长输油气管道腐蚀机理及防护技术分析研究

黄海波 李庆敏

摘要：随着我国工业化和经济建设的持续快速发展，对于油气资源的使用量也与日俱增，长输油气管道作为主要的油气传输方式，其运行安全事关油气资源的安全稳定，也关系到社会稳定与人民生命财产的安全。油气管道的腐蚀不仅减少管道的使用寿命，严重时还会导致油气泄漏，造成火灾、爆炸、环境污染等重大灾难性事件。因此，研究油气管道腐蚀机理，从而改进油气管道的保护技术就显得至关重要。这篇论文主要介绍油气腐蚀机理，并对目前的防腐蚀技术进行了详细的介绍和分析，对解决长输油气管道腐蚀防护问题具有良好的参考和借鉴意义。

关键词：长输油气管道;腐蚀机理;防护技术

中图分类号：TE988.2文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）11-0033-05

近年来，随着我国工业现代化的突飞猛进和经济建设日新月异的发展变化，对油气资源的需求量呈持续快速增长趋势。由于油气资源的产源地多位于我国西北部与西南部的沙漠，盆地等区域，而油气资源的大规模使用多集中于我国东南部沿海地区的工业厂矿，企事业单位和城镇居民用户等等。因此，往往需要跨越数千公里将油气资源从产源地运输至使用地。油气资源的长距离运输方式可采用天然气槽车，油罐槽车或长输油气管道，天然气槽车和油罐槽车因为其运输成本高，运输稳定性较低，且运输途中安全性不高，不适宜作为油气资源长距离运输的首要之选。目前使用最为广泛的油气资源长距离运输方式为长输油气管道输送，具有：①输送高效快捷;②综合成本较低;③安全环保;④不受各类地形条件的限制，具有广泛适用性。由于长输油气管道运输距离可长达上千公里，途中经过的环境地貌非常复杂，各种环境与人为因素的影响众多，而埋设在地下的油气管道多采用中低碳钢材质，在土壤，自然环境因素长期作用下，往往会在油气管道的表明和内部产生腐蚀现象，一旦腐蚀现象发生，会使管道力学强度降低，使用年限变短，严重的腐蚀还会导致管道穿孔，破裂，引发油气泄漏，随着近年来长输油气管道日益呈现大直径、高压化、网格化的趋势，且长输油气管道穿过城镇、村落等人员和建筑密集區域的现象日益增多，如果油气管道在上述地区发生腐蚀损坏，短时间内大量油气混合物的逸出，极易引发火灾，人员中毒等重大安全事故。近年来，因管线腐蚀，油气泄漏导致的重大事故屡见不鲜，如2003年重庆开县地区发生的导致周围施工的民工村民死亡243人，中毒1700余人的高压天然气管线泄漏惨痛事故，以及2013年青岛黄岛区致使62人丧生，200余人受伤的重特大油气管道爆炸事故。因此，研究管道防腐蚀技术，提高管道耐腐蚀性能，就显得尤为重要。而对于腐蚀机理的完整和彻底的认识，将成为我们系统的掌握腐蚀防范技术，将油气管道腐蚀的风险降至最低程度的基础和先决条件。

1长输油气管道腐蚀机理

1.1长输油气管道腐蚀概述

长输油气管道主要材质为中低碳钢，在长期的使用过程中，主要发生以下两种腐蚀过程，一种是受土壤环境，温度，雨水，大气等自然条件的影响，以及人为因素的破坏，造成外防腐层剥离破坏，管道遭受外腐蚀，二油气中的杂质及加入的含硫化合物也对天然气管道产生管道内腐蚀，造成管线漏气。

1.2长输油气管道外腐蚀

长输油气管道外腐蚀主要是管道材质在土壤介质中，在土壤中的碳，水分，无机盐的共同作用下以及与空气，雨水中的酸碱性物质等的接触中产生的化学和电化学腐蚀的结果。油气管道外腐蚀可分为：

1.2.1空气腐蚀

管线裸露在空气中，与空气中水，氧气，二氧化碳等相互作用，产生的腐蚀就是空气腐蚀。大气中的水蒸气遇到低温的金属管线，会在其表面凝结一层水膜，空气中的氧气，二氧化碳等溶解在水膜中。就像是电池的电解液那样，从而在管道表面产生电化学腐蚀

1.2.2土壤腐蚀

土壤是一种多相态复杂混合物，各种相态包括空气、水和无机盐类，具有电解质的性质和特征。因此油气管道裸露的金属表面在土壤作用下逐渐发生腐蚀反应。土壤腐蚀分为：①微观电池腐蚀：由于制管时的缺陷，导致金属内含有或夹杂着像熔渣、焊缝、氧化膜等（锈、扎屑）等不均匀杂质。这些含有不均匀杂成分的金属管道在土壤环境中，就像组成原电池正负极的金属那样，产生电位差而形成腐蚀电池。如钢管焊缝熔渣和钢管主体金属材料之间的电位相差约0.25-0.30V;②宏观电池腐蚀：当管道穿越的土壤区域随着自然环境的变化很大，或者不同区域土壤之前存在较大的物理化学性质差异时，有些条件效应就会在宏观电池腐蚀中产生决定性作用。比如：土壤的盐含量和通透性（含氧量）对管道腐蚀具有很大影响，并且直接或间接影响地下管线电位。在含盐量高的土壤中，管地电位比在含盐量低的土壤中要低一些。在盐浓度较高的土壤中敷设的管道，其材料表面腐蚀的程度较之铺设在盐含量较低的土壤中的管道相比更加严重。若一长段油气管道一部分敷设在低盐的土壤中，而另一部分敷设在高盐的土壤里时，就好比用一段金属导体将不同浓度的电解质相连接形成一个原电池。这种由含盐量高低的土壤形成的浓差电池。其电流大小通常取决于电解质的离子浓差。同样，在低通透性的土壤环境中，管体与周围环境之间的电位差要低于高通透性的土壤环境。对于大口径地下管道，管顶的土壤透气性好，干燥，管底的土壤透气性差、潮湿，因而管底的管地电位常常低于管顶的管地电位，管底部形成阳极区而发生腐蚀。实际测试中，我们也会发现同一管段穿越不同土壤测得的电位存在差异。有资料表明，当土壤湿度不同，穿过不同湿度土壤的管线间的电位差可达0.2～0.3V。特别是当各管段穿越的土壤通透性不同时，往往会形成较高的电位差。在地下长输油气管线中，所构成的原电池电极间距离往往比较远，甚至可达数公里至十余公里。故称其为宏观电池。对土壤腐蚀性强度的判定，一般以含氧量、PH值和土壤电阻率为依据。有专家指出：土壤电阻率是衡量土壤腐蚀特性的重要指标，土壤电阻率与腐蚀性的关系见表1所示。

1.2.3细菌腐蚀（微生物腐蚀）