油气管道腐蚀机理与防治简述

张天龙

（大庆油田天然气分公司，黑龙江 大庆 163000）

1 管道腐蚀机理

管道腐蚀是金属和周围环境及管线内介质发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。其根本原因是钢制管道一直处于热力学不稳定状态，通过化学反应生成铁氧化物、碳酸盐等，或转变为可溶性离子使之相对稳定，这一过程就是金属的腐蚀过程。

1.1 金属电化学腐蚀机理

当每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位， 称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子的为阳极，得到电子的为阴极。阳极由于失去电子受到腐蚀，而阴极得到电子受到保护。钢管处于不同的环境下，在有氧气、水等情况下易于形成腐蚀电池，发生电化学腐蚀，从而导致管线发生腐蚀[1]。

1.2 杂散电流腐蚀

杂散电流腐蚀是由于杂散电流流动而引起的腐蚀。当管道防腐层较差时，杂散电流从管道的一个部位进入管道，沿管道流动一段距离后，在涂层缺陷处离开管道。在电流进入的部位，管道得到保护；在电流离开的部位，管道发生腐蚀。

1.3 酸性气体（CO2/H2S）腐蚀

在含CO2油气环境中，腐蚀产物FeCO3和Fe3O4等在裸露的金属表面形成保护膜。当膜不均匀或破损时，常出现局部（无膜）台面状腐蚀。实际上，CO2腐蚀为全面腐蚀和一种典型的沉积物下方的局部腐蚀共同出现。腐蚀产物（FeCO3）及结垢产物（CaCO3）或不同的生成物膜在钢铁表面不同区域的覆盖度不同，不同覆盖度的区域之间形成具有很强自催化特性的腐蚀电偶，CO2局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。 CO2腐蚀主要由其溶解度决定，温度一定时，溶液的酸度和腐蚀速度皆随CO2分压增大而增加。

钢材受到硫化氢H2S腐蚀后产生一种有缺陷的结构物硫化亚铁FeS，它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，且电位较正，因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。H2S腐蚀还会导致氢鼓泡（HB）、氢致开裂（HIC）、硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）、应力导向氢致开裂（SOHIC）等巨大腐蚀危害。

2 管道腐蚀防治

2.1 采用耐腐蚀材料

经研究，在同等腐蚀条件下，20#碳钢腐蚀速度约1.1244mm/a，钢制材料耐蚀性能排序为316L不锈钢＞5Cr低合金钢＞16Mn低合金高强钢＞20#碳钢。 耐蚀材料的选择能够大大降低管线腐蚀速度，延长使用寿命，但同时也会增加成本，在材料选用过程中可根据实际使用部位，进行技术经济比较，选择更加使用的耐腐蚀材料。

2.2 采用阴极保护系统

阴极保护的原理：是给金属（管线）补充大量的电子，使被保护金属（管线）整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子腐蚀。实现这一目的有两种办法：

表1

2.2.1 牺牲阳极阴极保护

牺牲阳极阴极保护：是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下[2]。

特点：该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰。

应用：保护小型或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率＞100Ω.m）的金属结构。如：城市管网、小型储罐等。

2.2.2 外加电流阴极保护

外加电流阴极保护：通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境。

应用：保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。

2.2.3 采用内、外壁防腐涂层

常见防腐涂层材料有沥青防腐层、沥青防腐层、聚烯烃粘胶带、环氧粉末涂层、2层或3层PE。在管道内壁喷涂环氧树脂等，即可以防止内壁腐蚀，也可以减少输送介质的摩阻；外壁涂层主要用沥青、PE等。

2.2.4 输送介质添加缓蚀剂

在输送或储存时的介质中加入缓蚀剂抑制内壁腐蚀。

2.2.5 管道内翻衬修复技术

埋地管道不开挖内翻衬玻璃钢软管修复技术，就是把腐蚀严重的管道在不破坏自然地貌、不破坏原管道的条件下，长距离内衬特殊玻璃钢防腐层形成复合结构，即原管道起维护支撑作用，衬里层起防腐作用，可以大大缓解管道的腐蚀，延长管道的使用寿命。针对发生点腐蚀的局部管段，开展管道内表面修复防腐技术试验。

2.2.6 腐蚀的监控

在管道腐蚀敏感部位，增设在线超声腐蚀监测设备，通过无线网络将腐蚀数据实时传递到办公室，以便管理人员对管道腐蚀程度及时了解并采取措施。

预防事故的发生：腐蚀物质含量上升或工艺参数的变化有时会导致严重的腐蚀。采用腐蚀监测可以随时监测介质的腐蚀状况，如果发现腐蚀速率骤然变化，将立即检查系统，及时找出问题所在，以防止重大事故的发生。

预测设备寿命：通过腐蚀监测可以准确地掌握设备正常运转时的腐蚀速率，可以预测设备的使用寿命，在设备或管线发生腐蚀破裂前，有计划更换，避免非计划停机，造成经济损失和安全事故，做到既安全又经济。

评价腐蚀方法：腐蚀检测还有利于分析腐蚀原因。了解腐蚀过程与工艺参数之间的关系，或评价一些防腐措施和方法的实际效果。

3 结束语

总之，管道防腐机理和技术的研究应用可以有效抑制管线腐蚀，降低安全事故，减少巨大经济损失，提高管道、装置的设施运行安全，具有十分重大的意义。