油氣集輸管道內(nèi)腐蝕及內(nèi)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(shí)間后，容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。如果腐蝕過于嚴(yán)重，還會(huì)導(dǎo)致管道破裂，造成油氣泄露。除了會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失外，還有可能污染環(huán)境，甚至引發(fā)更為嚴(yán)重的安全事故。根據(jù)發(fā)生腐蝕的位置不同，可以分為管道外側(cè)腐蝕和內(nèi)側(cè)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(gè)相對(duì)漫長的過程，因此必須要在明確腐蝕原因的基礎(chǔ)上，采取針對(duì)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(guān)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(jī)理

1、外部腐蝕

對(duì)于直接暴露于野外環(huán)境的管道，比較容易受到機(jī)械損害，或是風(fēng)吹日曬導(dǎo)致原來管道外側(cè)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(huì)出現(xiàn)銹蝕情況;對(duì)于埋藏于地下的管道，由于長期與土壤接觸，當(dāng)土壤含水量升高到一定程度后，會(huì)成為導(dǎo)體，金屬管道、土壤之間發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

2、內(nèi)部腐蝕

在油氣集輸過程中，同時(shí)存在H2S，SO2，CO2，O2等氣體及氣田鹵水等，而它們會(huì)和管路內(nèi)側(cè)面形成復(fù)雜的作用，進(jìn)而導(dǎo)致油氣集輸管路內(nèi)側(cè)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(yīng)使金屬管路中的鐵發(fā)生離子化且產(chǎn)生氫氣進(jìn)而發(fā)生氫脆，當(dāng)有氧氣存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生金屬硫化物。硫化氫不只是可以導(dǎo)致化學(xué)性的侵害，其侵蝕的產(chǎn)生物硫酸可以繼續(xù)反應(yīng)導(dǎo)致電化學(xué)的侵害。因此隨著管道使用時(shí)間的延長，內(nèi)壁腐蝕速率也會(huì)由慢到快，如果未能及時(shí)采取防治措施，管道的使用壽命會(huì)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(shù)性質(zhì)相對(duì)活潑的金屬都可以發(fā)生反應(yīng)。另外，HCO3-本身具有較強(qiáng)的還原性，可以將水分子中的H+還原，最終產(chǎn)物是氫氣。由于油氣集輸管道的密封性，內(nèi)部氫氣越積越多，壓力強(qiáng)度可以達(dá)到幾百兆帕，管道已經(jīng)有嚴(yán)重銹蝕的部位將會(huì)因?yàn)槌袎耗芰ο陆刀_裂。

（3）流體沖蝕

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

（4）雜散電流腐蝕

近年來地下管網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、規(guī)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(jīng)常會(huì)選擇外加電流的陰極保護(hù)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(qiáng)度較大，危害嚴(yán)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(gè)月左右就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕甚至是穿孔。除了危害嚴(yán)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(fā)展，涂層的類型也發(fā)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(diǎn)比較明顯，環(huán)境適應(yīng)能力差，與管道貼合度不高，使用一段時(shí)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(xiàn)階段仍然廣泛使用的一種防腐工藝。環(huán)氧粉末涂層是近年來新出現(xiàn)的一種工藝，涂層更加致密、粘結(jié)性更好，且具有無毒、環(huán)保的特點(diǎn)，符合當(dāng)前提倡的綠色工藝。使用環(huán)氧粉末時(shí)，必須對(duì)管材進(jìn)行除銹、除油，保證噴涂面的干凈。同時(shí)還要進(jìn)行磷化處理，提高材料的附著性。使用三椰環(huán)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(shù)限制，成本相對(duì)較高。

2、采取陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù)是應(yīng)對(duì)電化學(xué)腐蝕的一種有效措施，根據(jù)保護(hù)機(jī)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(cè)，每隔一段距離加上一塊化學(xué)性質(zhì)更加活潑的金屬。例如鐵質(zhì)管道上，增加鋅塊。這樣當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，就會(huì)首先消耗鋅塊，從而達(dá)到保護(hù)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(dá)到保護(hù)效果。

三、油氣集輸管道的內(nèi)部防腐措施

1、加入緩蝕劑

緩蝕劑是近年來發(fā)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(jù)其化學(xué)組分的部分，可以分為無機(jī)緩蝕劑，包括硅酸鹽類、亞硝酸鹽類;有機(jī)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(yīng)用效果上來看，緩蝕劑具有用量少但效果顯著的特點(diǎn)，相比于其他幾種主流的管道內(nèi)部防腐措施，具有操作方便且成本較低、見效較快的優(yōu)勢，隨著研究的日益成熟和種類的不斷增加，使用緩蝕劑進(jìn)行油氣集輸管道防腐逐漸成為未來趨勢。在選用緩蝕劑時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮適用的被保護(hù)金屬種類、本身是否存在毒性等。另外，大量的實(shí)踐也證明，同一種類型、同樣用量的緩蝕劑，也會(huì)因?yàn)闇囟?、流速等變量的影響，?dǎo)致緩蝕效果表現(xiàn)出很大的不同。油氣公司還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)選用，才能將緩蝕劑的效果最大化的發(fā)揮出來。

2、內(nèi)壁防腐涂層

在油氣集輸管道制造過程中，在管道內(nèi)壁上增加防腐涂層，將金屬管材與外界隔絕開來，從而達(dá)到防腐的目的。涂層除了防腐功能外，還有一項(xiàng)特殊的作用，即增加管道內(nèi)壁的光滑度。由于管道內(nèi)油氣高速流動(dòng)時(shí)，會(huì)與管道內(nèi)壁產(chǎn)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(huì)增加安全隱患。防腐涂層讓管道內(nèi)壁更佳光滑，極大的減輕了摩擦，既可以降低油氣集輸?shù)某杀?，又可以保證運(yùn)輸安全。管道內(nèi)部的噴涂要注意：提前預(yù)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(jìn)行管道內(nèi)雜質(zhì)清理，進(jìn)行噴涂;最后進(jìn)行涂層質(zhì)量檢測，如果有涂層偏薄，或是未噴涂完全的，重新補(bǔ)涂。

HCC內(nèi)襯防腐技術(shù)也是一種實(shí)用性較強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性較好的油氣集輸管道內(nèi)部防腐措施。結(jié)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(qiáng)復(fù)合內(nèi)襯防腐材料具有附著能力強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)、抗腐蝕效果好等特點(diǎn)，一次使用可以讓管道防腐效果保持5年左右。

3、雙金屬復(fù)合管技術(shù)

應(yīng)用雙金屬復(fù)合管技術(shù)措施，達(dá)到防腐絕緣的效果。玻璃鋼內(nèi)襯和陶瓷內(nèi)襯的復(fù)合管技術(shù)，達(dá)到最佳的防腐效果。復(fù)合管的防腐效果比較突出，同時(shí)能夠防止結(jié)垢的現(xiàn)象出現(xiàn)，缺陷就是復(fù)合管的生產(chǎn)加工費(fèi)用偏高，導(dǎo)致油氣集輸?shù)某杀驹黾?，需要慎重選擇。復(fù)合管防腐效果好，對(duì)鋪設(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，而影響到防腐效果。

四、結(jié)語

隨著油氣集輸管道覆蓋規(guī)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(duì)管道內(nèi)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(xiàn)階段可供選擇的防腐技術(shù)有多種，例如使用緩蝕劑進(jìn)行內(nèi)壁防腐，采用犧牲陽極的陰極保護(hù)措施等。只有科學(xué)選擇防腐措施，才能在保證防腐效果的基礎(chǔ)上降低成本。

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