油气集输管道内腐蚀及内防腐措施

刘鹏杰 庞倩

摘要：油气集输管道在投入使用一段时间后，容易发生腐蚀现象。如果腐蚀过于严重，还会导致管道破裂，造成油气泄露。除了会造成经济损失外，还有可能污染环境，甚至引发更为严重的安全事故。根据发生腐蚀的位置不同，可以分为管道外侧腐蚀和内侧腐蚀两种，其原因存在较大差异。由于油气集输管道腐蚀是一个相对漫长的过程，因此必须要在明确腐蚀原因的基础上，采取针对性的防腐措施，延长管道使用寿命，保证油气集输安全，满足各地用油、用气需求。

关键词：油气集输管道;硫化氢腐蚀;缓蚀剂;防腐涂层

一、油气集输管道腐蚀机理

1、外部腐蚀

对于直接暴露于野外环境的管道，比较容易受到机械损害，或是风吹日晒导致原来管道外侧的防腐涂层老化、剥落，在空气湿度较大或是淋雨之后，裸露的金属材料会出现锈蚀情况;对于埋藏于地下的管道，由于长期与土壤接触，当土壤含水量升高到一定程度后，会成为导体，金属管道、土壤之间发生电化学腐蚀。

2、内部腐蚀

在油气集输过程中，同时存在H2S，SO2，CO2，O2等气体及气田卤水等，而它们会和管路内侧面形成复杂的作用，进而导致油气集输管路内侧面被侵蚀。

（1）硫化氢腐蚀

硫化氢遇到水很容易分解从而形成电离反应使金属管路中的铁发生离子化且产生氢气进而发生氢脆，当有氧气存在时，会产生金属硫化物。硫化氢不只是可以导致化学性的侵害，其侵蚀的产生物硫酸可以继续反应导致电化学的侵害。因此随着管道使用时间的延长，内壁腐蚀速率也会由慢到快，如果未能及时采取防治措施，管道的使用寿命会极大的缩短。

（2）二氧化碳腐蚀

二氧化碳可以按照1：1的比例与水溶解。油气中含有的部分二氧化碳，溶于水后，形成弱酸性的HCO3-离子，可以与大多数性质相对活泼的金属都可以发生反应。另外，HCO3-本身具有较强的还原性，可以将水分子中的H+还原，最终产物是氢气。由于油气集输管道的密封性，内部氢气越积越多，压力强度可以达到几百兆帕，管道已经有严重锈蚀的部位将会因为承压能力下降而开裂。

（3）流体冲蚀

油气集输管道在运行时具有高压强、高流速的特点。液体和气体在高速运动时与管道内壁产生摩擦。特别是液体中包含的一些沙粒，以及管道内壁腐蚀后脱落的一些铁锈等，都会裹挟在石油中磨蚀管道内壁上的防腐涂层。管道失去了防腐涂层后，腐蚀速率会极大的加快，也是油气集输管道防腐工作中必须要关注的一类问题。

（4）杂散电流腐蚀

近年来地下管网系统的结构更加复杂、规模更加庞大。除了油气集输管道外，像地下电缆、给水管道等，经常会选择外加电流的阴极保护措施。这些外加电流受到电场干扰，形成了杂散电流。杂散电流的强度较大，危害严重。正常条件下壁厚为5mm的钢管，受到杂散电流的腐蚀，只需要3个月左右就会出现严重腐蚀甚至是穿孔。除了危害严重外，杂散电流的分布十分广泛，这也给油气集输管道的防腐工作开展增加了难度。

二、油气集输管道的外部防腐措施

1、管道外部增加防腐涂层

在管道外表面上喷涂防腐层是一种最简单也比较有效的防腐措施。随着喷涂工艺和防腐材料的发展，涂层的类型也发生了较大的变化。早期的涂层主要以沥青、煤焦油为主，但是其缺点比较明显，环境适应能力差，与管道贴合度不高，使用一段时间后容易脱落等。随后逐渐被金属镀层代替，使用镍铬等不活泼金属，采用电镀工艺或喷涂工艺，是一种更低成本、更有成效的防腐措施，也是现阶段仍然广泛使用的一种防腐工艺。环氧粉末涂层是近年来新出现的一种工艺，涂层更加致密、粘结性更好，且具有无毒、环保的特点，符合当前提倡的绿色工艺。使用环氧粉末时，必须对管材进行除锈、除油，保证喷涂面的干净。同时还要进行磷化处理，提高材料的附着性。使用三椰环氧粉末浸塑专用磷化液，可以提高磷化速度与磷化效果。但是受到技术限制，成本相对较高。

2、采取阴极保护技术

阴极保护是应对电化学腐蚀的一种有效措施，根据保护机理的不同，可以分为两种形式：其一是在油气集输管道的外侧，每隔一段距离加上一块化学性质更加活泼的金属。例如铁质管道上，增加锌块。这样当发生电化学腐蚀时，就会首先消耗锌块，从而达到保护管道避免腐蚀的目的。其二是采用外接电源的方式，迫使电子从外界（如土壤）流向管道，人为提升管道的电位，达到保护效果。

三、油气集输管道的内部防腐措施

1、加入缓蚀剂

缓蚀剂是近年来发展速度较快的一种管道防腐措施，目前市面上常用的缓蚀剂类型也在不断增加，例如根据其化学组分的部分，可以分为无机缓蚀剂，包括硅酸盐类、亚硝酸盐类;有机缓蚀剂，包括膦羧酸类、苯并三唑类;聚合物缓蚀剂，包括聚乙烯类等等。从应用效果上来看，缓蚀剂具有用量少但效果显著的特点，相比于其他几种主流的管道内部防腐措施，具有操作方便且成本较低、见效较快的优势，随着研究的日益成熟和种类的不断增加，使用缓蚀剂进行油气集输管道防腐逐渐成为未来趋势。在选用缓蚀剂时，应重点考虑适用的被保护金属种类、本身是否存在毒性等。另外，大量的实践也证明，同一种类型、同样用量的缓蚀剂，也会因为温度、流速等变量的影响，导致缓蚀效果表现出很大的不同。油气公司还需要根据实际情况进行科学选用，才能将缓蚀剂的效果最大化的发挥出来。

2、内壁防腐涂层

在油气集输管道制造过程中，在管道内壁上增加防腐涂层，将金属管材与外界隔绝开来，从而达到防腐的目的。涂层除了防腐功能外，还有一项特殊的作用，即增加管道内壁的光滑度。由于管道内油气高速流动时，会与管道内壁产生摩擦力。如果摩擦力过大，不仅需要提供更大的压力，而且还会增加安全隐患。防腐涂层让管道内壁更佳光滑，極大的减轻了摩擦，既可以降低油气集输的成本，又可以保证运输安全。管道内部的喷涂要注意：提前预热，并喷砂除锈，保证涂层与管道紧密贴合;然后使用空气枪进行管道内杂质清理，进行喷涂;最后进行涂层质量检测，如果有涂层偏薄，或是未喷涂完全的，重新补涂。

HCC内衬防腐技术也是一种实用性较强、经济性较好的油气集输管道内部防腐措施。结合上文分析可知石油本身含有一定的硫化物，如硫化氢、二氧化硫等，是造成酸化腐蚀的重要因素。而HCC纤维增强复合内衬防腐材料具有附着能力强、力学性能优、抗腐蚀效果好等特点，一次使用可以让管道防腐效果保持5年左右。

3、双金属复合管技术

应用双金属复合管技术措施，达到防腐绝缘的效果。玻璃钢内衬和陶瓷内衬的复合管技术，达到最佳的防腐效果。复合管的防腐效果比较突出，同时能够防止结垢的现象出现，缺陷就是复合管的生产加工费用偏高，导致油气集输的成本增加，需要慎重选择。复合管防腐效果好，对铺设工艺具有特殊的要求，否则很容易破坏玻璃钢或者陶瓷的内部结构，而影响到防腐效果。

四、结语

随着油气集输管道覆盖规模的增加，管道腐蚀带来的损失和危害也引起了高度重视。针对管道内壁腐蚀和外部腐蚀，由于腐蚀原因不同，采取的防腐措施也有差异。现阶段可供选择的防腐技术有多种，例如使用缓蚀剂进行内壁防腐，采用牺牲阳极的阴极保护措施等。只有科学选择防腐措施，才能在保证防腐效果的基础上降低成本。

参考文献：

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