油气管道的腐蚀与防护技术研究.pdf

2 01 0 焦 第 2期 管 技 术 Pi p e l i ne Te c h n i q u e 5 设 各 a n d Eq ui p me n t 2 01 0 No ． 2 油气管道 的腐蚀与防护技术研究 陈星找， 郑云萍， 李 蕾， 葛腾泽， 于倩秀 西南石油大学， 四川成都6 1 0 5 0 0 摘要 国内大多数油田在开采过程中， 油井伴生气通常含有成分不等的C O 、 H S 等腐蚀性气体， 同 时由于油气集输 系统也不可能完全密闭， 造成大气中的 0 等腐蚀性 气体进入 油气生产 系统 ， 因此油气 生产 系统存在的腐蚀类型 多种 多样。针对油气管道的腐蚀现状 ， 简要 综述 了 C O 腐蚀 、 H S腐蚀 、 氧腐 蚀机理及其影响因素。并在此基础上介绍了阴极保护技术、 耐蚀材料防腐技术、 工程防腐技术、 化学防 腐技术等几种 国内外常用的防腐措施 。 关键词 管道腐蚀 ； 腐蚀机理 ； 影响因素 ； 防腐措施 中图分类号 T E 9 8 8 ． 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 0 0 2 0 0 4 9 0 3 S t ud y o f t he Co r r o s i o n a n d Pr o t e c t i o n Te c h no l o g y o f Oi l a nd Ga s Pi pe l i n e C HE N X i n g y i ， Z H E N G Y u n - p i n g ， L I L e i ， G E T e n g z e ， Y U Q i a n - x i u S o u t h w e s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y ， Ch e n g d u 6 1 0 5 0 0， C h i n a A b s t r a c t I n t h e ma j o r i t y o f o i l fi e l d s i n o u r c o u n t r y ， d u ri n g t h e p r o c e s s o f e x p l o i t a t i o n ， t h e a s s o c i a t e d g a s o f o i l w e l l s u s u a l l y c o n t a i n s C O2 ，H2 S a n d o t h e r c o r r o s i v e g ase s w i t h d i f f e r e n t i n g r e d i e n t s ． At t h e s a me t i me ，b e c a u s e t h e o i l a n d g a s g a t h e rin g a n d t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m c a n n o t b e c o mp l e t e l y s e a l e d ，O2 a n d o t h e r c o r r o s i v e g a s e s i n t h e a t mo s p h e r e c a n e n t e r t h e o i l a n d g a s p r o d u c t i o n s y s t e m ，r e s u l t i n g i n a w i d e v a r i e t y o f c o r r o s i o n c o n c e r n i n g t h e o i l an d g a s p r o d u c t i o n s y s t e ms ．O n a c c o u n t o f t h e p r e s e n t c o rr o s i o n s i t u a t i o n a b o u t o i l a n d g a s p i p e l i n e s ，t h i s p a p e r i s i n t e n d e d t o g i v e a b ri e f o v e r v i e w o f t h e C O2 c o rro s i o n，H2 S c o r r o s i o n，o x y g e n c o rro s i o n me c h a n i s m w i t h t h e i r i n fl u e n t i a l f a c t o r s ，a n d o n t h i s b a s i s i t f u r t h e r i n t r o d u c e s a n e g a t i v e p o l e p r o t e c t i o n t e c h n o l o g y， a c o rro s i o n r e s i s t a n c e ma t e ri als an t i c o r r o s i o n t e c h n o l o gy ，a n e n g i n e e ri n g a n t i c o rro s i o n t e c h n o l o gy ， a c h e mi c al an t i c o rro s i o n t e c h n o l o gy ，a s w e l l a s s e v e r al c o mmo n l y u s e d a n t i c o r r o s i o n me a s u r e s a d o p t e d a t h o me a n d a b r o a d ． Ke y wo r d s p i p e l i n e c o rro s i o n； c o rro s i o n me c h a n i s m ； i n fl u e n t i a l f a c t o r ； a n t i c o r r o s i v e me a s u r e 1 C O2 腐蚀 关于 C O 腐蚀机理方面的研究工作较多， 据文献 资料介绍 ， c O 腐蚀遵循以下机理。 1 ． 1阳极反应机理 Fe0H 一 F e OH e Fe OH Fe 0H e F e OH _ _ F e OH一 1 ． 2阴极 反 应机 理 1 非催化的氢离子阴极还原反应 当 p H 4时 H3 0 e_ 一 十 H dH2 O H2 CO3 H HC03- H C O 3 -} H C O 一 收稿 日期 2 0 0 90 31 7 收修改稿 日期 2 0 0 91 0 2 9 当44 0℃时 ， F e S H d s 1 可形成富铁硫化 物 F e S 1 一 ； 当 H 2 S浓度 小于 2 0 0 p p m， T4 0 o C， 并且 c 0 浓度不高时， F e S H ． d s 1 可形成富硫硫化物 F e S 2 ． 2阴极反应机理 H s溶于水后发生二级水解 H2 SH2 O H3 O S H S H 一 H2 O H3 O S 一 溶液中存在 H S 、 S H一 和 H ， E w i n g认 为无氧环 境 中 的 阴 极 还 原 反 应 来 源 于 H 的 还 原 反 应。 B o l m e r 认为在 H S环境 中， 阴极反应机理为 2H2 S2 e H22 SH 一 该反应 由 H S扩散 和 H 析 出过 电位控 制 ， 而 S c h m i t t 认为腐蚀速率比仅由p H引起的阴极反应高， 因此 H S 、 H S 一 和 H 都参与了阴极反应 2H2 S 2 e H22S H 一 2HS一2e S 一H2 2H 2e H2 H s 腐蚀受到众多因素的影响 ， 主要可分为 两类 环境因素， 如水的含量、 温度、 H s浓度、 p H值 等； 材料因素 ， 管材的化学成分、 管材热处理和显微组 织、 管材的强度和硬度、 材料表面状态等。 3 氧腐蚀 在含有氧气的溶液 中， 电极表面将发生氧化还原 反应 ， 其反应机理十分复杂 ， 通常有 中间态粒子或氧 化物形成， 不同的溶液中其反应机理也不一样 。 在酸性溶液中， 氧化还原的总反应为 O，4H 4 e 2H， O 其可能的反应机制由下列步骤组成 O2e O O2 一 十H HO2 HO2eHO HO2一H H2 O2 H2 O2 H e H2 O HO HO H e H2 O 在中性或碱性溶液中， 氧还原的总反应为 022 H2 O4 e 0H一 其反应机制为 O2e O 0 2 -H2 Oe HO OH HO2 -H2 O 2 e 3 OH一 以氧气的还原反应为阴极过程的腐蚀， 叫做吸氧 腐蚀。与氢原子还原反应相比， 氧还原反应可以在正 得多的电位下进行。大多数金属在 中性或碱性溶液 中， 以及少数电位较正的金属在含氧气的弱酸中的腐 蚀都属于吸氧腐蚀或氧去极化腐蚀。 在油气管道中， 氧的去极化腐蚀反应为 在 阳极 F e叫F e 2 e 去极化 O 2 2 H 2 O 4 e O H F e 2 O H一 F e O H 2 腐蚀产物4 F e O H -4- O 2 2 H 2 O F e O H 3 总反应式 4 F e 3 0 2 6 H2 O F e O H 3 4 常用防腐技术 4 ． 1 阴极保护技术 阴极保护的主要原理 是把整个金属表面转 化成阴极 ， 就是将 足够 的外加 电流通 向被保护 的设 备 ， 这样就不会有 电流从金属表面流出。阴极保护有 两种方法 牺牲阳极法和强制电流保护法。 牺牲阳极法将被保护金属和一种可以提供保护 电流的金属或合金 即牺牲阳极 相连， 使被保护体极 化 以降低腐蚀速率 。 强制电流保护法将被保护金属与外加 电源负极 相连， 由外部电源提供保护电流， 以降低腐蚀速率。 采用阴极保护时 ， 必须有足够 的电流流向阳极部 位， 才可抵消 自然腐蚀电流。同时， 还应注意防止电 流过大使涂层脱落。 4 ． 2 耐蚀材料防腐技术 耐腐蚀性管材 品种繁 多 ， 根据输 送介质 、 环境要 求 ， 在管材设计 中选择合适的材质 ， 能够 比较有效地 抑制腐蚀的发生。耐蚀材料除有价格昂贵的钛合金、 锗合金之外， 大量的高分子应用技术及其复合耐蚀材 第2期 陈星找等 油气管道的腐蚀与防护技 术研究 5 1 料得到 了较 大 的发 展。如采 用 玻纤 增 强丙 烯 F R P P 、 工程级聚丙烯 P P 、 高密度聚乙烯 H D P P 等 高 分子作为复合管内壁防腐塑料管材的钢塑复合管， 铝塑 复合管； 玻璃纤维增强 塑料制成 的热塑性玻璃钢 F R T P 和热固性玻璃钢 F R P 等。另外， 还有其他类 型的复合管， 如衬管采用耐合金材料 普通或特种不锈 钢管， 钛铝、 铜合金管 管材， 基管采用碳钢或其他合金 钢管生产的双金属复合管， 衬管采用不锈钢管。K级抽 油杆可用于轻 、 中负荷油井， 并具有较好的耐蚀性能。 4 ． 3 工程防腐技术 工程防腐技术是利用附着在金属表面的各种性 能的覆盖层将腐蚀性介质与金属材料隔离， 达到减缓 腐蚀的目的。该技术特点是采用一种专用涂料均匀 覆盖于金属表面， 将金属与腐蚀介质隔开， 达到保护 金属的目的。 目 前， 油田涂层防腐技术主要用于金属容器内腐 蚀防护 ， 一般采用涂层和电化学联合 防护法 。涂层能 够有效地解决单一牺牲 阳极保 护消耗量大 的问题 ， 而 涂层和电化学牺牲 阳极 的合理应用不仅 可 以解决涂 层针孔出现的局部腐蚀问题， 也解决了容器内构件的 腐蚀问题。中原油 田金属容器 1 0 0 m 以上 9 0 ％ 以 上都采用该技术， 并且取得了较好的防护效果。 4 ． 4 化学 防腐技术 在油气集输系统中， 除了上述防腐措施外， 还采 用化学药剂防护技术， 主要是添加合适的缓蚀剂、 杀 菌剂及阻垢剂等。 缓蚀剂是一种当它以适当的浓度和形式存在于 介质 环境 时， 可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复 合物质。按缓蚀剂的作用机理划分 ， 可分为阳极 型、 阴极型和混合型等类 型。按缓蚀剂所形成 的保护 膜特征划分 ， 可分为氧化膜型 、 沉淀膜型和吸附膜型 3 种类型。 缓蚀剂有两种注入方 式 间歇式注入 方式 、 连续 式注入方式。此外 ， 为充分 发挥各类药 剂效果 ， 应定 期对系统进行清洗 ， 清洗设备表 面的沉积物 和污垢 ， 使缓蚀剂与腐蚀点充分接触， 保证缓蚀效果。 5 结束语 油气田生产系统中 ， 管道腐蚀问题倍受重视。尤 其是输油管道 C O 腐蚀、 H S腐蚀、 氧腐蚀严重， 其影 响因素也相当复杂。在现有的油气管道防腐措施中， 每一种措施都有其相应的应用范围和适用条件， 针对 产生腐蚀的原因做出全面具体分析， 设计全面有效的 防腐方案， 从而有效地延缓管道的腐蚀， 做到既能保 证安全运行 ， 又不浪费材料。 参考文献 [ 1 ] MC L N T I R E G，L I P P E R T J ， Y U D E L S O N J ． T h e E f f e c t o f Di s s o l v e d C O2 a n d O2 o n t h e C o r r o s i o n o f I r o n ． C o r r o s i o n， 1 9 9 0 ， 4 6 2 9 1 ． [ 2 ] 张学元， 邸超 ， 雷良才．二氧化碳腐蚀与控制． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 张忠铧， 郭金保． C O 对油气管材的腐蚀规律及国内外研 究进展． 宝钢技术， 2 0 0 0 4 5 4 5 8 ． [ 4 ] 张学元， 王凤平 ， 陈卓元 ， 等． 油气开发中二氧化碳腐蚀的 研究现状和趋势． 油田化学 ， 1 9 9 7 6 1 9 01 9 5 ． [ 5 ] N E WT O N L E ． C O 2 C o r r o s i o n i n O i l a n d G a s P r o d u c t i o n ． N ACE，1 9 8 4 1 3 11 6 6 ． [ 6 ] I O F A Z A，B A T R A K O V V V， C H O N G O K B A ．I n f l u e n c e of a n i o n a d s o r p t i o n o n t h e a c t i o n o f i n h i b i t o r s o n t h e a c i d c o r r o s i o n of i r o n a n d c o b a l t ，E l e c t r o c h i m． Ac t a， 1 9 5 4， 9 1 6 4 5 1 6 5 6 ． [ 7 ] S H O E S MI T H D W，T A Y L O R P， B A I L E Y M G， e t a 1 ． E l e c t r o c h e mi e a l b e h a v i o r of i r o n i n a l k ali n e s u l p h i d e s o l u t i o n s ． El e c t r o c h i m Ac t a ， 1 9 7 8， 2 3 9 0 3 9 1 0． [ 8 ] B O L ME R P W． P o l a r i z a t i o n o f i r o n i n H Z S - N a ri S b u f f e r s ． C o r c o s i o n ，1 9 6 5 ， 2 1 3 6 9 7 8 ． [ 9 ] f-- l 静 ， 董俊华， 牛林 ， 等． 铁在含 H s硫酸溶液中的腐 蚀机制研究． 中国腐蚀与防护学报， 1 9 9 8 ， 1 8 4 2 7 0 27 5． [ 1 0 ] 赵平， 安成强． H s腐蚀的影响因素 I ． 全面腐蚀控制 ， 2 0 0 2． 1 6 5 5 6 ． [ 1 1 ] 合理的防腐蚀设计． 赵克清， 译． 北京 化学工业出版社， 1 9 9 0 1 62 0． 『 1 2] KHAR AK A Y K．P r e d i c t e d c o rro s i o n a n s c a l e f o r ma t i o n p r o p e r t i e s o f Ge o p r e s s u r e d Ge o t h e rm al ma t e rs f r o m t h e G u l f o f me x i c o B a s i n， S P E 7 8 6 6， 1 9 8 0 ． [ 1 3 ] 王朝晖 ， 朱欢勤， 于佰 俭． 管 道防腐 技术． 石 油商技 ， 2 0 0 0， 1 8 3 3 6 3 9 ． [ 1 4 ] 齐风云． 输油管道的腐蚀类型及控制． 石油库与加油站， 2 0 0 1 ， 1 0 2 3 1 3 2 ． [ 1 5 ] 何新快， 陈白珍， 张钦发． 缓蚀剂的研究现状与展望． 材 料保护， 2 0 0 3 ， 3 6 8 1 3 ． [ 1 6 ] H O U Y I M． The i n fl u e n c e o f h y d r o g e n s u l f i d e o n c o r r o s i o n o f i r o n u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n ’ s ． C o rr o s i o n ， 2 0 0 0 4 2 1 6 6 9 1 6 8 3 ． [ 1 7 ] 白真权， 李鹤林． 模拟油田C O ／ H S环境中 N 8 0的腐蚀 及其影响因素研究． 材料保护， 2 0 0 3 ， 3 6 4 3 2 3 4 ． [ 1 8 ] 何悟忠， 郭庆茹， 董仲智． 石油沥青防腐管道腐蚀特点及 防护． 管道技术与设备 ， 2 0 0 8 1 6 0 6 1 ． 作者简介 陈星卡 弋 1 9 8 6 一 ， 在读硕士， 研究方向为油气管道 腐蚀与防护。