酸性介質(zhì)設(shè)備管線防腐

張德新

[摘 要]酸性介質(zhì)設(shè)備管線腐蝕問題的存在使得大量的管道、構(gòu)件以及閥門等損壞和報廢，不但增加了運輸成本，同時也增加了運輸安全隱患。本文分析了酸性介質(zhì)設(shè)備管線腐蝕的原因，并提出了幾點有效的防腐措施。

[關(guān)鍵詞]酸性介質(zhì)；管線；防腐

中圖分類號：TG457.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）31-0019-01

一、酸性介質(zhì)設(shè)備管線腐蝕的原因

油氣管線的管內(nèi)含有油、氣、水等介質(zhì)，介質(zhì)中的水在管道內(nèi)壁生成一層親水膜并形成原電池而發(fā)生電化學腐蝕，還有其他有害物質(zhì)直接與金屬作用引起化學腐蝕。管道內(nèi)壁一般同時存在著上述兩種腐蝕過程。特別是在管道彎頭、低洼積水處、氣液交界面等處，電化學腐蝕異常強烈，造成管壁大面積腐蝕減薄或形成一系列腐蝕深坑及溝槽。

（一）輸油管線腐蝕

（1）原油中的水分

原油煉制之前，都會對其進行脫水處理，特別是原油中混入的水量過多時，很難除凈。水本身并不會對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，但石油中有很多其他的腐蝕性物質(zhì)是以水為溶劑的，通過在水中溶解，對設(shè)備造成腐蝕。

（2）原油中的鹽類

剛開采出來的原油是一種成分很復雜的混合物，內(nèi)部含有氯化鎂、硫酸鈉等鹽類，盡管會進行脫鹽處理，但是和脫水一樣，畢竟無法完全消除，這些鹽類本身并無腐蝕性，屬中性鹽，在水，高溫，高壓等條件下發(fā)生水解反應(yīng)生成酸性氧化物腐蝕設(shè)備

（二）燃氣管線腐蝕

在天然氣關(guān)系案中無論是CO2還是H2S，他們能夠發(fā)生腐蝕的前提都是在有水存在的情況下，否則他們的腐蝕作用都很微弱。在有水的情況下，無色無味的CO2和水發(fā)生反應(yīng)，生成了碳酸，碳酸經(jīng)過兩次電離。電離出的碳酸根能夠和管道材質(zhì)中的鐵離子發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鐵，產(chǎn)生了腐蝕；H2S是一種淡黃色、有臭雞蛋氣味的有毒氣體，它在有水的情況下，顯弱酸性，具有腐蝕性，H2S經(jīng)過兩次電離產(chǎn)生的S2-與鐵離子發(fā)生電化學反應(yīng)生產(chǎn)FeS沉淀，腐蝕管道和設(shè)備。

二、酸性介質(zhì)設(shè)備管線防腐措施

（一）材料選擇

合理選材是一種復雜的技術(shù)，它既要考慮工藝條件及生產(chǎn)中可能發(fā)生的變化，又要考慮材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其使用中可能出現(xiàn)的變化。

為防止硫化氫應(yīng)力腐蝕，標準推薦在酸性介質(zhì)中，管道的硬度極限為248HV500或者22HRC，同時控制好材料的碳當量、硬度、S和P的含量及純凈度等技術(shù)要求，對于提高材料的抗HIC、SSC性能有一定的作用。

針對高酸性氣田集輸系統(tǒng)，國內(nèi)尚無完整的材料選擇標準，主要管道的材料選擇依據(jù)美國腐蝕工程師協(xié)會NACE MR0175/IS015156標準，選用合適的抗硫碳鋼材料。鎳基合金管材、A333抗運行。硫碳鋼材質(zhì)、L360CS、G3等材料在酸性氣田集輸工程中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)不同部位介質(zhì)參數(shù)選則不同的管材。在充分考慮經(jīng)濟性的同時，要滿足天然氣輸送鋼管選材中的強度、韌性、可焊性，尤其是針對含硫天然氣輸送管道可能出現(xiàn)的金屬失重腐蝕、氫致開裂（HIC）和硫化物應(yīng)力開裂（SSC）耐蝕性要求。

（二）管線工藝改進

控制管道內(nèi)腐蝕最常用的方法是用有機、油溶性緩蝕劑。一般的，這些緩蝕劑為具極性的碳氫化合物，容易在管內(nèi)壁形成保護膜。緩蝕劑的選擇需要緩蝕劑廠家根據(jù)油品的性質(zhì)進行選擇。流速較低時，不足以使鐵垢、贓物、雜質(zhì)等保留在油品中，容易在管道低洼處沉積，加之水的存在，就會形成局部腐蝕電池，引起并加速腐蝕。油流的速度越快，其對積水的攜帶能力越強；油品流速越快，水膜的厚度減小也越明顯，因此建議適當增大管輸介質(zhì)的流速。流速范圍的下限值應(yīng)使腐蝕性雜質(zhì)懸浮在管輸介質(zhì)中，使管道內(nèi)積存的腐蝕性雜質(zhì)降至最少。由于在管段的內(nèi)部腐蝕已經(jīng)發(fā)生，夏季溫度高時死油段受熱膨脹容易引起壓力升高，導致腐蝕加劇。建議適當降低運行壓力，避免憋壓、減緩腐蝕速度，從而使構(gòu)件的服役壽命增加。

（三）優(yōu)化介質(zhì)

1、提純天然氣成分，減少水分含量

由腐蝕原理知道，管道腐蝕發(fā)生的一個必要條件是有水的存在，因此可對天然氣進行干燥脫水，從源頭杜絕腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。原料氣首先在分離器中分離出游離的水，經(jīng)計量后通過壓空閥進入原料器壓縮機吸入分離器，再次進一步進行水分分離后，進入原料器壓縮機一段。原料氣被原料氣壓縮機一段壓縮后，空氣冷卻器中進行冷卻，分離器中分離出冷凝液后進入壓縮機二段壓縮。從壓縮機二段出來的原料氣進入二段空氣冷卻器冷卻。冷卻后的原料氣，一部分進入洗滌塔再到洗滌塔冷凝器，原料氣在略高于水化物的溫度下被冷降溫；另一部分重組分級水被冷凝，冷凝液在洗滌塔收集器中與原料氣分離，分離出來的氣體進入分子篩干燥器脫水，脫水后的原料氣進入壓縮機三段。經(jīng)過洗滌塔和塔頂收集器中分離出的液體，進入三相分離器進行油、氣、水分離，分離出的氣體返回到壓縮機吸入分離器，輕烴由輕烴泵打回洗滌塔中作為塔頂回流，水依靠壓力輸送到含油污水罐，進而對天然氣完成了三次油水分離及干燥處理，試驗證明，經(jīng)過分離干燥后的天然氣與未處理的天然氣比較，腐蝕發(fā)生率降低了40%，這也使天然氣的脫水干燥成為最基本的防腐措施。

2、改善油品性質(zhì)

進口原油中的腐蝕介質(zhì)主要有鹽、硫、氮、酸值及水等。一般情況下，含硫原油及高含硫原油的腐蝕性普遍高于一般的低硫原油，故應(yīng)進行脫硫處理。因此，對于還未進入收油首站的油品，應(yīng)首先取樣分析判斷輸油站場輸送的進口原油的油品性質(zhì)，如果分析后證明進口原油與腐蝕性相關(guān)的參數(shù)含量超標，應(yīng)該對油品進行處理，如脫鹽處理、脫水處理、脫氮處理及脫硫處理等。

（四）防腐涂層

1、鍍層與涂層

鋼鐵的鍍層是利用電鍍、噴鍍、熱度等技術(shù)在鋼鐵的表面鍍一層金屬而形成的。鍍層分為陽極鍍層和陰極鍍層兩種，鍍層電位比基層金屬的電位更負，屬于陽極鍍層，主要原理是犧牲陽極的陰極保護法。這種發(fā)法對金屬表面不光滑的金屬特別適用。另一種鍍層電位比被鍍層電位高的屬于陰性鍍層。這種鍍層對被鍍金屬的要求較高，需要其完整，不然容易加快金屬的腐蝕。

2、防腐絕緣保護層

將防腐蝕涂料均勻的涂于金屬管道外表面，隔絕腐蝕電池的電路，以保護管道的腐蝕。這種方法一般用于大型埋地管道（輸油管道、輸氣管道、鋼管外壁等）

3、管道內(nèi)涂層

由于輸油管道的內(nèi)壁腐蝕也是不容忽視的，因此在其內(nèi)壁涂層是一種有效的方法。內(nèi)壁涂層常用的涂料有：環(huán)氧樹脂防腐漆、分權(quán)改性的環(huán)氧樹脂漆、聚氨基甲酸酯防腐漆、環(huán)氧聚氨酯漆等。在這些防腐漆中一般還添加有特殊填料。

（五）陰極保護

為了實現(xiàn)陰極保護，我們可以采用外加電流和犧牲陽極等兩種方法來實現(xiàn)目的。

1、外加電流法陰極保護

外加電流陰極保護的方法是通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電流從土壤中流向被保護金屬，使被保護金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境來實現(xiàn)的。外加電流陰極保護的原理，外加電流陰極保護主要應(yīng)用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，例如：長輸埋地管道，大型罐群等。

2、犧牲陽極的陰極保護

該方法是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下。目前，電化學保護發(fā)出應(yīng)用除海水或河道中鋼鐵設(shè)備的保護外，還應(yīng)用于防止電纜、石油管道、地下設(shè)備和化工設(shè)備等的腐蝕。犧牲陽極埋設(shè)有立式和臥式兩種，埋設(shè)位置分軸向和徑向，其在管道的分布宜采用單支或集中成組兩種方式。陽極與管道的距離，一般情況下陽極埋設(shè)位置應(yīng)距管道3～5m，最小不宜小于0.3m，成組埋設(shè)時，陽極間距以2～3m為宜。

參考文獻

[1]陳鐵，馬伯泉，白偉，周莉.吳起油田管線防腐治理可行性方案探討[J].化工管理，2014年20期.

[2]張紹帥.油田集輸管線防腐技術(shù)探析[J].中國化工貿(mào)易，2014年14期.