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原油管道腐蚀因素分析及防护措施探讨高红波

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：高红波

[导读] 摘要：原油管道在实际应用当中，会出现诸多问题，其中，腐蚀情况及其常见。在原油管道施工时，原油管道接口处的高温焊接会对焊缝两侧的管道防腐涂层进行灼烧导致图层破坏以及脱落，同时高温环境会让管道图层的成分以及物理性质，焊接也会造成焊接应力的生成。

        中石油山东输油有限公司山东日照 276800
        摘要：原油管道在实际应用当中，会出现诸多问题，其中，腐蚀情况及其常见。在原油管道施工时，原油管道接口处的高温焊接会对焊缝两侧的管道防腐涂层进行灼烧导致图层破坏以及脱落，同时高温环境会让管道图层的成分以及物理性质，焊接也会造成焊接应力的生成。由于原油管道时深埋在地下，原油管道的施工工序也非常复杂，再加上原油管道所处的环境影响，原油管道的焊接接口处的方式情况比较难以控制。而原油管道的部分腐蚀会导致整条管道腐蚀情况的扩大。
        关键词：原油管道；腐蚀因素；防护措施
        引言
        腐蚀性物质长期埋藏在土壤环境中，管道会在自然条件下出现腐蚀的情况。管道的腐蚀问题取决于周边环境的作用，而导致管道腐蚀的因素诸多，不仅和管道本身存在紧密的联系，同样也受到腐蚀环境影响。由此可见，深入研究并分析原油管道腐蚀原因具有一定的现实意义。
        1原油管道腐蚀因素分析
        1.1内部因素
        1.1.1原油性质
        随着油田的不断开采，地层压力逐渐降低，为了满足日趋增长的能源需求，油田通常会采用注水方式维持地层压力以便提高产量。当原油管道输送含水原油时，若原油中含有硫化物或者CO2等腐蚀性物质，在水的作用下，上述腐蚀性物质会加快对原油管道的腐蚀，此外，水与金属管道之间存在电位差，会组成腐蚀原电池。在阳极，氧化形成的Fe2+进入管道表面，导致金属表面逐步剥离，从而形成较大的安全隐患。
        1.1.2管线材质
        在原油管道腐蚀中，管线材质是影响较大的一个因素。由于管道材质不同，其含有的杂质含量不同。有研究表明，在通常情况下，螺旋焊缝钢管腐蚀程度高于无缝钢管，造成这一现象的原因在于螺旋焊缝钢管含有的非金属杂质过多。若管道金属材料中所含非金属杂质过多，会与管道表面形成腐蚀原电池，造成腐蚀加速。
        1.1.3输量不达标
        在管线的设计与实际运用中，原油输量存在误差对于管道腐蚀也有影响。若管道输量不达标，则含水率也相对较高，而水作为腐蚀的载体，必然会使腐蚀情况日趋严重。同时，随着含水量的增大，原油流速过小，会使原油停留时间变长，增加了同一位置的腐蚀几率，造成管道穿孔。
        1.2外部原因
        1.2.1防腐层的质量不达标
        若受到施工质量因素亦或是老化因素的影响，致使防腐层的质量不理想，就会导致阴极保护效果明显下降。在这种情况下，管道就会缺少必要的保护。若阴极保护系统运行异常，埋地管线也同样难以得到保护。
        1.2.2温度因素
        在原油管线腐蚀方面，温度也是较为重要的影响因素。一般情况下，每升高20°C，腐蚀的速度就会增加一倍。在深入分析并研究油田生产状况的过程中了解到，埋地高温单井管线与伴热管线发生腐蚀的几率都超过了集油管线，而与常温传输管线相比，集油管线的腐蚀几率也相对较高。
        1.2.3保温层出现严重破损问题
        在管线保温层的破损位置，泡沫夹克层会出现进水的问题。一旦水进入到泡沫的内部，并且向侧面延伸一定的距离，那么保温层内部所渗透的水就无法实现自动排除。特别是在季节与下雨天气变化的过程中，地下水水位也会随之改变，间接地改变了泡沫层内部的含水量。长此以往，管线就会始终处于半干与半湿的状态。这样一来，管线的氧浓差电池腐蚀问题发生几率会更高。一般情况下，腐蚀出现在管道中下部，且以局部坑蚀的形式表现出来，严重威胁管线的安全性。

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        2原油管道腐蚀防护措施
        2.1腐蚀因素的调查
        因为管道发生腐蚀可能存在于原油集输系统的各个部分，而且导致管道出现腐蚀因素也很多，因此管道防腐工艺设计前，要对管道的运行环境、输送的介质进行调查分析，落实影响该区域内管道发生腐蚀的关键因素，做到管道设计时的防腐工艺能够根据关键因素落实对应的防腐策略，发挥管道防腐工艺的重要作用和经济效益。管道发生外腐蚀和内腐蚀的腐蚀性介质主要有土壤、水、原油三个因素。防腐工艺设计前需测定所用管道所接触区块、层位的地层水的腐蚀速率，以及水中的溶解氧、矿化度、PH值导电率等进行调查，同时应调查采出油中水的实际含量，当采出原油中水的含量达到30％时，在管道输送的过程管道发生腐蚀的速度会明显加快。
        2.2管道材质的选用
        根据管道运行的外部环境正确选用合适的管材，能够有效的降低管道周围环境对管道腐蚀的影响，比如在大气造成腐蚀比较严重的区块使用低合金钢管材作为输送管材，在PH值偏酸性的区块采用碳素钢或者低合金钢，输送介质氯离子含量较高的情况下不能采用不锈钢管材等，管道的敷设、架空以及防腐层、保温层应该简单实用，方便管道的运行管理以及后期的防腐的检测与维修。管道内表面和外表面应用平滑光洁，防止腐蚀介质长时间的停留与积聚，造成管道出现局部腐蚀，发生管道穿孔泄漏现象。管材应在焊接时热应力影响较小，管道弹性敷设时的残余应力较小，防止管道投运产生热应力以及受力断裂，防止管道运行期间产生应力腐蚀破裂。同时在同一条管道的设计时，必须要考虑管材的相容性，应该尽量采用同一种管材，避免不同材料间的电偶腐蚀。
        2.3增设排流装置
        为了减弱杂乱电流对原油管道腐蚀的加速作用，可根据所处区域的杂乱电流检测结果，增设排流装置。如果检测出来的杂乱电流过多，为了管道的安全运行，可多增设排流装置，此外应定期检查排流设备，最大程度保证排流设备的正常运行，以减小杂乱电流对管道腐蚀的影响程度。
        2.4管道阴极保护
        阴极保护系统是管道防腐非常高效的补充手段，它能够有效地降低管道的腐蚀速度，延长管道的使用寿命。目前阴极保护主要有强制电流阴极保护以及牺牲阳极阴极保护两种方式，原油管道目前应用的阴极保护系统采用强制电流与牺牲阳极相结合的方式，即强制电流牺牲阳极法，在外加电流的同时，埋设铝块阳极床，两种阴极保护共同保护管道。阴极保护系统的设计寿命须与被保护管道的设计使用寿命一致。阴极保护系统的保护范围设计要充裕，在部分杂散电流干扰较严重的区域配置防干扰装置，取必要的防护措施，强化管道的防腐保护措施和手段。
        2.5管道防腐层
        防腐层的主要作用是将原油中所含有的腐蚀性介质与管道内壁及外壁隔离以达到防腐蚀的目的，因此防腐层对于管道的腐蚀控制十分重要。选择的防腐层要求必须与管道本体结合牢固、附着力好，有一定的厚度和覆盖均匀完好，孔隙率小。要有较高的机械强度，防止管道运输、吊装以及施工过程由于外力挤压、碰撞造成防腐层损坏；防腐层要具有较好的柔韧性，确定管道在弹性敷设时管道的弯曲变形能够不损伤防腐层；防腐层也要有较好的耐磨性，防止外部介质的冲刷和磨擦造成防腐层局部损坏；防腐层要有较好的化学和物理稳定性，耐老化好、吸水率低、不易变质、耐高温性与耐低温性能好，保证防腐层的使用年限，经济耐用可靠且易于修复。
        结语
        当前我国的原油输送管道尚未建立系统的内腐蚀控制体系，腐蚀性原油输送也缺乏科学指导。研究原油在管道输送条件下的腐蚀机理，建立流动原油中水、固体颗粒在管道沉积位置的预测模型和小孔腐蚀模型，形成原油腐蚀性数据库，对于管道腐蚀寿命预测、管道腐蚀监测以及完善原油输送管道腐蚀风险控制技术体系具有重要指导意义。
        参考文献：
        ［1］输油管道腐蚀调研报告［R］．徐州：中国石化管道储运公司，2015：2－16．
        ［2］杨雪，吴先策．液体石油管道内腐蚀直接评价方法［J］．管道技术与设备，2011（2）：48－50．
        ［3］姬鄂豫，李爱魁，张银华，等．原油对碳钢腐蚀行为影响的研究［J］．材料保护，2004，37（5）：42－44．