油田工艺管道腐蚀与防腐措施研究

杨 璞

（大庆油田有限责任公司工程建设公司国际部，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

油田工艺管道腐蚀是指钢管在内外介质的作用下（水，空气，酸，碱，盐，溶剂等）产生的破坏，按管道所处环境主要分为外腐蚀和内腐蚀。工艺管道输送的介质为多相流，流体中油、气、水及固体杂质共存，且由于石油粘度系数较大，必须在一定的温度和压力下输送[1]。油气管道内腐蚀主要是由于管内输送介质中包含的H2O、O2、H2S、CO2、Cl-与钢材形成原电池，管道外腐蚀主要是由于土壤中H2O、O2、以及酸碱的存在形成原电池，内、外腐蚀均以电化学腐蚀为主，而纯化学腐蚀和物理腐蚀在实际工程中比较少见。

1 工艺管道内、外腐蚀机理

管道的电化学腐蚀是指管道内外环境中的电解质溶液（吸附在管材表面）与金属管材分别作为原电池的阴阳两极，阳极的管材发生氧化反应，失去电子，逐渐溶解，阴极的电解质溶液发生还原反应，在两极间转移电子[2]。工艺管道根据周围土壤或输送介质的酸碱度不同，出现析氢腐蚀和吸氧腐蚀，当管材表面吸附的电解质溶液呈较强的酸性时，发生析氢腐蚀，当酸性较弱时往往出现吸氧腐蚀。原电池发生氧化还原反应如下：

析氢腐蚀

阳极：Fe－2e-=Fe2+

Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+

阴极：2H++2e-=H2

总反应公式：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

根据以上公式，反应过程中生成氢气，同时溶液中的Cl-、S-等离子起到催化、加快腐蚀的作用，其数量不变。

吸氧腐蚀

阳极：Fe－2e-=Fe2+

阴极：O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应公式：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

根据以上公式，反应过程中消耗一定量的氧气。

无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，产物均为2Fe（OH）2，是一种不稳定的中间产物，最终均被氧化成Fe（OH）3，公式如下：

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

2 工艺管道腐蚀防护措施

（1）油田工艺管道在运输、存放、施工及投产期间的腐蚀是由于大气腐蚀、水压试验后管道内的水未吹扫干净引起的腐蚀[3]。运输、存放、施工期间主要是防雨、雪，封闭存放，内、外壁防腐涂料及保护层破损处按原结构补口补伤，同时严格执行防腐相关的国家、行业施工标准；

（2）油田工艺管道的内防腐可以根据输送介质的温度、压力、组成，选择不同的管道材质，其中非金属管道如双壁波纹管、玻璃钢管、PE管及钢骨架塑料复合管等防腐性能优良，但因其脆性较大、抗压能力弱、不易维修等特点，在油田工艺管道的应用中仍无法取代钢管；目前油田工艺管道仍以钢管为主，为保证钢管的使用寿命，可在管道内壁喷涂防腐涂料或衬里作为防止管道内腐蚀的基本措施，常用的防腐涂料有酚醛树脂、环氧树脂、环氧粉末等，输送特殊介质如水质站的加药管线，目前常用聚四氟乙烯做钢管的衬里实现防腐。在输送介质中混入一定比例的缓蚀剂，可抑制钢管内壁的腐蚀，但加注缓蚀剂用量大，费用较高，还应与其它维护性防腐措施配套进行，如管线清管等[4]；

（3）油田工艺管道外壁一般直接与空气和土壤接触，除低合金钢、碳钢本身具有一定的防腐功能外，还应在其外壁喷涂防锈漆及绝缘防护层，使管道与外部环境的电解质溶液最大限度隔离，抑制或降低电化学腐蚀的发生率。实际工程中，外防腐结构和等级应根据管道使用要求以及土壤腐蚀性等相关环境条件和经济性来确定，特殊地段（如河流穿越、道路穿越等）的管道防腐层宜比其它地段高一个等级，天然气、轻烃等易燃介质管道以及位于低洼地区、自然保护区、穿越等特殊环境的管道外防腐宜采用3PE防腐层，定向穿越的管道宜采用可靠的防护措施；埋地非保温管道可用聚乙烯胶粘带、2PE、3PE、环氧煤沥青防腐涂料防腐，埋地保温管道可选用环氧树脂涂料、环氧酚醛涂料以前聚乙烯胶粘带、3PE等防腐层[5,6]；

（4）阴极保护法目前广泛应用于油田工艺管道防腐项目中，其本质都是施加保护电流，遏制钢管电子流失，按电源的不同分为牺牲阳极保护法和外加电流阴极保护法。外加电流阴极保护是通过在环境中增加外部直流电源，使被保护管道的电位在环境中最低以阻止自身电子的流失，从而达到保护管道的目的，该保护系统由直流电源、参比电极、地床及电缆等组成，一般应用于土壤电阻率比较高的环境中或大型厂矿设备的阴极保护，比如油田站库储罐及大口径长距离油气管道等均采取此保护方式[7]。牺牲阳极阴极保护在工艺管道所处的电解质溶液中增加一组更活泼的金属电极，电化学反应中该电极电位更低，是事实上的阳极，其电子不断转移至作为阴极的金属管道上，降低管道电位，该种阴极保护系统主要由阳极（一般土壤中是镁阳极、海水中为铝、锌阳极）、填包料（主要由75%的硫酸钙，20%的膨润土和5%硫酸钠混合而成）、测量桩及导线组成，实际工程中常用于小口径的集输管网、小型含钢结构的构筑物的防腐，同样要求土壤电阻率不能过高，且受当地供电条件限制。

3 结语

综上所述，油田工艺管道的运行需要日常性维护和平时操作的正常巡检。尤其在管道防腐领域，应针对性分析管道内、外腐蚀性机理，将防腐措施和方案贯彻于管网设计、施工、使用和后期维护全阶段。有针对性制定经济科学的防腐措施，全方位使用复合涂层外防腐、加注缓蚀剂、阴极保护等防腐措施，保证工艺管道长治久安的运行。