕穿孔問題是造成石油傳輸管道泄漏問題的重要因素之一，石油運輸過程中硫化氫、氧氣、二氧化碳等物質之間發生化學反應生成腐蝕性物質，該物質與油氣集輸金屬管道接觸會出現晶間腐蝕、點蝕、電化學腐蝕和應力腐蝕等現象，如果腐蝕問題較為嚴重，就會造成油氣集輸管道泄漏。因此，為加強對油氣集輸管道管理與維修，需要明確造成油氣集輸管道腐蝕問題的因素，并通過隔離或處理腐蝕物質、改造油氣集輸管道等方法避免腐蝕物質與油氣集輸管道直接接觸，減少油氣集輸管道出現腐蝕穿孔的風險，進而達到保護油氣集輸管道的目的。