输气管线腐蚀检测和监测方法研究

张斌斌

摘要：我国高含硫天然气资源十分丰富，在酸性气田的开采过程中，由于二氧化碳、硫化氢及元素硫等腐蚀介质的存在，会对地面集输管线造成严重的腐蚀，直接影响气田的安全、高效生产。HS和CO共存条件下的强腐蚀性对含硫气田的生产带来一系列困难，井下油套管、地面管网、净化设备面临着腐蚀的严重威胁，防腐成为了含硫气田开发最大的难题之一。开采过程中集输管线的腐蚀控制显得尤为重要，一旦集输管线由于腐蚀导致穿孔、破裂，发生天然气泄漏，不仅影响气田的正常生产，还会造成环境污染甚至灾难事故。因此很有必要对管线腐蚀检测和监测进行研究。

关键词：地面集输管线;HS;CO;

1.腐蚀评价执行标准

美国腐蚀工程师协会NACERP0775-2005-《油、气田生产中腐蚀挂片的准备、安装、分析以及试验数据的解释》中对腐蚀程度的划分进行评价，见表1。

2.腐蚀监测和检测

2.1常用腐蚀监测方法

通过在输气系统上选择合适的部位，以不同方式加注缓蚀剂或预膜，对比未加注与加注缓蚀剂后腐蚀速率、点蚀速率及水质的变化，可以直接评价缓蚀剂的缓蚀效果。缓蚀剂的测试评定是对比金属在腐蚀介质中，有无缓蚀剂时的腐蚀速率，进而确定缓释效率、最佳加注量以及最优使用条件。腐蚀监测指长时间对同一物体进行实时监视而掌握它的变化，气田集输系统腐蚀监测技术经过近二十年的发展，已形成了一系列的监测方法，例如：失重挂片法、电阻法、氢渗透法、线性极化电阻法、电化学噪音法、FSM法、电偶法、电位监测法等。

（1）失重挂片法

失重挂片法是一种经典的监测腐蚀速率的方法，这种方法是把己知重量、尺寸规格和材质类型的金属试片放入被监测系统的腐蚀环境中，在经过一定已知时间的暴露期后取出，仔细清洗并处理后称重，根据试片质量变化量和暴露时间的关系计算平均腐蚀速率。通过上述方法得到的是一段时间内总体平均腐蚀速率，该方法可以通过观察试后片的表面腐蚀形貌，分析其表面腐蚀产物成份，从而判定腐蚀的类型。

（2）电阻法

电阻法也被称为可自动测量的失重挂片法。电阻探针是通过测量在生产过程中的腐蚀环境中受到腐蚀的测量元件的电阻变化，来计算腐蚀程度。与失重挂片法相比较，电阻法可以连续测量，并可计算任一时间段内的累计腐蚀量或腐蚀速率。它是一种时实监测技术，由于其具有较高的灵敏性可以用于评价气相和液相中缓蚀剂的保护效果。

（3）线性极化电阻法

线性极化电阻法是应用电化学原理通过对腐蚀测试电极的腐蚀电位附近进行弱极化，利用其腐蚀电流与极化曲线在腐蚀电位附近的斜率Rp成反比的关系，测量腐蚀电流，计算腐蚀速率。线性极化电阻法的主要特点是能测定瞬时腐蚀速度，可以用于评价液相中缓蚀剂保护效果。

（4）氢渗透法

氢渗透法的基本原理是：腐蚀环境中的氢原子渗入钢制管壁后会结合成氢分子，通过对其压力的测量和计算，可得到氢原子对钢的渗透速率和渗透量。由于氢探针的测量结果不能直接计算得到腐蚀速率，因此氢探针应与其它腐蚀监测方法结合起来使用，只能将其作为在必要的位置选用的监测手段之一，不宜单独使用。

（5）电感监测法

这种方法与电阻法类似，也是一种插入式的监测方法。电感监测法所测量的是安装在腐蚀环境中的金属测量元件横截面积因腐蚀而减少所产生的电感的变化，从而计算出一段时间内金属测量元件的腐蚀速率。这种测量方法的灵敏度比电阻法高出许多，特别适用于需要对介质的腐蚀变化作出快速反应的环境，例如炼油厂的生产系统。在油气田集输系统适用于缓蚀剂的现场选择。电感法探针几乎能在所有的腐蚀环境中工作，特别是在多相或非电解质体系中。这种监测方法更换探针的费用相对电阻法较高。

（6）管道全周向监测方法

这类监测方法的特点是实现了对管道的全周向腐蚀程度的监测，能提供全周向的平均腐蚀速率，也能提供管道360°方向上任一方向的局部腐蚀速率。但是这种监测方法

的灵敏度较低，适用用于人工检测很困难的管道，例如海底管道或需要频繁清管的重埋地管道。目前有两种测试技术。一种是FSM，也叫指纹法，它是通过密布在管道外壁的灵敏电极来测量由于腐蚀引起的管道的电位场的变化，能对一般腐蚀监测方法无法安装的弯头和焊缝进行监测，能测量均匀腐蚀、点蚀和裂纹。另一种技术是CENION技术，通过测量管道360°环型的电阻变化来计算腐蚀速率，能测量均匀腐蚀、点蚀，其灵敏度相对FSM法高。由于这类测试技术的测试管段制作和测量设备以及数据计算分析软件开发费用过高，成本非常昂贵。

（7）清管器智能检测

管道内检测技术是将各种无损检测（NDT）设备加在岛清管器（PIG）上，将原来用作清扫的非智能改为有信息采集、处理、存储等功能的智能型管道缺陷检测器（SMARTPIG），通过清管器在管道内的运动，达到检测管道缺陷的目的。

2.2常用腐蚀检测方法

腐蚀检测指用制定的方法检验测试某种物体（固体、液体、气体）指定的技术性能指标。腐蚀检测是对腐蚀监测必要而有意的补充，具有便携式、灵活多样、数据分析简单等特点高含硫气田常用的检测技术主要包括表观检查法、超声波壁厚测量技术、超声扫描和超声相控阵技术、超声导波测试技术、智能PIG检测技术、远场涡流检测技术、多臂井径仪和磁测厚仪、点蚀深度测量法、晶间结构测量法、磁粉检测、超生相控阵和射线检测、附着力划痕測试法、四点弯曲试验测量法、氢通量探针、铁离子含量分析、内腐蚀直接评价法和外腐蚀直接评价法等。主要检测部位包括井口直管段、弯头、埋地管线、分离器、放空分液罐等设备。

参考文献：

[1]谷坛，霍绍全，李峰，等.酸性气田防腐蚀技术研宄及应用[J].石油与天然气工程，2008（S1）：63-72.

[2]朱景龙，孙成，王佳，贾思洋.C02腐蚀及控制研宄进展[J].腐蚀科学与防护技术2007Vol.l9（5）：350-353.