输油管道腐蚀因素分析与防护措施
2023-09-19 14:27:57
作者：邵婷，王芳静 来源： 腐蚀与防护
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输油管道是保障石油和天然气正常运输的主要通道，由于钢质管道的腐蚀，易引起消费企业停工停产，影响居民生活供气、供采暖等。埋地输油管道的泄漏，除损失大量有用物质外又会形成严重的环境污染，以至引起火灾、爆炸等灾难性事故。鉴于金属腐蚀的普遍存在，为了避免或减缓金属腐蚀的发生，各种金属防腐蚀技术和工艺应运而生。为应对输油管道腐蚀的危害性，油田引进推广金属防腐蚀新工艺、新资料、新设备，加药改变水质和改变输油工艺，从而延长管道设备运用寿命，节省资金，保证安全生产。由于腐蚀的复杂性和多变性，任何防腐蚀技术都不是万能的，腐蚀是绝对的，防腐是相对的，所以我们需要更全面深入地了解腐蚀的环境特点，并通过合理的选材和设计预防腐蚀，同时采取适宜的技术与措施来控制腐蚀，这样才能将石油管道的腐蚀损失降到最低程度。 腐蚀是金属和周围的环境因化学或电化学反应而导致的破坏性侵蚀。狭义的腐蚀指金属的腐蚀；腐蚀广义上是指化学或电化学材料和环境之间的相互作用，导致材料功能破坏。钢腐蚀的基本机理如图1所示，它的本质是金属元素形成化合物的氧化过程。
金属的腐蚀是指金属与外部周围介质发生化学变化、电化学变化或物理溶解从而产生的损坏。埋地输油管道的腐蚀分为管道外腐蚀和管道内腐蚀。
管道内腐蚀是由于管道输送的介质含有腐蚀性成分引起的，是管道腐蚀的主要形式，大多集中在低洼积水处、气液交界面弯头等处。管道内腐蚀包括多相流的冲蚀与腐蚀，以及气体腐蚀等。
管道外腐蚀包括杂散电流腐蚀、土壤环境腐蚀、微生物腐蚀、冲刷腐蚀等，根据金属损伤基本特征又可分为整体腐蚀和局部腐蚀。
石油产品含有大量的二氧化碳、溶解盐和硫化氢，在运输过程中很容易和内部的管道发生化学反应，尤其是在油田开发后期，由于注水开采，运输介质的含水量增加，从而加剧了管道内部的腐蚀。
二氧化碳腐蚀受到众多因素的影响，主要包括二氧化碳分压、温度、pH值、介质流速、碳酸盐垢、蜡的作用等。对二氧化碳腐蚀产生重要影响的是二氧化碳在水相中的热运动。
油气中往往含有的硫化氢本身不会对管道造成腐蚀，但当它遇到输送介质中的水时会电离，导致管道发生电化学腐蚀反应。
部分管道经常裸露在露天遭受风吹雨淋，且输送的油品中含有硫元素和酸性物质，导致管道容易发生外腐蚀。管道的外腐蚀主要包括钢铁吸氧腐蚀，大气降水导致的二氧化碳引起的酸性腐蚀，酸雨导致的管道表面极酸性硫化物析氢腐蚀，管道表面可代谢硫酸盐细菌导致的细菌腐蚀等，其中以氧腐蚀最为严重。
通过近年来对管道防腐蚀层状况调查和大修过程中发现我国管道腐蚀防护存在以下问题：管道防腐蚀涂层大修技术相对落后、阴极保护死区腐蚀、阴极保护装置的维护和检修相对落后等。为了保证输油管道的安全，避免出现腐蚀问题影响油品的正常输送，根据管道腐蚀的影响因素和腐蚀条件，管道防腐蚀技术人员需要对以下方面进行研究：(1) 输油管道材质优化，在不同的输送介质和环境条件下选择合适的物料；(2) 做好输油管道涂层处理，金属表面添加防腐层，以此使钢制管道和空气中的氧气得以隔绝达到保护；(3) 阴极保护技术，在管道上附加化学活性相对更为活泼的一种金属，使阳极的管道金属本身变为阴极；(4) 添加“缓蚀剂”，缓蚀剂是在金属设备中添加用于减缓腐蚀的一种特殊添加剂，腐蚀抑制剂的腐蚀原理和化工生产所使用的催化剂原理是相反的，缓蚀剂可以改善活化能，以减缓发生腐蚀的反应速度。因其投资少、效果明显已发展为管道及其他领域防腐蚀技术的重点方向。在实际应用中，应根据输送介质和环境条件的不同，合理选择管道材料，以控制成本，满足油气工程的需要。管材的种类和质量直接决定了管材的耐蚀性，管材的耐蚀性与使用时间和腐蚀概率有关。选用耐腐蚀性强的管材是从根本上防止管材腐蚀的有效方法，为了提高碳钢管的耐腐蚀性能，可采用不锈钢和合金钢管，但其生产工艺比较复杂，成本较高；陶瓷和塑料管道等非金属管道越来越多地用于解决此问题。
在管道内壁涂敷不仅可以减少管道内腐蚀的发生率，保护管道，还可以减少输送介质的流动摩擦，提升油气运输的安全性。
在选择管道内外涂层材料时，内涂层选择应以减少内部阻力、提高防腐蚀性能为目标；外涂层应根据土壤情况选择具有稳定的物理化学性能、良好的介电性能和温度适应性能好的复合材料，如环氧树脂、聚烯烃、环氧粉末等防腐材料系列。管道内涂层的机械强度相对于管道外涂层的机械强度不高，但仍然需要具有良好的粘温性能。
管道内外涂层是管道防腐技术处理中的一项重要防护措施。因此，选择防腐稳定性强的内外涂层材料，按技术规范进行涂敷，已成为防腐处理的主要措施。
电化学保护主要是指阴极保护技术。阴极保护装置安装在石油管道的表面，使管道结构极化，电位在环境介质中负向阴极状态移动，有效减少了电子在金属腐蚀中的迁移，起到管道防腐蚀的作用。阴极保护措施被认为是管道防腐蚀的第二层防线。在实际应用中，阴极保护技术主要包括外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种类型。这两种技术主要是根据土壤的电化学特性和环境特性的实际情况选择和采用的。牺牲阳极阴极保护法不需要外接电源，操作简单，维护费用低，可以通过消耗表面的阳极保护管道不受腐蚀。
外加电流阴极保护技术检测与维护的费用较高，但适合长距离油气管道的保护，在实际中需要注意的是，这种方法需要持续的外部电源，也可能导致管道的过度保护和氢脆。
缓蚀剂分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两类，需要根据腐蚀因素和应用环境有针对性地选择不同的缓蚀剂。添加缓蚀剂可以保护管道内壁，在管道内表面形成保护膜。使用缓蚀剂的优点是操作相对简单、效率较高，但缓蚀剂容易随输送介质流动这一不足也较为明显，为了不影响油气的流动以及缓蚀剂功能性的发挥，缓蚀剂的用量、周期和加注方法应严格予以控制。影响长距离油气管道腐蚀失效的因素按方式不同可分为直接因素和间接因素。针对不同的腐蚀原因，需要选择正确的防腐蚀方法，否则可能造成严重的后果。为了提高油气管道的使用寿命，在合理选择防腐蚀涂层和方法的同时，要加强管道的运输施工和维护。为了及时准确地维护管道，可采用先进的计算机实时监控手段对油气管道进行实时监控。但无论采用哪种防腐蚀方法，都不是一劳永逸的。针对石油和天然气工程的特点，管道的周边环境、技术成本和防腐蚀效果等，都是选择时应综合考虑的因素。未来的发展方向将是综合利用多种防腐蚀技术，同时发展环保、高效率的防腐蚀新技术。
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