油气集输管线防腐蚀技术研究与应用

2023-08-18雷建锋

中国科技纵横 2023年8期

雷建锋

(中国石化河南油田分公司采油二厂，河南唐河 473400)

0.引言

在石油天然气集输管线的开发和应用中，因材料等诸多原因，往往会发生管道的锈蚀，而锈蚀将会造成管道的主要特性退化，从而影响管道的使用寿命。在腐蚀程度较重的条件下，还会产生开裂、渗漏等现象，给油田和周围的环境都会产生很大的影响。因此，很有必要对油气田集输管道的防腐技术进行进一步的研究[1]。

1.油田集输管线腐蚀因素及现状分析

1.1 集输管线腐蚀因素

(1)管道材料的抗蚀性较差。集输管道的材料对管道的腐蚀状况影响较大。现在许多油田的基本管道材料都不符合标准，有些管道还没有得到迅速的淘汰，管道自身的质量也有很大的问题，从而极易发生腐蚀；特别是在管道较薄的部位，更是如此。另外，在油田进行管道替换时，新老管道极易发生金属物的缩松和膨胀，从而极易引起管道产生微小裂缝；这使得管道的腐蚀更加严重。

(2)管道的防腐涂层有剥落现象。在进行石油和天然气的输送过程中，一般都会对管道进行定期的检测，并对检测中发现的问题及时解决。一旦防腐涂层脱落，就会造成金属管道自身的损坏，从而产生了金属管道的防腐蚀涂料被损坏的现象。严重时，会使金属管道的腐蚀涂料丧失其防腐蚀功能[2]。

1.2 管线腐蚀现状

在油田的生产和开发过程中，集输管路的腐蚀是很普遍的现象，而当集输管路发生腐蚀时，会产生很大的影响，所以，在油田的日常生产开采和油气的运输过程中，一定要注意集输管路的腐蚀问题[3]。当集输管路发生腐蚀时，将会对油田的生产作业装备产生极大的冲击，从而使得生产装备的使用寿命缩短，性能下降，当腐蚀程度较大时，还会引起人身伤害，从而对整个油田的生产工作产生极大的影响。当前，国内的石油工业在集输管道的防腐技术上做了很多的工作，并且在管道的防腐技术和缓释剂的加入技术上已经获得了一些结果，能够有效地控制油气田集输管道的腐蚀，这对提高集输油管道的生产效益具有重要意义。

1.3 主要问题

第一，就是装备的侵蚀。石油集中输送的操作过程比较复杂，所使用的机器和装置种类繁多，石油产品主要是碳氢化合物，这些化合物对装备的腐蚀作用很大，这些都是对各种设备和设备的安全性造成危害的因素。在长距离输送中，管线的内壁受到不断的侵蚀，经过一段时期的侵蚀，对装置的侵蚀会比较显著。受侵蚀的石油天然气管线由于受到外部压力和气体的撞击而产生变形，严重的还会产生穿洞，引起石油泄露，增加了石油生产中的安全事故概率[4]。

第二个原因是天灾。石油集输管线跨越遥远的距离，且大多铺设于自然环境之中，因此，在极端气候下，石油集输管线会受到严寒、高温和大风等极端气候的影响。特别是在一些特定的地质条件下，由于天灾的发生，可能会严重影响到石油集输站的正常运行，从而引发安全问题。如“地震”，当石油集输管线设施在地震的辐射区时，将会受到很大的冲击；如果情况再恶化，甚至可能导致整个石油集输管网的瘫痪。

第三，是人类的原因。石油集输工程施工过程中，存在许多人类活动引起的事故。一方面，由于我国的油气资源具有很高的市场价值，加之远距离输送管线的存在，使得一些不法分子可以利用管线钻探来获得原油，然后再出售，赚取不菲的利润。另外，根据统计，在我国石油天然气集中输送过程中，由于作业人员的疏忽，导致了超过五分之一的安全事故。由于石油集输工作的特殊性，对工作人员的工作质量要求很高，在一些地方，石油集输的技术比较落后，难免会发生一些指挥和操作上的错误。

第四种是静电力的摩擦。由于原油和天然气的成分比较复杂，在长距离集中输送时，由于原油的不同成分以及原油与管道的内壁存在着一定的摩擦力。有些石油和天然气集输工程的管线没有做好接地的准备，一旦里面的静电荷积累到了一定的数量，就会形成电火花，从而引起石油的爆炸[5]。

2.油气集输管道的腐蚀机理

2.1 pH 值

因为集输管大多采用了金属材质，所以 pH 值是引起管子腐蚀的第一个原因：pH 值太高的时候，整个管子的内部都会变成一个酸性的环境，这个时候，金属就会和酸性的东西起作用，从而造成管子的腐蚀。如果 pH值太低，则整个管线都变成碱性，金属与强碱发生作用，会造成管线的腐蚀；且这些产物大部分都是不溶解在油水中的，所以它们也会造成注水管道的阻塞，对注水管道的正常运转造成了很大的影响，还会妨碍到石油开采的进程。

2.2 水中溶氧量

在输水管线的运转中，一定含量的氧会随着水流的流动而溶于水，当水流中的氧含量超过一定程度时，就会发生电化学反应，从而导致管线的腐蚀。其侵蚀速率比一般侵蚀速率快2-4 倍。这个时候，如果水中的氯化钠含量低于10%，将会让电化学侵蚀的速度更快，从而大大降低了注水管道的使用寿命。

2.3 温度与压力

在大部分化学反应中，反应速度与温度呈线性相关，这一规律也适用于高压输水管的腐蚀。其根本原因在于，高温作为侵蚀的驱动力，使侵蚀的活化能下降，侵蚀所需的时间大大减少。此外，在某种程度上，压力也会对管线的腐蚀产生影响，当压力达到某一程度时，就会加快侵蚀反应的速度，从而产生一系列的物质，导致管线无法正常运转。

2.4 矿化度指标

从石油和天然气集输管道进出水系统采集水样品，测定水中各种元素的浓度，根据这些数据，配置出同样的测试水，并维持一定的温度和压力，来观测金属吊片在测试水中的腐蚀反应速度。通过对实验数据的分析，可以看出，出水系统的盐化度指数要比进水系统的盐化度指数要高，而且盐化度指数与腐蚀速率之间存在着一种正相关的线性关系。

3.集输管线防腐技术

3.1 防腐涂层技术

在当前的石油市场上，防腐涂料技术是一种使用最多的方法，它在实际的使用中，不但可以发挥出良好的防腐效果，而且它的稳定性、绝缘性和阴极绝缘性都很好，可以对集输管线产生很好的保护效果。在采用防腐涂料技术时，先在金属管线的外壁上涂覆一层防腐涂料，这样可以很好地将金属管线与水分和气体隔绝开来，有效地抑制了金属管线的腐蚀。其次，对于管道的维护，现场的工作人员要严格遵守规范，维护完毕后要采用细沙进行高效的回填；从而为管道的腐蚀镀层提供了有效的防护。并且，油田的有关工作人员要经常对管路的界面部位进行检测，如果发现了集输管路中出现界面不合理的情况，就要立即采取措施加以解决，从而可以有效地延长集输管路的寿命。最终，在集输管道的防腐施工结束之后，在进行管道的填埋时，一定要严格遵守有关施工标准，避免管道在填埋时出现混乱的情况[6]。

3.2 缓释剂防腐技术

在集输管线上，将缓释剂加入到管道中，可以有效地减少管道中的液体对管道的侵蚀。该方法不但具有良好的防腐蚀效果，同时在使用时也无需其它仪器的帮助。在将缓释剂加入到输送介质中之后，它可以对金属管路和阀门等设备进行有效的保护，从而大大减少了集输管路以及油气运输设备发生腐蚀的概率，大大提高了其使用寿命。该方法还具有操作简便、成本低廉等优点。

3.3 加强对集输管线施工监管

为了更好地提高油气田集输管道的防腐蚀性能，应提高油气田集输管道的防腐蚀性能，要充分确保施工材料和有关的施工技术与集输管线施工的有关标准规定相一致。在集输管道的防腐施工结束之后，一定要对金属管道的防腐层进行严密的检测，看看防腐层的表面有没有裂缝、破裂等情况，如果在检测中发现有质量问题，一定要立即进行处理。因此，在防腐蚀工程建设中，要注意与防腐蚀建材厂家的联系，并对其进行深入的研究。同时，在集输管线的运输和具体的施工中，都要严格遵守有关的标准和法规，以确保入场的管线材料的质量。另外，在油气田集中输水管道的使用中，应加大对管道的监控力度，对有老化情况的管道进行及时替换；要严格禁止集输管路超过使用年限，只有如此，才能完全保障整体一体化系统的安全性，为油田的生产、开发和油气运输奠定了坚实的基础。

3.4 改进油气输送泵

石油天然气等输油管线在服役过程中发生了腐蚀，将对整个集输系统产生严重的影响，甚至不能正常工作，大大减少了公司的经济效益。因此，要解决此问题，就需要在原有的石油和天然气输送泵基础上进行改造。在石油管道系统中，石油管道泵站的作用不可忽略。为了保证集输管网整体运行的稳定，相关单位应对石油和天然气的输入量进行改变。可以采用新型的输运泵，与常规的石油和天然气输运泵相比，能量消耗会更少，并且在正常的开采过程中，不会产生空化现象。这样的改良与优化，将会在很大程度上，将会改善现有的集输体系的缺陷，提升整体的产量与效率[7]。