油氣集輸管線防腐蝕技術研究與應用

李崇娟

（大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

管線的輸送方式有著諸多優點，因而輸送的媒介也日益多樣化，管網規模也不斷增大，因腐蝕導致的泄漏事件也屢見不鮮。在石油和天然氣的輸送過程中，由于存在大量的內部腐蝕現象，會導致損失大量的經濟利益和石油輸送的效益。在此背景下，國內外對石油天然氣集輸管線的內壁腐蝕技術進行了深入探討。

1 油氣管線運輸概述

石油天然氣的收集管道大致可劃分為原油輸送管道和成品管道兩大類。由于經濟發展的需求，到2015 年國內石油和石油輸送管線都由石油輸送和燃氣輸送兩部分組成。目前，全國已形成了貫通東西、南、北的天然氣管線輸送網。從某種程度上講，石油天然氣的集輸管道的安全性問題已經引起了有關部門的高度關注。

根據美國有關資料，石油天然氣集輸管失效的主要因素有集輸管內部腐蝕、集輸管材料和焊接接頭失效、設備故障等，占到故障原因的25%，而管線的侵蝕則有18%。隨著中國天然氣集輸管線新架設，管線的失效效率低于美國，但是管線的侵蝕狀況依然不容樂觀。

在油氣集輸管道中輸送的媒質具有相當高的溫度，而在集輸管道中輸送的物料通常是氣、水、烴類和固體。由于我國石油天然氣集輸管道在高溫、高壓、輸送介質的情況下，集輸管道內部的溫差也很大，從而使集輸管道的內部防腐性能惡化。

由于集輸管道輸送的媒質中含有含水、H2S（硫化氫）、CO2（二氧化碳）等物質，加之長期服役的集輸管道的防腐涂層品質較低，有的還未進行陰極防護。在高溫度、高壓力的輸送條件下，由于天然氣集輸管道的穿孔速率過大，往往會導致輸送媒介的泄漏。

2 油氣管線運輸腐蝕機理

由于石油和天然氣中含有H2S、CO2、凝析油、地層水等，這些氣體會侵蝕管道，從而引起天然氣的泄漏即石油和天然氣的泄漏。此外，由于各區域的特點存在差異性，所含的各種雜質在各方面都會產生不同程度的侵蝕，這就需要有關部門對其進行針對性的防腐處理。通常情況下石油和天然氣是多相流動的混合體，在輸送過程中，更有可能導致管道的破壞，從而加重了管道的侵蝕。為了確保石油天然氣的安全和穩定，石油天然氣的鋪設、安裝和維護是石油天然氣的關鍵。

由于土壤的酸堿性、含水量、氯離子含量等因素的不同，會使輸送管道產生離子偏差，進而引起電化學的問題。由于管線中存在大量的石油和天然氣，所以為了保持管道內部的平滑，可以對其進行表面的涂層，但是由于石油和天然氣的侵蝕或管線的外部零件損壞，導致涂層脫落，從而導致防腐的效果受到一定限制。

管道內部結構比較復雜，其主體材料為金屬材料，輔以非金屬材料，由管子制造人員焊接、加固，形成一個嚴密的結構。然而，由于工藝方面的問題或施工人員的疏忽，會導致氣孔、螺母緊壓面、法蘭連接面等部位出現裂縫，而且在不同的土壤環境中，SRB（Sulfate-Reducing Bacteria，硫酸鹽還原菌）會吸收或電化學侵蝕，從而導致裂縫部位受到侵蝕，從而導致管線的銹蝕。

在石油和天然氣的運輸中，由于受到腐蝕介質和拉應力等多種因素的作用，從而引起管線的腐蝕和斷裂。

3 油氣集輸管線腐蝕檢測技術的應用

在鋼管外部的腐蝕監測中，應用較為廣泛的方法有皮爾遜法、多頻管電流法、直流梯度法、頻率變換法、頻率選取法等。

首先，在對某一管道進行檢驗前，應充分了解有關管線的運行狀態和性能特點，同時應重視各種技術的優點和缺點，以便制訂更加科學、合理的腐蝕試驗計劃。外防腐檢測的過程分為預評價、間接檢測、直接檢測和全面評價四大部分。目前皮爾遜技術是常用的一種檢測技術，它可以對管線表面的各種缺陷進行準確定位，優點是探測速度快，但是抗干擾能力差，而且缺乏一個清晰、切實可行的規范。

多頻率管線采用的是電流法進行石油天然氣管線的遠距離檢測，當管線所處地域地勢較為復雜的情況下，檢測機構常選用這種方式，能較為準確、及時地發現泄漏較為頻繁的區域。

針對油氣管線的特點，應采用科學的內壁腐蝕探測技術，對其進行內壁的探測。例如，導式超聲探測技術可以更快速、準確地探測到更遠處的管線，但是超聲探測中的回聲有一定死角，會對探測精度產生不利的影響。利用X 線數碼影像技術對管線內部進行探傷，通常可以取得很高的檢出率，從而得到有關管線的詳細資料，但是它對管線尺寸要求高，而且如果離得過長則很難準確定位出有腐蝕的部位。另外，通過超聲掃描，可以精確地探測到最小的管壁厚度，從而判斷出特定的腐蝕區域和深度。

4 油氣集輸管道內防腐技術

4.1 耐腐蝕材料的使用

石油天然氣集輸管道中常用的抗腐蝕性介質主要有兩種，分別為抗腐蝕性的金屬和抗腐蝕性的非金屬。

（1）抗腐蝕性的金屬。以往使用的是碳鋼和低合金鋼等抗腐蝕性的金屬。但是，由于集輸管道內部的環境日益惡劣，常規的抗腐蝕性材料已無法適應其對管道的抗腐蝕性要求。所以，在集輸管道材料中，應選用高防腐的材料，目前常用的是316L 不銹鋼和2205 型不銹鋼。這種金屬材料的主要特征是抗腐蝕、機械性能、加工性能和焊接性能良好，利用這種材料制作石油天然氣的集輸管道可以從根本上解決管道的腐蝕問題，為管道的安全提供保障。但是，用耐蝕性的金屬制造石油和天然氣的集輸管道也有許多不足之處，如耐熱金屬的造價偏高且投入較大。

（2）抗腐蝕性的非金屬材料。在石油天然氣管道中使用最多的是聚合物，產品有玻璃管、合金管、復合管、鋼結構管等。不同的非金屬材料都有其優點和不足之處，如FRP（Fiber Reinforced Polymer/Plastics，纖維增強復合材料）和塑料制管材，適用于含CO2和H2S 的腐蝕性氣體環境。采用非金屬材料制成的集輸管道，其內部表面平滑，輸送氣體時阻力較低，集輸管道內部也不容易產生污物。在實際應用過程中，非金屬材料具有很好的耐腐蝕性，但是由于管線接頭容易發生斷裂、泄漏和高溫等原因，造成集輸管線的收縮和變形。

4.2 內層鍍鋅工藝

（1）采用內部涂層技術。采用內部涂層技術可有效地處理集輸管道的內部腐蝕問題。常見的涂料類型有聚乙烯、富鋅、環氧樹脂等，這些涂料的機械和耐化學腐蝕特性良好，采用內涂法可以使集輸管道表面平滑，減少輸送時的阻力。為增強內部涂料的抗腐蝕性能，美國采用了各種不同的混合料。

（2）內襯工藝。為了減少集輸管道的安裝費用，通常采取混凝土內襯、塑料、橡膠和陶瓷襯里等方法。例如，普通的混凝土沙漿，采用不同的施工方法，將混合好的混凝土漿料一次一次地涂抹于集輸管道中，并進行后期的維護，從而在集輸管道內部形成一層高強度的內覆層。通過采用膠粘劑涂料，將輸送媒介與集輸管道分離開來，可以防止管道的腐蝕。但在實踐中，由于其活性組份經常與輸送媒介產生化學作用，造成其內部的受力增大，且隨著壽命的延長，其外殼很易龜裂脫落，影響其保護效果。在實際的集輸管道中，還使用到陶瓷內襯。它是采用高溫合成工藝，將陶瓷與集輸管道的內壁緊密結合，耐磨特性更好。

4.3 化學滅菌技術

在集輸管道的敷設中，通常會在集輸管道中添加緩蝕劑，以降低對金屬和合金的腐蝕，從而提高集輸管道的壽命。在實際使用中，依據輸送的媒介種類經反復的篩選，最終選定具有良好的防腐蝕性能和經濟性的實用性能。

國內目前石油天然氣集輸管道中普遍采用的是咪唑啉、有機胺等化學腐蝕試劑，具有用量少、操作簡單、見效快等優點。由于化學腐蝕工藝不需專門的機械，所以在集輸管道的施工中大量應用。

5 油氣輸送管道的有效防腐措施

5.1 管線的壓力計算

在石油天然氣管線的布置方案中，應綜合考慮當地地形地貌、河流分布、氣候、線路布置、線路布置等因素，并充分搜集有關數據，對管線的布置進行科學的設計，以保證管線與這些因素之間的相互獨立。其次，要嚴格控制管材的材料，員工要合理選用管材。為要解決管路自身的問題，必須對各種管徑的管子進行內部試驗，確定管子的轉點架空和法蘭盤連接狀態，從而消除應力，防止設計不當造成的損傷。

5.2 外防腐復合涂料

在石油和天然氣的收集和安裝完成后，要對管線表面進行科學的油漆和防腐蝕處理，并在表面噴涂防銹漆和磁粉涂料。而項目本身也是完成了，所以在涂上了防銹涂料，然后用聚乙烯膠將其包裹起來，避免了電化學的侵蝕，然后在上面涂上了一種石油瀝青，這樣就可以降低SRB 菌和其他生物對人體的危害。

5.3 增補阻垢物

對于內部防銹，可以安裝時在鋼管涂上一層涂層，但由于石油和管道表面的機械損傷，涂層容易掉落，所以要確保定期清洗、定期添加緩蝕液，使鋼管的耐蝕性得到最大限度的改善。但是，由于緩蝕材料的使用成本很高，因此需要將其與管道清管以及其他養護方法相配合使用，從而達到更好的經濟效益。

5.4 陽極法

為了解決區域內的電化學侵蝕問題，必須設置相應的保護站點和保護樁，特別是在江河或電氣化鐵道跨線時，要特別注意防止電化學侵蝕。目前，在管線防腐蝕中采用大量的陰極防護技術，它的效果好、經濟性好、維護方便，并且易與其他防腐蝕方法結合應用。

6 結束語

在石油天然氣管道中，應著重研究石油天然氣管道的腐蝕監測技術和防腐蝕對策。通過加強管道應力計算、復合涂層外防腐、適當添加緩蝕劑、采用陰極防護等方法來保證管道防腐，從而保證管道的防腐能力和管道安全。