花土沟地区土壤腐蚀性分析*

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(1.青海油田钻采工艺研究院，甘肃 敦煌 736202； 2.青海油田采油一厂，甘肃 敦煌 736202)

花土沟地区位于柴达木盆地西北部，是青海油田主要原油生产基地，分布有尕斯库勒、花土沟、昆北、英东及南翼山等主力油田。目前，花土沟地区已建成输油管道累计长度近500 km，建成各类集油干线和支干线管道累计长度近300 km,建成污水主干管道累计长度近50 km,建成注水主干管道累计长度近150 km。

土壤腐蚀是集输管道外腐蚀的主要形式，从腐蚀形式上看主要有土壤本身对管道的腐蚀和土壤中存在的杂散电流对管道的腐蚀。从腐蚀机制来看，主要有电化学腐蚀、杂散电流腐蚀及细菌腐蚀等。盐渍土由于盐含量高、Cl-含量高和土壤电阻率低等特点,对油田埋地管道具有较强腐蚀性。该文针对青海油田花土沟地区集输管线的土壤腐蚀环境进行检验和分析，确定该地区盐渍土对埋地集输管道腐蚀性高低，并在杂散电流多发位置进行了干扰测试，确定杂散电流干扰情况，检验目前管道防腐蚀设计合理性，同时为油田集输管线防腐蚀设计提供数据支撑。

1 土壤腐蚀

土壤是多相物质的复杂混合物，颗粒间充满空气、水和各种盐类，使土壤具有电解质特性，土壤中的腐蚀物质与管道本体接触时便会对埋地管道发生腐蚀。表征土壤性质指标的各种参数均会对管道金属的腐蚀产生影响，如土壤pH值、氧化还原电位、土壤电阻率、含盐种类和数量、水含量、孔隙度、有机质含量、温度、细菌及杂散电流等，其中pH值、土壤电阻率、含盐种类和数量是主要因素。这些因素共同作用决定了土壤对管道的腐蚀性，同时各种因素相互影响共同作用，例如土壤水含量既影响土壤导电性又影响氧含量，土壤越干燥，盐含量越少，土壤电阻率越大；土壤越潮湿，含盐量越多，土壤电阻率就越小。电阻率减小，土壤腐蚀性增强。

埋地管道裸露的金属与土壤中的电解质接触便会产生电化学腐蚀电池，可分为微观腐蚀原电池和宏观腐蚀原电池。微观腐蚀原电池是因钢管表面状态所形成的腐蚀电池，如管道缺陷、夹杂等，当这些部位与土壤接触时，由于电极电位差而构成腐蚀电池；宏观腐蚀原电池是因土壤介质差异或是管体防护层不同引起的腐蚀电池，如土壤的盐含量、氧含量、透气性和防腐蚀层保护性差异等，它们的浓度对管材或土壤的电极电位值影响很大，当这些参数差别较大便会引起宏观腐蚀电池。土壤腐蚀阳极过程为金属溶解释放出电子，阴极过程为氧的去极化过程。土壤腐蚀形式主要有充气不均匀引起的腐蚀、杂散电流引起的腐蚀和微生物引起的腐蚀[1]。

1.1 氧浓差腐蚀

金属管道通过结构、潮湿程度不同的土壤或埋地管线，覆土深度发生变化时氧到达难易程度不同，空气在土壤中含量不均匀导致管道不同位置氧浓度不同，形成氧浓差腐蚀电池。氧含量低的位置作为阳极，氧含量高的位置作为阴极。

1.2 杂散电流腐蚀

杂散电流腐蚀是大地中存在的电流对管道产生的腐蚀，是一种外界因素引起的电化学腐蚀，其腐蚀性要强于一般土壤腐蚀。对于防腐蚀层管道，杂散电流可在防腐蚀层破损的某一点流入管道，然后沿管道流动，在另一防腐蚀层破损点流出，从而引起腐蚀。这些杂散电流源主要有阴极保护设施、交直流高压输电系统接地极等。杂散电流腐蚀中，金属发生氧化反应从而发生腐蚀,电流流出的部位为腐蚀电池的阳极区。

1.3 微生物腐蚀

微生物腐蚀是指在特定条件下土壤中存在的细菌等微生物参与金属管道腐蚀的过程，从而加速管道在土壤中腐蚀的现象。微生物腐蚀并非细菌本身对金属产生侵蚀作用，而是细菌生命活动的结果间接对金属腐蚀电化学过程产生影响，例如细菌代谢产物有腐蚀性、细菌活动改变氧浓度、盐浓度及pH值等。常见腐蚀性细菌有嗜氧的硫杆菌、铁细菌及厌氧的硫酸盐还原菌等。有一些特殊的细菌是依靠石油沥青作为养料，将沥青“吃掉”，从而导致石油沥青防腐蚀层丧失防腐蚀功能。

2 花土沟地区土壤腐蚀性

花土沟地区地形呈戈壁荒漠和丘陵状态，土壤类型主要为盐渍沙土，由于气候干燥水含量低，盐含量高，细菌不易存活，故在土壤腐蚀性检测中仅考虑土壤本身对管道的腐蚀和土壤杂散电流腐蚀，细菌腐蚀不予考虑。

2.1 土壤腐蚀性检测及评价

为了准确检测花土沟地区埋地管道土壤腐蚀性，分别在油田不同区块集输管道经过的丘陵、戈壁、沙漠和重盐渍土等位置对土壤进行取样和实验室化验，检测土壤水含量、土壤盐含量、土壤Cl-含量和pH值。同时在取样现场对土壤电阻率、自然腐蚀电位、氧化还原电位和pH值进行测试。检测完成后按照GB/T 19285—2014《埋地钢制管道腐蚀防护工程检验》标准[2]，对花土沟地区不同区块土壤腐蚀性进行评级。

表1是花土沟地区集输管道不同位置土壤腐蚀性评级结果，虽然土壤盐含量和土壤Cl-含量较高，但受到土壤水含量低和土壤pH值较高的影响，花土沟地区盐渍土土壤腐蚀性处于2级(较弱)至3级(中等)之间。整体来看，花土沟地区盐渍土土壤腐蚀性不高。

表1 不同区块土壤腐蚀性评级

目前，花土沟地区管道外防腐蚀系统按照土壤腐蚀性等级4级“强”腐蚀性来设计，在土壤取样位置进行开挖检查，发现大部分管道防腐蚀层颜色、光泽无变化，未出现麻面、鼓泡及裂纹等情况，经电火花检漏仪检测未发现防腐蚀层漏损点。现场发现的少量防腐蚀层破损点均由施工中的擦碰导致[3]。

2.2 杂散电流测试

为检测土壤杂散电流对埋地管道的影响，在管道与高压线交叉点、站区旁边、井场变压器周边等易产生杂散电流位置以及不易产生杂散电流的空旷位置进行了管道杂散电流测试，并按照GB/T 19285—2014《埋地钢制管道腐蚀防护工程检验》标准进行杂散电流干扰评价。

图1是花土沟地区不同位置管地电位随时间变化情况，表2是杂散电流干扰评价结果。从检测结果来看，花土沟地区4个位置均存在一定程度的直流杂散电流干扰，干扰程度为“轻度”和“中度”，同时按照相关标准，管道并不需要采取排流措施。

用电设备附近和空旷位置均存在一定程度的直流杂散电流，并且管地电位随时间变化趋势一致，说明变压器等用电设备对管道杂散电流影响较小，管道中出现的直流杂散电流的来源是大地电流[4]。

表2 不同位置杂散电流检测结果

图1 管地电位随时间变化情况

3 结论与建议

(1)花土沟地区盐渍土土壤腐蚀性为2级“较弱”至3级“中度”之间，按照3级“中度”腐蚀性进行管道防腐蚀层设计能够有效保护管道免遭土壤腐蚀。

(2)花土沟地区管道存在轻至中度的直流杂散电流干扰，但无需采取杂散电流干扰排流措施，杂散电流来源为大地电流。

(3)在做好管道防腐蚀系统的同时，应加强施工管控，避免野蛮施工导致防腐蚀层破损，确保防腐蚀层质量。