油气集输管道在海洋环境中的腐蚀与防护.pdf

第 3 9卷第 5期 2 Ol 0年 9月 石油化工设备 PE TR - CHEM I CAI EQUI P M ENT Vo 1 ． 39 NO ．5 Se pt ． 201 0 ， ‘ - 卜” ” ” ” 一 ” 、 i 技术综述 i ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 文章 编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 0 0 5 0 0 4 1 0 8 油气 集 输管道在海洋环境 中的腐蚀 与 防护 鞠 虹 ，王 君 ，唐 晓 ，王丽飞 中国 油大学 华 东机 电工程学 院 ，山东 东营2 5 7 0 6 1 摘 要 对油 气 集输 管道在 海 洋环境 中存 在 的 内、 外腐 蚀 的机理 及 其影 响 因素进 行 了分析 ， 在 此基础 上 对海 洋环境 中油 气集输 管道 的 用材 、 防腐 涂层 的使 用 以及 目前 腐 蚀 防护 措 施 存在 的 问题 进行 了 探 讨 。 关键 词 油气管道；海洋；腐蚀；防护 中图分 类号 TE 9 8 8 ． 2；TE 9 8 0 ． 4 5 文 献标 志码 A Co r r o s i o n a n d Pr e v e n t i v e M e a s u r e s Re s e a r c h o f Oi l a n d Ga s Ga t h e r i ng a n d Tr a n s p 0 r t a t i 0 n Pi p e l i n e s i n Oc e a n Env i r o n m e n t J U Ho ng， W ANG J u n， TANG Xi a o， W ANG Li f e i Col l e g e of M a c h i ne r y a nd El e c t r on i c Eng i ne e r i ng，Chi na U n i v e r s i t y o f Pe t r o l e um ，Do ngy i n g 25 7 06 1，Ch i na Abs t r a ct Th e i n t e r n a l o r e xt e r na l c o r r o s i on m e c h a ni s m a n d i n f l ue nt i a l f a c t o r s of o i l a n d g a s ga t he r i n g a nd t r a ns p or t a t i o n pi pe l i ne s i n o c e a n e nv i r on m e nt a r e a na l y z e d． On t he b a s i s o f t h e s e a na l y s e s，t he p i pe ’ S c o r r o s i o n p r ot e c t i on m e a s u r e me nt s we r e d i s c u s s e d．S ome b a s i s f or t he c o r r o s i on pr e v e nt i on o f oi l a n d ga s ga t he r i n g a nd t r a n s p or t a t i o n pi p e l i n e s c oul d be pr o v i de d． And i t c o ul d a l s o ha v e a c e r t a i n pr a c t i c a l s i g ni f i c a n c e f or e n s u r i ng s moo t h p r o g r e s s of a nt i c or r o s i on wor k． Ke y wo r d s o i l a n d g a s p i p e l i n e ；o c e a n；c o r r o s i o n；p r e v e n t i o n l 9 5 8年 ， 我 国建成 克 拉玛 依 至 独 山子 的输 油 管 道 ， 拉 开 了管道 建设 的序 幕[ 1 j 。此 后 ， 全 国各地 相 继 建成 了数 万公 里 的陆 上 原 油 管 道 和 干 线 输气 管 道 、 数千 公里 的成 品油 管 道 及 海 底 油 气 输 送 管 道 ， 形 成 了一 个庞 大 的管道 运输 网u j 。 目前 ， 我 国石油 、 天 然 气 资源 的输送 主要 依 靠 管 道 来 实 现 ， 管 材 一 般 为 钢 制螺 旋焊 管 。 由于管 道 穿 越 的地 段 地 形 复 杂 ， 所 处 环境 不仅 在 空间上 不 同 ， 而且 还 会 随 时 间 的变 化 遭 受 各种介 质 的侵 蚀 。架 空 管 道 易 受 大 气 腐 蚀 ， 土 壤 或 水 中的管 道则 要 遭 受 土 壤腐 蚀 、 细 菌腐 蚀 和 杂 散 电流腐 蚀 。根据 文 献 [ 2 -4 ] ， 近 1 O年 来 ， 这 些 管 道 的泄漏 事 故 中 有 2 8 是 由于 腐 蚀 穿孔 造 成 的 。管 道 的腐 蚀 不仅 会造 成 因穿 孔 而 引起 的油 、 气跑 漏 损 失 以及 由于维 修所 带 来 的材 料 和 人 力 的浪 费 ， 而 且 还 可 能 因腐 蚀 穿孔 引起 火灾 。 近几 十年 来 ， 随着 我 国海 上 油 气 田的不 断 开 发和 海洋 石油 工业 的发 展 ， 海上 采油平 台 、 浮式 生产 设 施 F PS O 及海 底 管 道 也 在 不 断增 加 。海底 输 油 收 稿 日期 2 O 1 O O 5 1 7 基金项 目山东省 自然科学 基金 Z R 2 O O g B Q0 1 6 作者简介 鞠虹 1 9 8 0 ， 女 ， 山东青 岛人 ， 讲师 ， 博士 ， 主要 从事金属腐蚀与防护研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 石油化工设备 2 O 1 O年第 3 9卷 气 管道 已成为海 上油 气 田开发生 产系统 的主要 组成部 分 ， 成 为连续输 送大量 油 气 最快 捷 、 最 安全 和经济 可靠 的运输 方式 ， 是 广 泛 应用 于 海 洋 石油 工 业 的一种 有效运输 手段 。通 过海底管 道不仅 能把 海 上 油 气 田的生 产集 输 和储 运 系统 联 系起 来 ， 而且 可 以使海 上 油 气 田和 陆 上 石 油 工业 系 统联 系起 来 。但是 ， 这些大规 模 的海 底油气 运输 管道 ， 必然会 受 到海洋环 境 的腐蚀 侵 害 。 因此 ， 研 究 油 气 集输 管 道在海 洋及滩 涂环 境 中 的腐蚀 行 为 与 防护 技 术 ， 对 采 取有效 的 防腐 措施 ， 预防 开发设施 遭受 意外破坏 ， 具 有十分 重要 的现实 意义 。 l 海洋环境对 油气 集输 管道 的腐蚀 及 其影 响因素 1 ． 1 外环境腐蚀类型及影响因素 1 ． 1 ． 1 腐 蚀 类 型 1 电偶 腐蚀海水 是一种极 好 的电解质 ， 电阻 率较小 。因此 ， 在 海水 中不 仅有 微 观腐 蚀 电池 的作 用 ， 还有 宏观腐 蚀 电池 的作 用 。在 海 水 中由于 2种 金属接 触引起 的 电偶腐 蚀有 重要破 坏作用 。大 多数 金 属或合 金在海水 中的电极 电位不是 一个 恒定 的数 值 ， 而是 随着 水 中溶解 氧 含 量 、 海水 的流 速 、 温度 以 及金属 的结 构 与 表 面状 态 等 多 种 因素 的变 化 而 变 化 。在 海水 中 ， 不 同金 属之 间的接触 ， 将 导致 电位 较 低 的金属 腐蚀 加速 ， 而 电位 较 高 的金 属 腐蚀 速 度 将 降低 。海水 的 流动速 度 和 阴 、 阳极 电极 面积 的 大 小 都是 影响 电偶腐蚀 的 因素 。 2 缝 隙腐蚀 管道 金属部 件在 电解质溶 液 中 ， 由于金 属与金 属或 金 属 与非 金 属之 问形 成 的缝 隙 ， 其宽度 足 以使 介质进 入缝 隙而又处 于停 滞状态 。若 缝 隙 内滞 留的海水 中的氧为 弥合钝 化膜 中的新 裂 口 而消耗 的速度 大于新 鲜 氧从 外 面 扩 散进 上的 速度 ， 则在缝 隙下 面就有发 生快 速腐蚀 之趋 势 。腐蚀 的驱 动力来 自氧浓 差 电池 ， 缝 隙外 侧 与 含氧 海 水 接触 的 面积起 阴极作 用 。因 为缝 隙 下 阳极 的 面积 很 小 ， 故 电流密度 或局部 腐蚀 速率可 能是极 高 的。这种 电池 一 旦形成就 很难加 以控 制 。缝 隙腐蚀 通常在 全浸 条 件下 或者在 飞溅 区最严重 。在 海洋大 气 中也 发现有 缝 隙腐 蚀 。凡属需要 充足 的氧气 不断弥 合氧化 膜 的 破裂从 而保 持钝性 的 那些 金 属 ， 在 海水 巾都 有对 缝 隙腐蚀 敏感 的倾 向。 3 点蚀海 水环 境 中大量 C 的存 在可 能 会 对 管道金 属表 面形 成点蚀 。 4 冲击 腐蚀 在涡 流清况 下 ， 常有 空气 泡卷入 海水 中 ， 夹带气 泡且 快 速 流 动 的海水 冲击 金属 表 面 时 ， 保护膜可能被破坏 ， 金属便可能产生局部腐蚀。 5 空 泡腐蚀在海 水温 度下 ， 如果周 围的压力 低于海 水 的蒸 汽压 ， 海水 就会沸 腾 ， 产生 蒸汽 泡 。这 些蒸汽 泡破裂 ， 反 复冲击 金属表 面 ， 使其 受到局 部破 坏。金属碎片掉落后 ， 新的活化金属便暴露在腐蚀 性 的海水 中， 所 以海 水 中的空 泡 腐蚀 造 成 的金 属 损 失既有机械损伤又有海水腐蚀 。 1 ． 1 ． 2 影 响 因素 海水腐蚀 是金 属在 海水环 境 中遭 受腐蚀 而失效 破坏 的现象 。海水 是 丰 富 的天 然 电解 质 ， 海 水 中几 乎含 有地球 上所 有 化学 元 素 的化 合 物 ， 成 分非 常 复 杂 。除 了含有 大量盐 类外 ， 海 水 中还 含有 溶解氧 、 海 洋生物和腐败的有机物 ， 这些都为发生腐蚀创造了 良好 的条件 。此外 ， 海水 的温度 、 流速 以及 p H 值等 因素都 对海 水腐蚀 有很大 的影 响 J 。 1 含 盐量海 水 区别 于其 他 腐蚀 环 境 的一 个 显 著特征 是含 盐量 大 。世 界 性 的 大洋 中， 水 的成 分 和含 盐量是 相对恒 定 的 ， 而 内海 的含 盐量 区别较大 ， 因地 区条件 的不 同而异 。水 中含盐量 直接影 响到水 的导 电率和 含 氧量 ， 因 此 必然 对 腐 蚀产 生 影 响 。随 着 水 中含氧量 的增 加 ， 水 的导 电率 增加 而含 氧量 降 低 ， 所 以在 某一 含氧 量 时将 存 在 一 个腐 蚀 速度 的最 大值 ， 而海 水 的含 盐 量 刚好 接 近腐 蚀 速 度最 大 值所 对应 的含盐 量 。 2 溶解 氧海水 中 的溶 解 氧是 海水 腐 蚀 的重 要 因素 ， 因为绝 大 多数 金 属在 海 水 中的腐 蚀 受氧 去 极 化作用 控制 。海 水 表 面始 终 与 大气 接 触 ， 而且 接 触 面积非 常大 ， 海 水 还 不 断受 到 波 浪 的搅 拌作 用并 有剧 烈 的 自然对 流 ， 所 以， 通 常 海水 中含 氧量 较 高 。 可 以认 为 ， 海水 的 表层 已被 氧饱 和 。随 着 海水 中盐 浓度 的增大 和温度 的升 高 ， 海水 中溶 解 的氧 量将 下 降 。自海 平面 至海平 面 以下 8 0 m， 含 氧量逐 渐减 少 并达到最低值。这是因为海洋动物要消耗氧气， 从 海水上 层 下 降 的 动 物 尸体 发生 分 解 时 也 要 消耗 氧 气 。然 而 ， 通 过对 流 形式 补 充 的 氧不 足 以抵 消 消耗 了的氧 ， 所 以 出现 了 缺 氧 层 。从 海 平 面 以 下 8 0 r n 至海平 面 以下 1 0 0 r n ， 溶解 氧量又 开始 上 升 ， 并 接近 海水 表层 的氧 浓度 。这 是 深 海海 水 温 度较 低 、 压 力 较 高的缘故 。 3 温度 海水温 度 随纬度 、 季节和 海水深度 的 不 同而发生 变化 。愈 靠 近 赤道 即纬 度 愈小 ， 海水 的温度 越高 ， 金属腐 蚀速 率愈大 。而海水越 深 、 温度 越低 ， 则腐 蚀速 度愈 小 。海水 温 度 每 升 高 1 0℃ ， 化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 鞠虹 ， 等 油气集输管 道在海洋环境 中的腐蚀 与防护 学 反应 速度 提高 大约 1 4 ， 海 水 中 的金 属 腐蚀 速 率 将 增 大 1 倍 。但 是 ， 温 度 升 高 后 氧 在 海 水 中 的溶 解 度 下 降 ， 温 度 每 升 高 1 O ℃ ， 氧 的 溶 解 度 约 降 低 2 0 ， 可使 金属 腐蚀 速率 减小 。此 外 ， 温度 变化 还 给 海水 的生物 活性 和石 灰 质水垢 沉 积层 带来 影 响 。由 于温 度 的季 节性 变 化 ， 铁 、 铜 及其 多种 合金 在 炎热 的 季节 里腐 蚀速 度较 大 。 4 p H 值海 水 的 p H 值 在 7 ． 2 ～8 ． 6 ， 接 近 中 性 。海 水深 度增 加 ， p H 值 逐渐 降低 。海 水 的 p H 值 因光 合作用 而 稍有 变化 。 白天 ， 植 物 消耗 C O 。 ， 影 响 p H 值 。海 面处 ， 海水 中 的 C O。同大 气 中 的 C o 互 换 ， 从 而 改变 CO 含 量 。海 水 p H 值 远 没有 含 氧 量 对腐 蚀速 度 的影 响大 。海水 中的 p H 值 主 要影 响 钙 质水垢沉积， 从而影响到海水 的腐蚀性 。尽管海水 p H 值 随海 水 深 度 的 增 加 而减 小 ， 但 由 于 表 层 海 水 含氧量 高 ， 所 以表层 海水 对 钢 的腐 蚀性 大 。 5 流速许 多 金 属发 生腐 蚀 时与 海 水 流 速 有 着较 大关 系 ， 尤 其 是铁 、 铜等 常用 金 属存 在一 个 临界 流速 ， 超 过此 流速 时金 属腐 蚀 明显加 快 ， 促使 溶解 氧 扩散 到金 属表 面 。所 以 ， 流 速增 大 后 氧 的去 极 化 作 用加 强 ， 使 金 属 腐蚀 速 度 加 快 。但 钝 态 金 属 在 高 速 海水 中更 能抗 腐 蚀 。浸 泡 在 海 水 中 的钢 桩 ， 其 各 部 位 的腐蚀 速度 是 不 同 的 。水 线 附近 ， 特 别 是 在 水 面 以上 0 ． 3 ～ 1 ． 0 m 的 地 方 由 于 受 到 海 浪 的 冲击 ， 供 氧特 别充 分而 腐蚀 产 物 不 断 被 带 走 ， 因此 该 处 的腐 蚀速 度要 比全 浸部 位 大 3 ～4倍 。 6 海洋 生 物微 生 物 的生理 作用 会产 生氨 、 二 氧化碳 、 硫化氢等， 这些产物都能使腐蚀加速 。海底 泥 区 ， 由于 氧气 缺乏 、 电 阻率 较 大等 原 因 ， 腐蚀 速 率 一 般 是 各种 环境 中最 小 的 。但 对有 污染 物 质和 大量 有 机物 沉积 的软 泥 区 ， 由于微 生物 存在 、 硫 酸盐 还原 菌 繁殖 等原 因 ， 其 腐蚀 量 也可 达到 海 水的 2 ～3 倍 。 1 ． 2 内环境对油气集输管道的腐蚀 1 ． 2 ． 1 C ，腐 蚀 C 常作 为 油 田伴 生 气 或 天 然 气 的组 分 之 一 存 在 于油气 中 ， 采用 C 混 相驱 技 术 提高 原 油 采 收 率 ， 也 会将 C O 带 入 原 油 的 生 产 系统 。因 此 ， 油气 工业 中广 泛 存 在 着 C O 及 其 腐 蚀 的 问题 。 油 气 采 输系统 中管道 和设 备 的 C O。 腐 蚀 时有 发生 。 C 溶 于水 对钢 铁 有 极 强 的 腐蚀 性 ， 在 同样 的 p H 值 条 件下 ， 因 C O 摩 尔 浓度 比盐 酸高 ， 因此 它对 钢铁 的 腐 蚀 比盐酸 严 重 ， 低碳 钢 的腐 蚀 速 率 可 达 3 ～ 6 mm／ a ， 有 的 甚 至 达 7 mm／ a ， 其 中 CO 在 管 道 内腐蚀 占的 比例 较 大 。C O 的 存 在 ， 能 促 使 污 垢 和 腐蚀 产 物在管 道 内壁沉 积 ， 使管 道 内壁粗 糙度 增大 ， 表 现为 结蜡 、 结 沥青 和气 泡等 问题 ， 造成 能量 的额 外 消耗 。 根 据文 献[ 6 ] ， 我 国东 部 9个油 田各 类管 道腐 蚀 穿孔 每 年达 2万 次 ， 更换 管道 数 量达 4 0 0 k m， 每 年 每 台容 器腐 蚀平 均穿 孔率 为 0 ． 1 4次 ， 平 均更 新率 为 1 ～7 o ， 每年 因腐蚀造成 的经济损失约 2亿元 ， 其 中管 道 内腐蚀 主要 是 C O 腐蚀 。例如 ， 华 北 油 田 自 l 9 8 4 0 4开采 到 】 9 8 5 0 7 ， 就 有 3口高产 井 因油 管 和套管 受 C O 腐 蚀 而 报 废 ， 直 接 经 济 损 失 上万 元 。 渤 海油 田渤 中 1 3 1 1 井 的套 管 内侧 在 水蒸 气 冷凝 形 成 水膜 并有 C O 存 在 时 ， 发 生 了严 重 的腐 蚀 破 裂 。 此 外 ， C O 对 抽油 杆 和 四通 等 部 件 严 重 的局 部 腐 蚀 也 屡见 报道 。1 9 7 1 0 5 ， 威成 管道 越 溪段 由于脱 硫 净 化气 中的 C O 及 残 留硫 化 氢 的腐 蚀 破坏 引起 爆 炸 燃烧 ， 直接 经济 损失 7 0 0 0万 元 ， 间接 经济 损 失数 倍 于此数 。 1 ． 2 ． 2 H2 S腐 蚀 管 道 输送 介质 为 油 、 气 、 水 多相 介 质 ， H。 S是 其 中含有 的酸性气 体 ， 在 温度 、 压 力 、 流 速 以 及 交变 应 力等 多种 因素 的影 响下 ， 管 道 内的 H s腐 蚀 十分 严 重， 即使采取防腐措施也收效甚微 。因此 ， 对油气管 道 内 H。 S腐 蚀作 用规 律及 腐蚀 机 理 进行 研 究 ， 是实 施 有效 的 内防腐 措 施 的关键 。 H。 S只有溶 解 在 水 中才具 有 腐 蚀 性 ] ， 其 离 解 产物 HS 、 S 吸 附在金 属表 面 ， 形 成 吸 附复 合物 离 子 F e HS 。吸附 的 HS 一、 S ～ 使 金 属 的 电位 移 向 负值 ， 促 进 阴极 放 氢 的加 速 ， 而 氢 原 子 为 强 去 极 化 剂 ， 易在 阴极 得到 电子 ， 可 大 幅削弱 铁原 子间金 属键 的强 度 ， 进一 步促 进 阳极溶 解 而使钢 铁腐 蚀 。 在 H S腐蚀 引起 的 管道破 坏 中 ， H s应 力 腐蚀 开裂 造成 的破 坏 最 大 ， 所 占 比例 也 最 大 。金 属 管道 在应 力 和特定 的环境 介质 共 同作 用 下所产 生 的低应 力脆 断 现象 ， 称 为应力 腐蚀 开 裂 S S C C 。输 送 介质 中酸性 H s含量 超过 临界 值和 拉应 力 的存在是 S S C C产 生 的条件 。 自 2 0世 纪 5 O年代 发现 由于 硫 化 物 的存 在导 致 了诸 多 油 田管 道 发 生 断 裂 以来 [ {{ ， 这 种腐 蚀 破坏 才被 定 性 为 硫化 物 S S C C。油气 管 道 硫 化物 S S C C过 程 是 一 个 复 杂 的 过 程 ， 它 涉 及 电化 学 、 力学 以及金 属物 理等 多个 层面 。首 先 ， 该 管道 表 面 比较 粗糙 ， 存 在 划 痕 、 凹坑 和钝 化 膜 的不 连 续性 ， 由于其 电位 比其 它 部 位 低 ， 存 在 电化 学 的不 均 匀 性 而 成 为腐蚀 的活 泼 点 ， 以致 成 为裂 纹源 。在 H S的 作用下 ， 发 生如 下 反应 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 0年第 3 9 卷 F e Fe 2 e 阳极 H2 S HHS 一 阴极 H S H ’ S 2 H 2 e H 十 由于 H 的存 在 而 消 除 了 阴极 极 化 ， 有 利 于 电 子从 阳极流 向阴极 ， 加强 了腐蚀过 程 ， 即氢去极 化腐 蚀 。这 些裂纹 源在 电化学腐 蚀和 制造过程 中产 生的 高应力 作用下很 快 形成 裂 纹 ， 这 时应 力 集 中 于裂 纹 尖 端 ， 起 到撕破 保 护膜 的作 用 。在 应 力 与腐 蚀 的 交 替作 用下 ， 致使裂 纹 向纵 深方 向发展 ， 直至 断裂 。 1 ． 2 ． 3物 理 冲刷 形 成 的腐 蚀 冲刷腐 蚀 又称 为磨 损 腐蚀 ， 是 金 属表 面 与腐 蚀 流体之 间 由于 相 对 高 速 运 动 而 引起 的 金 属损 坏 现 象 ， 是材料 受 冲刷 和腐蚀 交互作 用 的结 果 ， 是一种危 害性 较大 的局部腐 蚀 。冲刷腐蚀 在石 油 、 化工 、 水 电 等工 业过程 中广泛存 在 ， 暴露 在运 动 流体 中的所 有类 型的设备 ， 都 会 遭受 到 冲刷 腐 蚀 的破 坏 。在含 固相颗粒 的双 相流 中 ， 破坏更 为严 重 ， 它将 大幅缩 短 设 备 的寿命 。 多相 流冲刷腐 蚀是 一个 非 常复 杂 的过 程 ， 主 要影 响 因素可分 为流体力 学 因素 、 材料 因素 、 两相 流 体 中的 固相 颗粒 因素 、 液相 方 面的因素 等 4 个 方面 ， 这 些 因素交织 在一起 ， 影响材 料 冲刷 腐蚀性 能 。 冲刷能加速传质过程， 促进去极化剂 如氧 到 达材 料表 面和腐蚀 产 物 脱 离材 料 表 面 ， 并 且 会 刮去 钝化 膜 ， 从 而 加 速腐 蚀 。此外 ， 冲刷 的力 学 作 用 是产生磨 痕 或 冲蚀 坑 ， 若来 不 及 修复 则 露 出新 鲜 的活性金 属表 面 ， 使 痕 内外 构 成 腐蚀 原 电池 而进 一 步加速腐 蚀 。即使 不存 在 表 面膜 ， 摩 擦 或 冲刷 除 去 腐蚀 产物 也会露 出新表 面 ， 磨 损会增 加表 面粗糙度 ， 还会 使表层 发生 塑性 变 形 、 位 错 聚集 或诱 发 微 裂纹 使之处于高能区， 在腐蚀原 电池中成为阳极区， 从而 加速材料 的腐蚀 。 2防护对策及展 望 2 ． 1 外腐蚀防护措施 2 ． 1 ． 1 方 法 1 合理选 材 “ 钛 及镍 铝合 金 的耐腐 蚀 性 最 好 ， 铸 铁和碳 钢较 差 ， 铜 基 合金 如 铝 青铜 、 铜 镍 合 金也 较耐蚀 。不 锈钢虽 耐均匀 腐蚀 ， 但 易产 生点蚀 。 2 电化学保 护_ i ～ 阴极保 护 是 防止 海水 腐蚀 常用 的方法 之 一 ， 但 只是 在 全浸 才有 效 。 可 在船底 或海水 中金 属结 构 上 安装 牺 牲 阳极 ， 也 可 采 用外加 电流 的阴极保护 法 。 3 涂 层保 护『 1 在 钢材 上加 保 护层 既可 以节 约材料 ， 又 可达 到高 防 护 性能 。随着 抗静 电涂料 和 重防腐 蚀涂 料 的问世 与 不 断发 展 ， 涂 层 防护 技术 愈 来 愈被 白化行 业 所重 视 。工 程 中 ， 一般 采 用 耐腐 蚀 性 较高 的合金 钢贵 金 属 如铁 、 镍 、 铬等 、 涂料 涂 层 或 其他非 金属材 料作保 护层 。在钢 材表 面进 行热 喷 涂 Al 或 A1 系 粉芯 丝材 可 以起 到很好 的防护 效果 ， 其 使 用 寿命 可 提 高 1 0倍 以上 。若 在 粉 芯 中加 人 A1 2 0 3 、 N i 以及 微量稀 土元 素 ， 其 防腐效果 会更佳 。 2 ． 1 ． 2 不 同区域 的特 殊 保 护 根 据不 同的腐 蚀 环境 ， 在 某 个 区域可 采 用一 种 或 多种防腐 蚀方法 来达 到最佳 的保 护效果_ 5 ] 。 1 滩 涂区滩 涂 区 的防 腐蚀 应 采用 阴极保 护 和涂层 相结 合的方 法 。 2 海洋 大气 区 海 洋 大气 区的 防腐 蚀 多采 用 涂层 保护 ， 也 可采 用 镀 层 保 护 或 喷 涂 金 属 层保 护 。 在结 构设 计时 ， 应 尽 量 采 用无 缝 、 光 滑 的 管形 构件 ， 应选 用耐 大气腐 蚀 的材 料 ， 如 海上 平 台的生 活 模块 应尽 量采用 铝合 金 、 工程 塑料及 其他 非金属 材料 ； 导 管架 、 甲 板 、 支 撑 件 和 钢 桩 应 选 用 类 似 于 AS T M A 5 3 7 A C 1 1钢较为合 适 。 3 飞溅 区特殊保 护对 海洋 金属构 件 ， 飞溅 区 的腐蚀 是最 为严 重的 。当其他 方法 还不能 确保成 功 之前 ， 增加结 构壁 厚或 附加 防腐 蚀 钢 板 是飞 溅 区有 效的 防腐蚀措 施 。至今 ， 为 了防止腐蚀 失效 ， 有关规 范仍要求 飞溅 区结 构 要有 防腐蚀 钢 板 保 护 ， 厚 度 达 1 3 ～l 9 mm， 并 且 要 用 防腐 层 或 包覆 层 保 护 。含 有 玻璃 鳞 片或玻璃纤 维 的有机 防腐层 可用 于对飞溅 区 结构进 行保 护 ， 其膜 厚 度 为 l ～5 mm， 厚 度为 2 5 0 ～ 3 0 0 ff m 的重 防腐 涂 层 在 平 台 飞溅 区 也能 维 持较 长 的时 间 。 比较 经典 的防护 措施 是使 用包 覆层 。7 O ／ 3 0 Ni C u合金或 9 0 ／ 1 0 Cu Ni 合 金 已有 较 长 的使 用 历史 。 用箍扎 或焊 接 的方 法把 这种耐 蚀 的合 金包覆 在飞溅 区的平 台构件 上 ， 有 很 好 的 防腐蚀 作 用 。但 由于容 易 受 冲击 破坏 ， 并且 材料 和施 工 费用较 高 ， 现 已较少 采 用 。包覆 6 ～ 1 6 mm 的 硫 化 氢 丁橡 胶 效 果 也 很 好 ， 但 不能 在施工 现场 涂敷 ， 应用受 到一定 的限制 。 热涂 层 在海 洋 大气 中很 好 的 防腐 效果 ， 在 飞溅 区也有 较好 的防腐 作用 。通 常在其表 面上要 涂封 闭 层 。对 飞溅 区进行 保 护 时 ， 必须 了解 金属 构 件周 围 的风浪情 况 ， 准确确定 飞溅 区 的范 围。 4 全浸 区 全 浸 区 的防 腐 蚀应 采 用 阴极 保 护 与涂层 结合 或单独 用 阴极 保 护 。当单 独采用 阴极保 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 鞠虹 ， 等 油气集输管 道在海洋环境 中的腐蚀 与防护 4 5 护时 ， 应考 虑施 工期 的 防腐蚀 措施 。在结构 设计 上 ， 形 状应 尽 量简 单 ， 宜 选用 环 形 断 面 ， 避 免 L型 、 T 型 断面 ， 不要设 螺 栓或铆 钉 。焊 接要 采 用连续 焊 ， 要特 别重视 焊缝 质量 。结 构设 计 还要 尽量 避免 产 生 电流 屏蔽现 象 ， 施工 完毕 后不 需要 的管 子应 尽量 拆 除 。 2 ． 2 内腐蚀 防 护措施 2 ． 2 ． 1 采 用耐 腐 蚀 合 金 钢 油气 田工业 中主要 采用 碳钢 和低 合金 钢 。近 年 来 ， 耐 蚀 性 能 较 好 的 马 氏体 1 3 C r不 锈 钢 、 2 2 2 5 C r 双相 不 锈 钢 等 在 含 C O 的油 井 中 的应 用 也 在 逐 渐 增 多E ， ] 。 直到 2 O世 纪 5 0年 代末 ， 输 送管 道 用 钢 一 直是 碳锰硅 型 的普通 碳 钢 ， 随着 管道 断裂 事故 的发 生 ， 为 了提 高材 料 的综 合 性能 ， 认 为应 控制 含碳 量 ， 就 以锰 代碳 ， 进一 步提 高 了管 道 的强 度 。后 来 美 国开 始 以 钒 、 铌 、 钽 作 为钢材 的增 强 剂 ， 发 展 了按 AP I 标 准 划 分等 级 的 X5 6 、 X 6 0 、 X 6 5号 钢 ， 广 泛 用 作 输 送 管 道 钢 管 。上 世 纪 7 0年 代 以来 ， 推 出 了 锰一 钼一 银 型 的 X7 D号钢 ， 碳质 量 分 数 控 制 在 0 ． 2 3 以下 ， 具 有 较 好 的综 合质 量指 标 ， 并 可 用 于 低 温 条 件 下 。在 国外 用 这种 钢材 制造 的钢 管 已广泛 用 于输送 管道 。我 国 管 道直 径一 般小 于 1 0 0 0 mm， 在保 证 管道 最小 完全 壁 厚 的前提 下 ， 采 用 AP I X5 6 一 X 6 5强 度 级 别 的钢 管 再 加上 适 当的 防腐 蚀 措 施 ， 一 般 就 能 满 足 需 求 。近 来 ， 日本 发 明 了 T S 5 2 K 新 型 的 控扎 管 道 钢 板 ， 用 于 制造 油气 管道 中 C O 等 介质腐 蚀 严重 的地 方 。 1 马 氏体 不锈 钢 常 用 的马 氏体 不 锈 钢碳 质 量分 数 为 0 ． 1 ～ 0 ． 4 5 ， 铬 质 量 分 数 为 1 2 9 ／ 6 ～ l 4 9 ／ 6 ， 属 于铬不 锈 钢 ， 通 常所 说 的马 氏体不 锈钢 指 的 是 C r l 3不锈 钢 。这类 钢 常用 的典 型钢 号 有 1 C r l 3 、 2 C r l 3 、 3 C r l 3和 4 C r l 3等 ， 其 特 点 是 既 有 较 好 的 强 度 又具有 耐 蚀性 。耐 蚀 原 因主 要 是 由于 钢 中加 入 铬 ， 提高 了 电极 电 位 ， 从 而 使 钢 的 耐 蚀 性 能 大 幅 提 高 ， 尤其 是铬 质 量 分 数 超 过 1 1 ． 7 时 ， 绝 大 部 分 铬 都溶 于 固体 中 ， 使 钢 电极 电位跃 增 ， 基体 的电化学 变 化 缓慢 ， 当金 属表 面被 腐蚀 时 ， 会形 成一 层 与基体 金 属 结合 牢 固的钝 化膜 ， 使腐 蚀 过程 受阻 ， 进 而提 高 了 钢 的耐蚀 性 。 由于 碳 质 量 分 数 越 高 其 耐 蚀 性 越 差 ， 因 此 ， 1 C r l 3和 2 C r l 3的 耐 蚀 性 优 于 3 C r l 3和 4 C r l 3 ， 常 用 1 C r l 3和 2 C r l 3 作 为 耐蚀 的结 构钢 来制 造含 C O 等介质 的钢管 。 2 铁 素体 不锈 钢 常 用 的 铁 素 体 不 锈 钢 的碳 质量分 数低 于 0 ． 1 5 ， 铬 质 量 分 数 为 1 2 ～ 1 3 ， 也 属 于 铬 不 锈 钢 ， 其 典 型 钢 号 有 0 Cr l 3 、1 Cr l 7 、 1 C r l 7 T i 、 1 C r 2 8等 。由于 碳 质 量 分 数 降 低 ， 铬 质 量 分 数又 相应 地提 高 ， 其 耐蚀 性 、 塑性 以及 焊接 性均 优 于马 氏体不 锈钢 。对 于 高铬 铁 素 体 不 锈 钢 ， 其 抗 氧 化 性介 质腐 蚀 的能力 较强 ， 随铬质量 分 数 的增 加 ， 耐 蚀 性会 进一 步提 高 ， 但 这 类 钢 的 强度 比 马 氏体 钢 的 强 度低 。因此 ， 选 材 时应 根 据 强 度 和耐 蚀 性 两 方 面 综 合考 虑 。 3 奥 氏体 不锈 钢 在 C r 质 量 分 数 1 8 的 钢 中加 人 8 ～1 0 的 Ni ， 就是 1 8 8型 的奥 氏体 不 锈 钢 ， 典 型钢号 1 C r l 8 Ni 9 。 由于 Ni 的加 入 ， 扩大 了 奥 氏体 区域 ， 从 而在 室 温 下 就 能 得 到亚 稳 的单 相 奥 氏体组 织 。这类 钢 中含 有 较 高 的镍 和 铬 ， 因而 具 有 比铬不 锈 钢更 高的化 学稳 定性 ， 有 更好 的耐蚀 性 ， 而 且 钢 的冷 加工性 和 焊 接 性 也很 好 ， 是 目前 制 造 输 送 油气管 道 应用 最广 的一类 不 锈钢 。在 有应力 的情 况 下 ， 在 某些 介质 特 别是含 氯 化物 的介 质 中 ， 常产 生应 力腐蚀 破 裂 ， 而且 温度越 高 越 明显 。 4 双相不 锈 钢 所谓 双 相 不 锈 钢 是 在其 固溶 组织 中铁 素体 相与 奥 氏体 相 约 各 占一半 ， 一 般含 量 较少 的相 质量 分 数 也 需 要 达 到 3 0 。在 含 C较 低 的情 况下 ， c r 质量 分 数在 1 8 ～2 8 ， Ni 质 量 分数 在 3 ～ 1 0 ， 有些 钢 还 含 有 Mo 、 C u 、 N b 、 T i 、 N 等 合金 元 素 。该 类钢 兼 有奥 氏体 和铁 素体 不锈钢 的特 点 ， 与铁 素 体 相 比， 塑 性 、 韧性 更 高 ， 无 室 温脆 性 ， 耐 晶间腐蚀 性 能和 焊 接 性 能均 显 著 提 高 ， 同 时 还 保 持有 铁素 体不 锈 钢 的 4 7 5。 C脆 性 、 导 热 系 数 高 以 及 具有 超 塑性 等特 点 。与 奥 氏体 不 锈 钢 相 比， 强 度 高且耐 晶 问腐蚀 和 耐 氯 化 物应 力 腐 蚀 有 明 显 提 高 。 双相不 锈 钢具有 优 良的耐孔 蚀 性 能 ] ， 也 是一 种 节 镍 不锈 钢 。 2 ． 2 ． 2 改 变 金 属 的 使 用 环 境 __ 1 j 1 乙二醇 和 甲醇 的作 用 油 气 管 道 中 的冷 凝 水是 产生 管 内腐蚀 的直 接 因素 ， 但 向管 内加 入 单 乙 基甘 醇 ME G 、 二 乙基 甘 醇 D E G 和 甲醇 ， 能 够 冲 淡游 离水 并 防止水 合 物 的生 成 ， 从 而 降低 腐蚀速 率 。 在 实践 中 ， 乙二醇 和一 些缓 蚀剂 也可结 合起 来使 用 。 由于许 多腐 蚀数 据都 是