發(fā)布時(shí)間：2020-10-12所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：油氣資源的輸送多以管道為載體，而用于輸送油氣資源的管道多為金屬質(zhì)地，在油氣資源內(nèi)部復(fù)雜化學(xué)成分的影響下，管道本身極易發(fā)生腐蝕，從而影響管道的使用壽命，同時(shí)也會(huì)影響到管道內(nèi)的油氣質(zhì)量，嚴(yán)重情況下還會(huì)造成油氣泄露等問(wèn)題，不僅為生產(chǎn)方及相
摘要：油氣資源的輸送多以管道為載體，而用于輸送油氣資源的管道多為金屬質(zhì)地，在油氣資源內(nèi)部復(fù)雜化學(xué)成分的影響下，管道本身極易發(fā)生腐蝕，從而影響管道的使用壽命，同時(shí)也會(huì)影響到管道內(nèi)的油氣質(zhì)量，嚴(yán)重情況下還會(huì)造成油氣泄露等問(wèn)題，不僅為生產(chǎn)方及相關(guān)工作人員造成人身安全威脅，還會(huì)污染當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。基于此，本文將深入分析油氣管道的化學(xué)腐蝕機(jī)理，并探討相應(yīng)的防腐措施。
關(guān)鍵詞：油氣管道;化學(xué)腐蝕機(jī)理;防腐措施
引言：隨著各地對(duì)油氣資源的需求量越來(lái)越高，管道腐蝕的問(wèn)題也就愈發(fā)嚴(yán)重，直接影響到油氣資源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)及社會(huì)安全[1]。由此可見，深入研究油氣管道的腐蝕機(jī)理，并制定、落實(shí)相應(yīng)的防腐措施，是保障油氣資源穩(wěn)定運(yùn)輸?shù)闹匾ぷ鳌?/p>
1.油氣管道發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的嚴(yán)重性
用于輸送石油或天然氣的管道會(huì)發(fā)生腐蝕，是因?yàn)檫@兩種資源中含有以硫化氫為代表的一些物質(zhì)，這類物質(zhì)普遍具有一定的腐蝕性，如果長(zhǎng)期聚積在油氣管道中，極易腐蝕管道內(nèi)壁以及防腐蝕措施薄弱的部位，從而影響到油氣資源的安全運(yùn)輸。一旦管道內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕，會(huì)在管道上形成不同直徑的沙眼及孔油等，如果腐蝕情況嚴(yán)重，還會(huì)發(fā)生油氣泄漏事故，這部分泄漏的油氣若接觸到明火、火花、電火花等，很容易引起爆炸。除此之外，由于油氣資源中的一些物質(zhì)含有強(qiáng)毒性，一旦被附近的工作人員接觸到，極易使工作人員中毒，從而危害到工作人員的人身安全;即使沒(méi)有被工作人員接觸到，這些泄露的油氣資源也會(huì)污染當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境[2]。最后，油氣資源的泄露必然會(huì)影響到企業(yè)的正常聲場(chǎng)，從而使企業(yè)蒙受經(jīng)濟(jì)損失。
2.油氣管道的化學(xué)腐蝕機(jī)理
油氣管道中的化學(xué)腐蝕，基本上屬于金屬(油氣管道大多為金屬質(zhì)地)與非電解質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)作用，這種化學(xué)作用破壞了構(gòu)成管道的金屬材料的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致油氣泄露的發(fā)生。化學(xué)腐蝕的本質(zhì)是純氧化還原反應(yīng)，其反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生電流。根據(jù)誘發(fā)腐蝕反應(yīng)物質(zhì)的不同區(qū)別，化學(xué)腐蝕又分為氣體腐蝕與非電解質(zhì)中的腐蝕兩種。
相關(guān)期刊推薦：《石油和化工設(shè)備》是由中國(guó)石油和化工工業(yè)協(xié)會(huì)主管，中國(guó)化工機(jī)械動(dòng)力技術(shù)協(xié)會(huì)主辦的國(guó)家一類技術(shù)雜志。面向全國(guó)石油和化工企業(yè)單位報(bào)道國(guó)內(nèi)外設(shè)備設(shè)計(jì)、改造、研發(fā)以及新材料、新技術(shù)、新產(chǎn)品的最新動(dòng)態(tài);介紹是設(shè)備防腐蝕新產(chǎn)品、新技術(shù);交流設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)等。設(shè)有：專題報(bào)道、設(shè)計(jì)與制造、應(yīng)用技術(shù)、試驗(yàn)研究、維護(hù)與檢修、動(dòng)力技術(shù)、腐蝕與防護(hù)、專題講座。
氣體腐蝕的發(fā)生主要是氣體產(chǎn)生的作用。當(dāng)金屬管道裸露在空氣中時(shí)，空氣中的O2、H2S、SO2、Cl2等氣體會(huì)在金屬表面形成氧化物與化合物。如果環(huán)境溫度較高，或因任何原因造成金屬管道附近溫度較高，還會(huì)在加速氧化膜形成的同時(shí)產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象[3]。另外，如果空氣中的水分含量較高，能在一定程度上加快氣體腐蝕的速度。
在非電解質(zhì)中的腐蝕與油氣資源所含的化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。由于各地油氣藏的條件及開采方式的差異，會(huì)導(dǎo)致一些油氣資源中H2S、SO2、CO2的含量較高，而這些物質(zhì)本身具有一定的腐蝕性，在油氣資源中含有一定量水分的情況下，這部分化學(xué)物質(zhì)很容易溶于水，并對(duì)管道內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕作用。
3.油氣管道發(fā)生的其他腐蝕
除化學(xué)腐蝕外，油氣管道發(fā)生的腐蝕還包括電化學(xué)腐蝕與物理腐蝕。電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的主要區(qū)別是腐蝕過(guò)程中有電流存在。油氣管道多以鋼為主要材料構(gòu)成，因而其主要成分是鐵元素及少量其他雜質(zhì)，由于這些物質(zhì)的電位不同，在一些氣體(如CO2、SO2、HCl、NaCl)與灰塵溶于水中時(shí)，會(huì)形成濃度不同的電解質(zhì)溶液，這些電解質(zhì)溶液與管道接觸后會(huì)形成原電池，從而造成電化學(xué)腐蝕。物理腐蝕是因物理溶解作用造成的管道腐蝕，由于油氣資源中的化學(xué)物質(zhì)含量較多，因此管道腐蝕以電化學(xué)腐蝕及化學(xué)腐蝕相對(duì)多一些，物理腐蝕出現(xiàn)的情況較少。
4.油氣管道腐蝕檢測(cè)
4.1油氣管道內(nèi)壁腐蝕檢測(cè)
油氣管道內(nèi)壁腐蝕檢測(cè)，主要是檢測(cè)管道內(nèi)部幾何形狀的變化，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果及變化成因進(jìn)行分析，其中主要包括管道內(nèi)壁厚度的狀態(tài)變化檢查、環(huán)焊縫密封情況檢查、管道橢圓度及彎曲狀況的檢查等。在檢查油氣管道內(nèi)壁的腐蝕情況時(shí)，常用的方法包括激光檢測(cè)法、漏磁通量法、電視測(cè)量法及超聲波測(cè)量法等。其中超聲波檢測(cè)技術(shù)以超聲導(dǎo)波檢測(cè)進(jìn)行，這種技術(shù)具有效率高、成本低、靈敏性強(qiáng)及檢測(cè)距離長(zhǎng)的特點(diǎn)(理論檢測(cè)距離可達(dá)150米)，因此在管道腐蝕檢測(cè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。
4.2油氣管道外腐蝕檢測(cè)
油氣管道外腐蝕檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與陰極保護(hù)有很大關(guān)系，通常是通過(guò)對(duì)檢測(cè)參數(shù)的分析，來(lái)評(píng)估油氣管道外部的腐蝕情況，以及管道防護(hù)層的損壞情況。就當(dāng)前較為常見的檢測(cè)技術(shù)而言，包括管—地電位測(cè)量以及管內(nèi)電流值測(cè)量?jī)煞N主要檢測(cè)思路，其中前者的具體檢測(cè)方式包括直流電壓梯度法、組合電位測(cè)試法等;后者則包括分段管內(nèi)電流對(duì)比法以及電流梯度分布法等。
5.油氣管道防腐措施
油氣管道防腐措施需要根據(jù)腐蝕發(fā)生的不同位置分別采取不同的防腐措施。通常情況下，防腐措施大體上分為管道內(nèi)防腐保護(hù)措施與管道外防腐保護(hù)措施兩種。
5.1管道內(nèi)防腐保護(hù)措施
5.1.1合理挑選管道材質(zhì)
通過(guò)對(duì)油氣資源成分含量及各種成分化學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)的分析來(lái)看，做好管道內(nèi)壁的防腐措施是避免管道產(chǎn)生腐蝕的首要工作，對(duì)幫助管道抵抗腐蝕也有十分積極的意義，不僅能夠提升管道的使用壽命，還能有效避免油氣泄漏，以使油氣資源的正常運(yùn)輸?shù)玫奖Ｕ?/p>
[4]。由于管道多以鋼材構(gòu)成，而鋼材中的鐵極易與油氣資源中的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，因而合理選擇管道材質(zhì)能夠有效幫助管道實(shí)現(xiàn)防腐。以合金材料及不銹鋼材料為例，這兩種材料的化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)，不易與油氣資源內(nèi)的化合物產(chǎn)生反應(yīng)，因而其應(yīng)用可以有效避免油氣資源對(duì)管道的腐蝕。在應(yīng)用這類材料的同時(shí)，還需處理好管道內(nèi)壁的防腐涂層，以使保護(hù)作用能夠進(jìn)一步升級(jí)，避免油氣資源中的化學(xué)成分與管道內(nèi)壁直接接觸。尤其是管道內(nèi)壁的結(jié)點(diǎn)位置，更應(yīng)作為防腐工作的重點(diǎn)進(jìn)行處理，從而使管道抵抗腐蝕的能力全面提升，延長(zhǎng)管道使用壽命。除此之外，還要對(duì)輸送的油氣資源成分加以分析，研究其化學(xué)物質(zhì)的特性與反應(yīng)活潑程度，為管道材質(zhì)的選用提供數(shù)據(jù)支持，從而進(jìn)一步避免腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。
5.1.2運(yùn)用防腐劑
這里的防腐劑指的是化學(xué)藥劑，將化學(xué)藥劑添加到油氣藏介質(zhì)或管材中，能夠有效減輕腐蝕造成的影響，從而更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)防腐蝕效果。應(yīng)用化學(xué)藥劑的優(yōu)勢(shì)在于成本較低，但對(duì)化學(xué)藥劑類型的選用有較高要求，必須保證化學(xué)藥劑選用的合理性，使之能夠更好地適應(yīng)油氣輸送需求。實(shí)際防腐劑的運(yùn)用以有機(jī)胺與季胺鹽之類為主，其中包括殺菌劑、緩蝕劑及降粘劑等。這類化學(xué)藥劑在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中均取得了良好的應(yīng)用效果，因而獲得的認(rèn)可較為普遍。緩蝕劑能夠在油氣管道內(nèi)表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)或是沉淀吸附反應(yīng)，從而在管道內(nèi)壁表面形成防腐保護(hù)膜。
以內(nèi)蒙古某單位對(duì)緩蝕劑的應(yīng)用為例，該單位在應(yīng)用緩蝕劑時(shí)不僅認(rèn)真選擇了緩蝕劑的種類，還從管道內(nèi)取樣與緩蝕劑進(jìn)行化驗(yàn)，確認(rèn)了緩蝕劑在應(yīng)用之后不會(huì)與管道內(nèi)物質(zhì)發(fā)生沉淀之后，才將這種緩蝕劑應(yīng)用在管道中進(jìn)行防腐。這樣做是因?yàn)榫徫g劑與油氣管道內(nèi)油氣資源形成的沉淀物質(zhì)會(huì)堵塞地下儲(chǔ)層的孔道，從而影響到油氣資源的開采與生產(chǎn)。
5.1.3電鍍防腐技術(shù)
電鍍防腐技術(shù)是一種應(yīng)用于管道內(nèi)壁的防腐技術(shù)，能夠有效提升管道內(nèi)壁的防腐性能，其原理是在鋼制管道表面鍍上一層其他元素，轉(zhuǎn)變管道的極性，從而實(shí)現(xiàn)防腐目的。比如在管道表面鍍錫，就能為管道形成陰極防腐保護(hù);而鍍鋅則可以為管道構(gòu)成陽(yáng)極防腐保護(hù)。選用陽(yáng)極或陰極保護(hù)可以視具體情況而定，無(wú)論任何極性都能夠提升管道的防腐性能，避免管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，影響使用壽命[5]。
5.1.4涂層防腐技術(shù)
涂層防腐技術(shù)與電鍍防腐技術(shù)類似，區(qū)別在于后者是在管道表面鍍上其他元素，改變管道的極性，而前者則是運(yùn)用涂料技術(shù)，相對(duì)而言科技含量更高。得益于涂料技術(shù)的發(fā)展，油氣管道的內(nèi)部防腐措施能夠獲得全新的處理技術(shù)，同時(shí)也能大幅提升管道的防腐蝕性能。涂層防腐技術(shù)的本質(zhì)是在管道內(nèi)壁噴涂防腐蝕涂層，以達(dá)到防腐蝕的目的。防腐蝕涂層擁有較好的增油性能，能夠在金屬管道內(nèi)壁與輸送介質(zhì)之間形成全面的隔離層，在隔離層的阻絕下，油氣資源內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將難以接觸到管道內(nèi)壁，從而有效降低了管道內(nèi)壁腐蝕情況的發(fā)生，在保障管道正常使用的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。除此之外，管道內(nèi)壁防腐還可以應(yīng)用水泥沙漿涂層、環(huán)氧樹脂涂層等多種涂層防腐保護(hù)措施，其原理均是在管道內(nèi)壁構(gòu)成防腐涂層，以阻絕油氣資源與管道內(nèi)壁的接觸，從而實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)壁的防腐蝕。以FBE為例，不同防腐涂層在各方面上的性能表現(xiàn)是不同的(如表1)。
5.1.5應(yīng)用金屬?gòu)?fù)合管內(nèi)襯技術(shù)
金屬?gòu)?fù)合管是指在油氣管道中加入其他材質(zhì)的內(nèi)襯，從而避免油氣資源與管道內(nèi)壁直接接觸，以達(dá)到防腐的目的。當(dāng)前應(yīng)用較多的是玻璃鋼內(nèi)襯或陶瓷內(nèi)襯，這類復(fù)合管內(nèi)襯技術(shù)不僅具有強(qiáng)大的防腐蝕效果，還能有效避免管道內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)垢的情況，但缺點(diǎn)在于該技術(shù)的成本較高，會(huì)增加油氣輸送的成本負(fù)擔(dān)，同時(shí)也對(duì)管道鋪設(shè)條件及技術(shù)有較高的要求，如果未能嚴(yán)格按照相應(yīng)技術(shù)要求處理，極易使管道內(nèi)部的玻璃鋼內(nèi)襯或陶瓷內(nèi)襯產(chǎn)生損傷，從而影響到管道內(nèi)壁的防腐蝕效果。另外，由于該技術(shù)的應(yīng)用會(huì)大幅提升油氣輸送的成本，因此還需要根據(jù)油氣輸送工作的具體需求，綜合各方面因素來(lái)決定是否采用這種防腐措施。
5.2管道外防腐保護(hù)措施
5.2.1外涂層防腐技術(shù)
涂層防腐技術(shù)不僅可以應(yīng)用于管道內(nèi)壁，同時(shí)也可以應(yīng)用在管道外部。通常情況下，油氣管道的鋪設(shè)是位于地下的，且會(huì)在地下靜止很長(zhǎng)時(shí)間，而土壤中的水分及少量化學(xué)物質(zhì)會(huì)對(duì)油氣管道外壁產(chǎn)生腐蝕，并發(fā)生各種化合反應(yīng)，從而使管道的強(qiáng)度產(chǎn)生一定程度的弱化。在這種弱化累積到一定程度以后，會(huì)導(dǎo)致管道質(zhì)量的下降，并使油氣泄漏事故發(fā)生的可能性大幅上升[6]。在這種情況下，就需要對(duì)管道外壁進(jìn)行防腐處理，以避免管道外部遭受腐蝕，具體保護(hù)措施如下。
在運(yùn)輸、堆放防腐管道時(shí)，應(yīng)在管材與地面接觸面鋪墊軟墊層(沙袋或草袋均可);如果是巖石或卵、礫石的管溝，溝底需要先鋪設(shè)細(xì)碎土壤或砂土墊層，且需要確保壓實(shí)后的厚度大于20cm;在運(yùn)輸管材時(shí)嚴(yán)禁使用鋼絲繩或其他硬質(zhì)吊帶吊裝，否則會(huì)影響防腐層表面的完整性，吊裝作業(yè)應(yīng)使用柔性吊帶(如尼龍吊帶);入溝前應(yīng)檢查防腐層是否完整，敷設(shè)過(guò)程中嚴(yán)禁使管道產(chǎn)生碰撞、拖拽或剮蹭;焊接口應(yīng)預(yù)留足夠的位置，避免因過(guò)熱影響到防腐層性能;敷設(shè)完成后回填時(shí)應(yīng)用細(xì)土覆蓋其表面30cm左右厚度，隨后才可用原開挖土回填。
5.2.2三層聚乙烯防腐技術(shù)
聚乙烯(PE)材料是一種新型材料，通常經(jīng)乙烯聚合化之后獲得，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，此外還有溶水性差、吸水性小、耐酸堿腐蝕強(qiáng)(不包括氧化性質(zhì)的酸)、耐低溫性能優(yōu)良等特點(diǎn)。三層聚乙烯(3PE)防腐技術(shù)是指在管道外壁進(jìn)行多達(dá)三層的聚乙烯處理，這種處理方式能夠有效彌補(bǔ)兩層防腐涂料的性能缺陷，再加上聚乙烯成本較低，因而擁有較高的實(shí)用價(jià)值。通常三層聚乙烯防腐技術(shù)以纏繞式或圓模包裹式的方式制成，所選用的聚乙烯材料往往具有很高的密度，在耐沖擊性與機(jī)械強(qiáng)度上的表現(xiàn)也不錯(cuò)，還能夠適應(yīng)不同的氣候條件，因而就整體上來(lái)看，是一種性價(jià)比較高的油氣管道外防腐保護(hù)措施。
結(jié)語(yǔ)：綜合上述內(nèi)容來(lái)看，油氣管道腐蝕造成的后果非常嚴(yán)重，因此應(yīng)及時(shí)檢查油氣管道的腐蝕情況，并深入分析腐蝕發(fā)生的原應(yīng)，隨后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及各方面條件，采取針對(duì)性的防腐蝕措施，以保護(hù)油氣管道，使之免受腐蝕影響，確保油氣資源的平穩(wěn)輸送，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)的和諧發(fā)展與現(xiàn)代化建設(shè)。——論文作者：毛寶龍
