油气集输管道腐蚀的防治及安全检测.pdf

第 3 4 卷第 2 期 2 0 1 5 ． 0 2 建设管理 油气集输管道腐蚀的防治及安全检测 郝玉鸿 张毒 艮 德 成都理工大学能源学院 摘要油气集输管道的腐蚀现象可分为 内壁腐蚀与外壁腐蚀 两种情况。 目前国 内针 对油气 集输管道外壁腐蚀防治措施主要是环氧涂层与阴极防护技术 。环氧涂层管道防腐技术相对较为 成熟 ，具体 实施是在管道 外壁上喷涂添加防腐剂的涂料 ，将 外部腐蚀介质与管道外壁隔 离开 ， 避免外壁受到外部介质腐蚀。金属缓蚀 剂是向具有腐蚀介质的环境 中添加 某些能够阻碍腐蚀介 质与金属发生化 学反应 的化 学物质 ，具体 可以分为无机缓蚀 剂与有机缓蚀剂两大类。 目前国 内 油气集输管道缓蚀剂普遍采 用的是有机缓蚀剂。在管道腐蚀监测 中可以通过观察管道 内表 面粗 糙度去确定某些地方的管道腐蚀情况，进 而加快油气输送的效率。 关键词油气管道 ；防腐蚀 ；安全检测 ；输送介质 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ i ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 5 ． 2 ． 0 2 2 油气集输管道的腐蚀现象可分为内壁腐蚀与外 壁腐蚀两种情况。外壁腐蚀易于防治 ，相 比于内壁 腐蚀危害较小 ，防治措施主要依靠环氧涂层与阴极 防腐技术 。而管道 内壁长时间与腐蚀介质接触 ，易 于腐蚀介质发生化学反应，造成内壁严重腐蚀。对 此状况，目 前国内主要采用内涂环氧防腐涂层 ，防 腐效果并不明显 ，因此必须加强油气管道安全检测 工作 ，在管道设计规划 的初级阶段做好科学高效的 防腐措施 ，针对轻微腐蚀现象予以足够重视 ，并及 时采取修复措施，保证油气集输管道高效、顺利输 送油气。 1 油气集输管道腐蚀危害 目前 ，国内的油气集输管道安全监测技术和 日 常防腐技术与发达国家相 比仍然处于初级阶段 ，管 道阴极防护技术还不够成熟。据科学资料显示 ，国 内油气集输管道因腐蚀造成泄漏等事故发生率能够 达到每年 5 次 ，而美国、 日本 、法国等发达 国家这 一 数据仅为 0 ． 5 0 ． 7 次 。管道腐蚀造成 的危害 主要 包括 以下 几个方 面 ① 集输 管道腐蚀造成油气泄 漏 ，地区的油气供应 出现问题致使某些石油化工企 业缺乏原料 ，生产停滞 ；②泄漏的油气将对土壤与 大气环境造成巨大的破坏与污染 ，且污染持续时间 相对较长；③油气属易燃易爆物质 ，在人 口密集的 居民区或者市内极易发生燃烧甚至爆炸 ，危害人们 的生命 、财产安全。 2 外壁腐蚀机理与防治措施 2 ． 1 管道外壁腐蚀机理 油气集输管道外壁腐蚀环境主要包括土壤环境 与海水环境两种。土壤环境下的金属集输管道处于 土壤有机物 、水分 、氧气等复杂环境 中，易发生金 属的物理溶解与化学作用 ，腐蚀金属集输管道造成 管道损坏现象；海水腐蚀环境中的集输管道主要是 金属管道 ，处于海底 的管道外壁长 时间被 海水 浸 泡 ，并受到大量 的盐类化学物质及酸性环境影响 ， 易使金属管道发生电化学腐蚀。因此针对集输管道 所处实际工作环境 ，要采取科学合理 的防腐蚀技术 措施 。 2 ． 2 外壁防腐蚀措施 目 前国内针对油气集输管道外壁腐蚀防治措施 主要是环氧涂层与阴极防护技术。环氧涂层管道防 腐技术相对较为成熟，具体实施是在管道外壁上喷 涂添加防腐剂的涂料 ，将外部腐蚀介质与管道外壁 隔离开 ，避免外壁受到外部介质腐蚀。环氧涂料的 主要成分是具有极强抗酸 I生、抗碱性的环氧树脂和 高效固化剂 ，能够 与管道外壁紧密黏接形成光滑 、 致密性很高的表面涂层，防腐蚀效果好，因此得到 大范围的普及与应用 。阴极防护技术主要指 的是在 水质环境中特定与高效的防腐蚀技术，能够有效避 免金属集输管道在海水多种盐类与恶劣的酸碱环境 下的化学腐蚀 ，主要应用于海底管道的腐蚀防治措 施 。阴极防护技术应用于油气集输管道防腐工作 中 成本较低 ，并不需要较多 的防腐添加剂等材料 ，表 1 为两种方法的综合 比较。 表 1 环氧涂层与阴极防护技术的综合 比较 4 2 油气田地面工程 h t t p ／ ／ www． y q t ； d mg c ． c o rn 第 3 4 卷第 2 期 2 0 1 5 ． 0 2 建设管理 通过表 1 数据 比较明显可 以看出 ，阴极防护技 术在油气管道防腐工作中防腐效果更好，且成本比 较低 ，但是对技术要求较高。 3 内壁腐蚀机理及特点 3 ． 1 硫化氢腐蚀 硫化氢对金属合金腐蚀现象很早就受到技术人 员的重视 ，经过大量研究发现硫化氢对钢铁等金属 有很强的腐蚀性 ，但是关于腐蚀机理的研究理论不 一 。硫化氢与其他气体如二氧化碳相比在水中溶解 度大 的多 ，形成 的溶液呈弱酸性。硫化氢在水 中电 离出的产 物 HS 一 、S 。 一 附着在金 属表 面与表面铁 原子发生化合反应，生成能够促进离子附着的复合 物 F e HS 一 。在与金属原子化合反应之后 ，会使金 属表面呈负电位 ，从而促进阴极反应速度 ，生成更 多的氢气 ，进一步促进阳极金属原子溶解 ，降低金 属结构强度造成严重腐蚀 。另一方面 ，硫化氢导致 金属氢脆，氢较少时主要以氢离子或者原子游离在 金属原子周 围，随着 自由扩散 的进行 ，氢离子与原 子逐渐聚集成氢气分子，造成金属结构局部的氢富 集，使金属强度降低更易腐蚀。 3 ． 2 二氧化碳腐蚀 二氧化碳 同样是导致 金属腐蚀 的主要 因素 ， 二氧化碳 主要是溶 于水 ，电离出 H C O 。 一 、C O 3 2 - 两种 负离子作为得到电子的物质析出氢气，当电离出的 浓度很低时二氧化碳与水作用生成水和氢离子 ，同 样得电子被还原析 出氢气。 电化 学反应 开始时 ，二 氧化碳溶 于水 生成碳 酸，接着与铁原子发生反应生成碳酸亚铁、碳酸氢 亚铁与内部铁原子进一步发生氧化还原反应 ，生成 结合能力很差的碳酸铁，而这种物质易于从金属表 面脱落下来，其原因不仅因为碳酸铁的结合能力较 差 ，还 因为碳酸铁体积 比碳酸氢亚铁小很多 ，所 以 处于海水或者土壤中的油气集输管道很容易被周围 的环境氧化 ，并在碳和水分的共 同作用下发生电化 学反应生成蓬松多孔 、结合能力差的碳酸铁 ，促进 外部金属表皮的脱落 ，加速 内部金属 电化学腐蚀 。 因此二氧化碳对于钢铁的腐蚀性不可忽视，油气集 输管道施工作业工程 中要做好二氧化碳防腐蚀 工作。 3 ． 3多相流腐蚀 多相流腐蚀机理包括以下几种类型无腐蚀无 杂质清洁环境 、无腐蚀有杂质冲刷环境 、无杂质有 腐蚀环境、杂质与腐蚀并存环境等。多相流动冲刷 对钢铁腐蚀影响同样不可小觑 ，流动物体会受到流 速、黏度 、腐蚀介质性质、冲刷角度等因素影响， 进而加快腐蚀速度。多相流状态可以分为平稳的层 流 、湍状流动 、环状流等几种情况 ，在较低 的流动 速度时主要存在 的是平缓层流 ，流速较高时就会出 现湍状流动或者环流现象。研究表明 ，此状况对钢 铁腐蚀最为严重 ，流体冲刷所产生的切 向力与腐蚀 化学反应共 同作用 ，金属表面结合力较强的氧化膜 易脱落加速内部金属腐蚀，对管道产生严重影响。 4 内防腐蚀技术 1 喷涂具有防腐作用 的缓蚀剂。金属缓蚀剂 是向具有腐蚀介质的环境中添加某些能够阻碍腐蚀 介质与金属发生化学反应的化学物质 ，具体可以分 为无机缓蚀剂与有机缓蚀剂两大类 。目前国内油气 集输管道缓蚀剂普遍采用的是有机缓蚀剂 ，具有很 多优点 。例如 对周围环境影响较小 ，防腐蚀效果 优 良；防腐蚀成本较低 ；技术操作简单，效果明 显 ；能够针对腐蚀环境采取科学合理的有机缓蚀 剂；具有很强针对性；同种防腐蚀添加剂能够防止 多种金属以及适应不同腐蚀环境等。腐蚀剂使用时 要严格控制喷涂工艺、使用量、维护周期及配合使 用清氧剂 、消毒杀菌剂 、除硫剂等 ，才能达到理想 的防腐蚀效果。 2 内涂层 防腐与衬里 防腐技术。内涂层与衬 里防腐技术是针对油气集输管道腐蚀状况的常用防 腐技术，该技术防腐原理是在管道表层与外界腐蚀 介质之间设置一个具有保护作用的隔离膜 ，通过高 压的清洁空气催动金属磨具将管道内表面处理干 净，再由智能机器人完成最后的防腐剂涂料的喷涂 工作。另外 ，为保证防腐蚀效果还要辅以缓蚀剂同 时使用 。保护膜具有很高的光滑度 ，能够有效起到 防腐蚀效果。同时，在管道腐蚀监测中可以通过观 察管道内表面粗糙度去确定某些地方的管道腐蚀情 况 ，进而加快油气输送 的效率。 5 腐蚀监测 1 传感器环节。腐蚀监测传感器对油气集输 管道现场的腐蚀参数进行收集 ，通过转换元件，将 采集到的参数转换成石油工业电流信号。 2 数据采集环节。该环节实现了对油气集输 管道腐蚀监测参数的监控 ，对总体腐蚀率、点蚀系 数 、腐蚀机理 因子 、测点压力 、测点流量 、测点温 度和测点p H 进行多路数据的采集、放大和转换。 3 数据通信环节。采集到的参数均以符合石 油工业标准的电流信号表现出来 ，利用传输协议 ， 通过传输总线将数据传输到上位机。 栏 目主持焦 晓梅 油气田地面工程 h t t p ／ ／ www． y q -t d mg c ． c o rn 一4 3