油气储运管道防腐技术现状与研究进展探讨.pdf

． 5 8 一 ■ 腐蚀防护 石 油 和 化工 设 备 2 0 1 6 年 第1 9 卷 油气储运管道防腐技术现状与研究进展探讨 高娟 中石化石油工程建设有限公司，北京 1 0 0 0 2 0 [ 摘要]管道储运是一种应用范围广、经济效益显著的油气运输方式，具有运距长、管径大、压力高等特点，因此管道的 安全性要求很高。笔者对油气储运管道中溶解氧、硫化氢和二氧化碳的腐蚀机理进行了介绍，分析了常用管道内外腐蚀技 术，展望了管道防腐技术的研究进展。 [ 关键词]油气储运；管道；防腐技术；研究进展 1 管道腐蚀机理 油气储运管道腐蚀有管道外腐蚀和管道内腐 蚀两种 。在选择管道 外部防腐层 时应综合考虑腐 蚀环境因素 、管道运 行参数及管道使用寿命等 。 管道内防腐不仅要使管道远离腐蚀介质的侵害， 更应采取措施 改善管道 内部流体运动状态 ，提高 管道 内壁光洁度，减少水力摩阻。 表1 美国腐蚀工程师协会 N A C E 制订的油田生产中腐蚀的分类标准 腐蚀程度 均匀腐蚀率 ra m ／ a 点腐蚀率 r m／ a 轻微腐蚀Ic 0 ． 0 2 5 0 ． 1 2 7 适度腐蚀半 0 ． 0 2 5 ～0 ． 1 2 5 O ． 1 2 7 ～0 ． 2 0 1 严重腐蚀幸 0 ． 1 2 5 ～O ． 2 5 4 O ． 2 O 2 ～O ． 3 8 1 极严重腐蚀 0 ． 2 5 4 0 ． 3 8 1 注‘ 轻微腐蚀油管使用寿命1 8 年；适度腐蚀油管使用寿命9 ～1 8 年；严重腐蚀油管使用寿命2 ． 2 6 ～9 年；极严重腐 蚀油管使用寿命2 ． 2 6 年。 1 ． 1 溶解氧 的腐蚀机理 氧作为一种去极化剂 ，会加速金属的腐蚀 ， 溶解 氧 是造成 油气 储 运管道 腐蚀 的重 要 原 因之 一 。当采 出水中溶解氧 的含量较高时 ，会在管道 表面形成 氧化膜 ，减缓管道腐蚀 ，相反溶解 氧含 量较低 时，氧化膜很难形成 ，因而管道腐蚀速度 加快。此种情况下的反应方程式为 阳极 F e F e z 2 口 一 阴极 2 H 2 e 一 日2 o 2 2 H2 O4 e 一 4 0 H一 以上反应会生成F e ，经过脱水转化为F e 2 O， ， 是铁锈 的主要成分 ，铁锈疏松、多孔 ，会对油气 储运管道造成破坏。 1 ． 2 C O 2 的腐蚀机理 CO 是油气 中的伴生气 ，其在 干燥状态下并 不腐蚀输油 管道 ，只有在溶于水后才 会与钢铁管 道 发生化学腐蚀反应 。据测算 ，在相 同的酸碱度 下，C O 溶于水后的腐蚀速率比盐酸更快。其腐蚀 机理如下式所示 阴极 日 2 g 日2； 阳极 一 2 P- F e “c o DH 2 co , H 2 C O3 HC O； H 1 0H’oH t F e2 HC O - 2 H Fe HCO H1 F e HCO ． 2 Fe C O3’ 十H2 0 ， C O 分压判断腐蚀经验规律如下C O2 0 ． 2 1 MP a 时，为严重腐蚀。 1 - 3 H 2 S 的腐蚀机理 H S 在水中溶解度比C O 和o 高，p H 值越小， 铁 的腐蚀情况越严重，化学反应情况如下 阳极反应 2 H 2 e - - 2 H； 作者简介高娟 1 9 8 2 一， 女，内蒙古赤峰人， 硕士。工程 师。从事海外石油建设工程项 目管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 期 高娟 油气储运管道防腐技术现状与研究进展探讨 ． 5 9一 阴极反应凡 。 一 _ F e S ； 产生腐蚀的总化学反应式 FeH 2 S Fe S七2 H 2油气储运管道防腐技术现状 2 ． 1 正确选材 选择油气储运管道材质时 ，首先必须 明确材 料的服役环境 ，根据I S O 1 5 1 5 6 进行选材 。在某一 服役条件下试用合格的材料适用于其他同等或更 弱的服役条件。I S O 1 5 1 5 6 只适用于弹性设计原 则，不适 用于塑性设计原则 。选材一般应遵循三 个原则，即从已经评价合格的材料中选择、根据 现场经验选材、通过实验室评价试验选材。经验 证 ，B G1 1 0 3 C r 高合金钢和玻璃钢抗腐蚀性能为普 通碳钢的两倍以上，国内外己大量使用，技术成 熟。 2 ． 2表面防护技术 表面防腐层对于油气储运管道的寿命至关 重要，油气储运管道使用时间较长，必须具有耐 水性 、耐药性等长期耐腐蚀性能，其外表面使用 的防腐覆盖材料 ，从早期的天然沥青 、煤焦油沥 青材料逐渐发展到煤焦油漆、聚乙烯聚氯乙烯树 脂 、环氧树脂材料等 ，材料和涂衬工艺在不断改 进 。 l 盘 ． 砧T 实验 l 仨 I土广 n抛 上 r 1 凡 }J I 冲击 弯盐 水压、 土壤压力 机械性剥落 磨损 气压 温度变化 -I n , 阴极性剥落 负葡 回填 试验 腐蚀环境 I 上 上 土 Jr 耐冲击性 延展性 膨胀系数 耐磨强度 延展性 粘合力 耐蚀性 粘 合力 耐压强度 伸张强度 伸张强度 延展性 耐阴极剥 硬 度 耐冲击性 凹凸敏感 粘合力 落性 耐腐蚀性 性 耐疲劳性 图l外表面涂层使用条件及相应特性 2 ． 3内防护 2 ． 3 ． 1 化学药剂 油气管道防腐所采用的化学药剂一般包括缓 蚀剂、杀菌剂、除硫剂、除氧剂和p H值调节剂 等。 其 中添加缓蚀剂最为 常见 ，在介质 中加入缓 蚀剂 ，可 以在油气储运管道 内壁形成 保护膜 ，包 括钝化膜 、吸附膜 、沉淀膜等 ，这些保护膜会起 到减缓或防止腐蚀的作用 。缓蚀剂 的作用机理包 括三种效应其一，阻活效应，缓蚀剂分子会吸 附在金属表面的腐蚀反应活性中心，增加腐蚀反 应活化能 ，减少活性中心的数量 ，从而 降低腐蚀 速率；其二，覆盖效应，缓蚀剂分子均匀吸附并 覆盖在金属表面，抑制腐蚀反应。其三，改变双 电层性质 ，缓蚀剂分子 的吸附和覆盖会改变双 电 层结构和分散层电位差，减弱腐蚀反应。 缓蚀效率可 以用下式计算 t - V 1 0 0 ％ 式中 e． 缓蚀效率 ；V。 ． 无缓蚀剂时管道的 腐蚀速率；V． 有缓蚀剂时管道的腐蚀速率。缓蚀 剂的缓蚀效率 的推荐值在8 0 ～ 9 9 ％之间，腐蚀 允限 即设计寿命 极易受试剂缓蚀效率的影响。 缓蚀剂的主要成分为链状有机胺及其衍生 物、咪唑啉及其盐、季铵盐类、炔醇类等有机 物 。此方法的优点在于化学药剂用量较少且对环 境因素较少依赖 ，无需增添防腐设备且操作简 单，因此应用较为广泛。采用缓蚀剂时必须考虑 腐蚀介质的影响、金属的影响、复配与配伍性及 缓蚀剂的毒性等情况。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ． 6 0 一 ■ 腐蚀防护 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 6 年 第1 9 卷 2 _ 3 ． 2内涂镀层技术 为 了降低或杜绝 管道 内腐蚀 ，可以在管道 内 进行涂镀层处理，既可以降低表面粗糙度，降低 输送油气 时的摩阻系数 ，又可 以相 应缩 小管径 ， 降低管道 的施工 费用 。一般包括环 氧粉末涂敷技 术、液体环氧涂料技术和其他土料涂敷技术等。 2 ． 3 - 3衬里技术 使用非金属材料如水泥砂浆、橡胶 、玻璃 钢 、塑料 内衬钢管等作为 油气储运管道衬里 ，将 上述衬里一次或多次涂衬在清理过 的管道 内壁 ， 经过养护后使之与管道 内壁充分贴合，与管道内 壁形成一个高强度圆壳体内衬层，使管道金属内 壁形成一层保护膜而 免于腐蚀 。采用该技术时， 必须根据不 同介质条件和设备及管道需求 ，选取 不同的衬里材料，详见表2 。 表2 其他衬里技术 名称 施工方法 特点 质量轻；化学稳定性优越；电气绝缘性能佳；优良的耐磨 聚氯乙烯塑料衬里 松套衬里 、螺栓固定衬里、粘贴衬里 性能 良好的耐蚀性、酸雨防护能力、柔软性和展性；成本低且 铅衬里 搪钉固定法 、螺栓固定法、压板固定法 易加工 附着力强；耐蚀性能好、抗冲击；平面整体光滑美观、不 玻璃钢衬里 手糊法 、模压法、缠绕法和喷射法 脱色 、易擦洗；良好的施工工艺 橡胶衬里 粘贴法 耐蚀性能优良；适应性强 材料成本低、施工方法简单、成熟；耐高温、耐高压、耐 砖板衬里 胶泥砌衬法 冲刷磨损 上述各方法都可 以满足一定的防护要求 ，多 种方法联合使用可以使防护效果更佳。 3 油气储运管道防腐蚀研究的进展 油 气储 运 管道 防腐 蚀 的研 究进 展 包括 以下 方面绿色 化学处理试剂 的应用 ，主要包括合成 新型高效环保型缓蚀剂、开发可降解的生物高效 水处理剂、仿生杀菌剂及生物抑菌剂等 ；现场腐 蚀 自动监测 技术，如油气井井 口挂片 ，在井 口采 出管上另安装一个旁路装置 ，进行挂片或探针监 测 。井 口有 分离器 的，可 以直接用于挂片或探针 监测 ，化 学分析取样 口可 以设计在旁路或分离器 上 。在油气 管道 中，旁路装置最常用 ，但在拐角 部位或低 洼部位开 口进行挂片或探针监测 同样是 必要的。管线腐蚀评估和预测技术的应用，如微 生物驱油、清蜡、解堵技术等等。 4 结语 随着我国石油工业的不断发展，对油气输送 工作的全面化 、系统化发展要求越来越严格 ，油 气储运行 业的发展对 国民经济的发展可产生直接 影响。综合分析油气储运 ，其最重要 的载 体是管 道 ，因此油气储运从业人员必须充分重视分析和 研究管道建设 、运行方面的问题 ，分析油气储运 管道内外部腐蚀现象的相关因素，进行具体化、 有针对性的管道防腐施工。 ◆参考文献 Ⅲ 黄艳，刘忠磊，高彦君． 油气储运管道防腐技术的现状与 应用【 J ] 。 中国科技纵横，2 0 1 3 ， 1 1 9 2 ． 9 3 ． [ 2 1 郭学辉，周生杰，杜素珍，等． 油气田中几种常见的腐蚀 机理【 J 】 ． 辽宁化工，2 0 1 4 ， 1 5 2 ． 5 6 ． [ 3 ] 吕瑞典，薛有详． 油气田腐蚀防护技术综述[ J ] ． 石油天然气 学报，2 0 0 8 ，3 0 5 3 6 7 - 3 6 9 ． [ 4 ]赵帅，兰伟． 管道内防腐技术现状与研究进展[ J ] ． 表面技 术 ，2 0 1 5 ， 1 1 -1 1 2 ． 1 1 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m