油气集输管道腐蚀机理及防腐技术

刘美玲

【摘要】在油气开采与运输的过程中，金属管道的内壁普遍容易发生腐蚀，若遇上多相流的恶劣工况，涂层和缓蚀剂还有可能失效。为解决油气水运输时会普遍碰到的多相流恶劣工况，本文对金属管道的腐蚀机理做了细致的分析，同时也阐述了几种防腐效果较好的手段。金属管道其腐蚀大致有土壤腐蚀、二氧化硫腐蚀、二氧化碳腐蚀、硫化氢腐蚀等几种。而防腐手段主要有管道外涂层技术、阴极保护技术、内涂层及衬里防腐技术、缓蚀剂防腐技术等。本文所讲述的腐蚀机理及防护技术对于管道的铺设及防腐具有重要的指导意义。

【关键词】油气集输 多相流 内腐蚀 防腐技术

我国对油气资源的消耗不断飙升，因而所需运输管路也随之猛增，然而金属管路容易被侵蚀的问题大大危害了油气资源的运输，也给国家带来了很大的物质伤害。管路侵蚀带来的主要影响有危害地面装置及管路，生产中断，冒油、跑油、滴油、漏油甚至发生燃烧、爆炸等严重危害，不利于环保，浪费油气资源；，危害员工生命安全等。所以，全面了解侵蚀发生原因及提出有效的防腐手段影响深远。习惯上将管路内侧发生的侵蚀与外侧发生的侵蚀简单的记为内侵蚀与外侵蚀。本文将重点阐述内侵蚀与外侵蚀的侵蚀发生原因和有效的预防侵蚀的措施。

1 金属管道的腐蚀机理1.1 外腐蚀

金属管路其外侵蚀就是说金属管路在附近的物质的长期接触下，被其侵蚀产生反应、形成原电池侵蚀及单纯溶解从而损害管路的外侧面。这种腐蚀主要有两种，对埋在地下的管道，其外腐蚀大多是土壤导致的，土壤是由液、固、气三相构成的复杂体系。其中富含空气与水，而水将土壤变为导体。氧的存在及扩散造成了氧浓度不均，从而构成氧浓度差原电池，此类化学原电池使管路侵蚀更甚。土壤侵蚀管路的方式有形成微电池发生的侵蚀、形成宏观电池发生的侵蚀，不同金属形成的宏观电池和微生物的侵害。

而海底管路的侵蚀大多是海水造成的的电化学侵蚀。海洋油田的运输管路在海中长期浸泡。当金属管路接触电解质溶液（海水），金属表面各区域的材质差异性使得其表面不同区域有了不一样的电位。而这些电极电位又依靠金属自身的电量连接，在有导电能力的海水中形成了整个电路，我们叫它原电池腐蚀。它将使得金属外侧面出现大面积侵蚀或者小部分的侵蚀。

1.2 内腐蚀

在油气集输过程中，同时存在H2S，SO2，CO2，O2等气体及气田卤水等，而它们会和管路内侧面形成复杂的作用，导致管路内侧面被侵蚀。另外多相流对管路的冲击也占了金属管路内侵蚀的一部分。

（1）硫化氢（H2S ）对金属管路的侵蚀。硫化氢遇到水很容易分解从而形成电离反应使金属管路中的铁发生离子化且产生氢气进而发生氢脆，当有氧气存在时，会产生金属硫化物。

硫化氢不只是可以导致化学性的侵害，其侵蚀的产生物硫酸可以继续反应导致电化学的侵害。而且硫化氢也能造成氢脆。研究表明，若钢材缺陷处存在一定量的氢元素，就能累积得到氢气。有文献计算了氢脆带来的伤害，氢脆产生的氢气其强度能高到300MPa，可以造成管路变脆，导致部分管路形成塑性形变，形成裂纹最后开裂损坏。

（2）二氧化硫（SO2）腐蚀。二氧化硫和铁、氧气作用得到硫酸亚铁（FeSO4），其发生水解反应得到氧化产物与游离的酸，然而游离酸又会加剧了侵蚀的发生，得到新产生的硫酸亚铁，新产生硫酸亚铁又发生了水解，这样的恶性循环，更加剧了管路的侵蚀作用。

（3）管内多相流体冲击作用。简单的冲击磨擦损害是气液里的固相含量对管路的磨损冲击过程。而多相流中包括砂粒、气体、流体及碎屑等，所以也有冲击磨蚀作用，不过这类冲击磨蚀常常出现在侵蚀的条件中，所以就出现了侵蚀及冲击的交互影响，称冲蚀性侵蚀。此时，管路内侧面侵蚀并非冲击与磨蚀的单纯组合，而是极其错综的，汽泡和固体颗粒均能对管路内侧面发生冲蚀作用，撞击腐蚀物使之掉落，也能直接冲击表面导致磨损。

2 金属管道防腐技术

2.1 外防腐技术

2.1.1 金属管路外侧防腐蚀涂层

外侧防腐蚀涂层技术是说在金属管路的外侧面涂刷上防侵蚀的涂层，将其和腐蚀介质分隔开，起到防腐作用。目前我国防腐涂层业发展迅速，而环氧涂层（（FBE）是现今公认的一种金属管道高效防腐涂层，其物理化学性质比沥青涂层与煤焦油涂层优越很多。该涂层由环氧树脂材料及固化剂配合而成，它粘结性能强，涂层致密且表面粗糙度低，并能耐盐碱腐蚀。2.1.2 阴极保护技术

阴极保护是预防金属材料在电介质中发生腐蚀的电化学保护手段，其基本原理是将易腐蚀的金属变为化学电池的阴极，并施加直流电流，使其发生阴极化，若易腐蚀的金属其电位值小于某特定电位值，则金属表面

的电位不均就会消失，阴极被腐蚀的现象得

到有效控制，进而保护了金属材料。

2.2 内防腐技术2.2.1 缓蚀剂技术

缓蚀剂可以缓解金属及合金被腐蚀的现象，改变其物理机械性能。因而被普遍应用在油田现场。但缓蚀剂作用机理目前还未形成一致的理论，主要有成膜理论、吸附理论和电化学理论等。缓蚀剂并不减少介质中腐蚀组分的含量，而是改善易腐蚀金属表面的状态，或者是起一个催化作用，减小反应速率常数，降低腐蚀反应的速率以期达到缓蚀。其用量非常少但效率很高，能大量减少钢材损耗，延长其使用寿命。2.2.2 内涂层及衬里防腐技术

内侧加涂层防侵蚀同样是常用的一种内侧面防侵蚀技术，它的防腐机理是在侵蚀性物质与金属管路内侧面间制造一个隔离凃层面，预防侵蚀的发生。使用内侧面涂层防侵蚀可以显著减少内侧面侵蚀，有效增加了油气运送效率。玻璃钢复合材料也是一种高效衬里材料，拥有玻璃钢的耐侵蚀性能及钢管的高强度，特别适用于高温高压的运输管道。

3 结束语

油气资源运输管路的防侵蚀工艺要依照输运的油气产品其接触的腐蚀物质的种类及运输管路客观接触的外部条件来确定。目前国内的金属管路防侵蚀技术大多是涂层防侵蚀技术，也有的采用阴极化保护，还有些并未使用阴极保护。因为电化学腐蚀严重危害运输管道，我国必须加大阴极化保护的推广力度。把涂层防侵蚀技术和阴极化保护奉为防侵蚀的主要手段，如此才可以有效的延长管路的工作时间。未来，努力的重点要放在防侵蚀新技术及新材料的开发上，争取研制出防腐性能好、造价低廉、适合普及的金属管道防腐技术。

参考文献

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[2] 崔斌，武国军，赵锐，油气集输管道内腐蚀及内防腐技术[J].石油化工设计，2007，24（1）：51-54