毛宝龙
中国石油化工股份有限公司天然气榆济管道分公司
摘要：油气资源的输送多以管道为载体，而用于输送油气资源的管道多为金属质地，在油气资源内部复杂化学成分的影响下，管道本身极易发生腐蚀，从而影响管道的使用寿命，同时也会影响到管道内的油气质量，严重情况下还会造成油气泄露等问题，不仅为生产方及相关工作人员造成人身安全威胁，还会污染当地的生态环境。基于此，本文将深入分析油气管道的化学腐蚀机理，并探讨相应的防腐措施。
关键词：油气管道；化学腐蚀机理；防腐措施
引言：随着各地对油气资源的需求量越来越高，管道腐蚀的问题也就愈发严重，直接影响到油气资源的生产、转运及社会安全[1]。由此可见，深入研究油气管道的腐蚀机理，并制定、落实相应的防腐措施，是保障油气资源稳定运输的重要工作。
1.油气管道发生腐蚀现象的严重性
用于输送石油或天然气的管道会发生腐蚀，是因为这两种资源中含有以硫化氢为代表的一些物质，这类物质普遍具有一定的腐蚀性，如果长期聚积在油气管道中，极易腐蚀管道内壁以及防腐蚀措施薄弱的部位，从而影响到油气资源的安全运输。一旦管道内壁产生腐蚀，会在管道上形成不同直径的沙眼及孔油等，如果腐蚀情况严重，还会发生油气泄漏事故，这部分泄漏的油气若接触到明火、火花、电火花等，很容易引起爆炸。除此之外，由于油气资源中的一些物质含有强毒性，一旦被附近的工作人员接触到，极易使工作人员中毒，从而危害到工作人员的人身安全；即使没有被工作人员接触到，这些泄露的油气资源也会污染当地的生态环境[2]。最后，油气资源的泄露必然会影响到企业的正常声场，从而使企业蒙受经济损失。
2.油气管道的化学腐蚀机理
油气管道中的化学腐蚀，基本上属于金属（油气管道大多为金属质地）与非电解质之间发生的化学作用，这种化学作用破坏了构成管道的金属材料的稳定性，从而导致油气泄露的发生。化学腐蚀的本质是纯氧化还原反应，其反应过程中不会产生电流。根据诱发腐蚀反应物质的不同区别，化学腐蚀又分为气体腐蚀与非电解质中的腐蚀两种。
气体腐蚀的发生主要是气体产生的作用。当金属管道裸露在空气中时，空气中的O2、H2S、SO2、Cl2等气体会在金属表面形成氧化物与化合物。如果环境温度较高，或因任何原因造成金属管道附近温度较高，还会在加速氧化膜形成的同时产生脱碳现象[3]。另外，如果空气中的水分含量较高，能在一定程度上加快气体腐蚀的速度。
在非电解质中的腐蚀与油气资源所含的化学物质有关。由于各地油气藏的条件及开采方式的差异，会导致一些油气资源中H2S、SO2、CO2的含量较高，而这些物质本身具有一定的腐蚀性，在油气资源中含有一定量水分的情况下，这部分化学物质很容易溶于水，并对管道内壁产生腐蚀作用。
3.油气管道发生的其他腐蚀
除化学腐蚀外，油气管道发生的腐蚀还包括电化学腐蚀与物理腐蚀。电化学腐蚀与化学腐蚀的主要区别是腐蚀过程中有电流存在。油气管道多以钢为主要材料构成，因而其主要成分是铁元素及少量其他杂质，由于这些物质的电位不同，在一些气体（如CO2、SO2、HCl、NaCl）与灰尘溶于水中时，会形成浓度不同的电解质溶液，这些电解质溶液与管道接触后会形成原电池，从而造成电化学腐蚀。物理腐蚀是因物理溶解作用造成的管道腐蚀，由于油气资源中的化学物质含量较多，因此管道腐蚀以电化学腐蚀及化学腐蚀相对多一些，物理腐蚀出现的情况较少。
4.油气管道腐蚀检测
4.1油气管道内壁腐蚀检测
油气管道内壁腐蚀检测，主要是检测管道内部几何形状的变化，并对检测结果及变化成因进行分析，其中主要包括管道内壁厚度的状态变化检查、环焊缝密封情况检查、管道椭圆度及弯曲状况的检查等。在检查油气管道内壁的腐蚀情况时，常用的方法包括激光检测法、漏磁通量法、电视测量法及超声波测量法等。其中超声波检测技术以超声导波检测进行，这种技术具有效率高、成本低、灵敏性强及检测距离长的特点（理论检测距离可达150米），因此在管道腐蚀检测中得到了较为广泛的应用。
4.2油气管道外腐蚀检测
油气管道外腐蚀检测技术的实现与阴极保护有很大关系，通常是通过对检测参数的分析，来评估油气管道外部的腐蚀情况，以及管道防护层的损坏情况。就当前较为常见的检测技术而言，包括管—地电位测量以及管内电流值测量两种主要检测思路，其中前者的具体检测方式包括直流电压梯度法、组合电位测试法等；后者则包括分段管内电流对比法以及电流梯度分布法等。
5.油气管道防腐措施
油气管道防腐措施需要根据腐蚀发生的不同位置分别采取不同的防腐措施。通常情况下，防腐措施大体上分为管道内防腐保护措施与管道外防腐保护措施两种。
5.1管道内防腐保护措施
5.1.1合理挑选管道材质
通过对油气资源成分含量及各种成分化学性质特点的分析来看，做好管道内壁的防腐措施是避免管道产生腐蚀的首要工作，对帮助管道抵抗腐蚀也有十分积极的意义，不仅能够提升管道的使用寿命，还能有效避免油气泄漏，以使油气资源的正常运输得到保障[4]。由于管道多以钢材构成，而钢材中的铁极易与油气资源中的化学物质产生反应，因而合理选择管道材质能够有效帮助管道实现防腐。以合金材料及不锈钢材料为例，这两种材料的化学稳定性较强，不易与油气资源内的化合物产生反应，因而其应用可以有效避免油气资源对管道的腐蚀。在应用这类材料的同时，还需处理好管道内壁的防腐涂层，以使保护作用能够进一步升级，避免油气资源中的化学成分与管道内壁直接接触。尤其是管道内壁的结点位置，更应作为防腐工作的重点进行处理，从而使管道抵抗腐蚀的能力全面提升，延长管道使用寿命。除此之外，还要对输送的油气资源成分加以分析，研究其化学物质的特性与反应活泼程度，为管道材质的选用提供数据支持，从而进一步避免腐蚀现象的产生。
5.1.2运用防腐剂
这里的防腐剂指的是化学药剂，将化学药剂添加到油气藏介质或管材中，能够有效减轻腐蚀造成的影响，从而更进一步实现防腐蚀效果。应用化学药剂的优势在于成本较低，但对化学药剂类型的选用有较高要求，必须保证化学药剂选用的合理性，使之能够更好地适应油气输送需求。实际防腐剂的运用以有机胺与季胺盐之类为主，其中包括杀菌剂、缓蚀剂及降粘剂等。这类化学药剂在实际运用过程中均取得了良好的应用效果，因而获得的认可较为普遍。缓蚀剂能够在油气管道内表面发生氧化还原反应或是沉淀吸附反应，从而在管道内壁表面形成防腐保护膜。
以内蒙古某单位对缓蚀剂的应用为例，该单位在应用缓蚀剂时不仅认真选择了缓蚀剂的种类，还从管道内取样与缓蚀剂进行化验，确认了缓蚀剂在应用之后不会与管道内物质发生沉淀之后，才将这种缓蚀剂应用在管道中进行防腐。这样做是因为缓蚀剂与油气管道内油气资源形成的沉淀物质会堵塞地下储层的孔道，从而影响到油气资源的开采与生产。
5.1.3电镀防腐技术
电镀防腐技术是一种应用于管道内壁的防腐技术，能够有效提升管道内壁的防腐性能，其原理是在钢制管道表面镀上一层其他元素，转变管道的极性，从而实现防腐目的。比如在管道表面镀锡，就能为管道形成阴极防腐保护；而镀锌则可以为管道构成阳极防腐保护。选用阳极或阴极保护可以视具体情况而定，无论任何极性都能够提升管道的防腐性能，避免管道产生严重腐蚀，影响使用寿命[5]。
5.1.4涂层防腐技术
涂层防腐技术与电镀防腐技术类似，区别在于后者是在管道表面镀上其他元素，改变管道的极性，而前者则是运用涂料技术，相对而言科技含量更高。得益于涂料技术的发展，油气管道的内部防腐措施能够获得全新的处理技术，同时也能大幅提升管道的防腐蚀性能。涂层防腐技术的本质是在管道内壁喷涂防腐蚀涂层，以达到防腐蚀的目的。防腐蚀涂层拥有较好的增油性能，能够在金属管道内壁与输送介质之间形成全面的隔离层，在隔离层的阻绝下，油气资源内的化学物质将难以接触到管道内壁，从而有效降低了管道内壁腐蚀情况的发生，在保障管道正常使用的过程中发挥了重要作用。除此之外，管道内壁防腐还可以应用水泥沙浆涂层、环氧树脂涂层等多种涂层防腐保护措施，其原理均是在管道内壁构成防腐涂层，以阻绝油气资源与管道内壁的接触，从而实现管道内壁的防腐蚀。以FBE为例，不同防腐涂层在各方面上的性能表现是不同的（如表1）。
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5.1.5应用金属复合管内衬技术
金属复合管是指在油气管道中加入其他材质的内衬，从而避免油气资源与管道内壁直接接触，以达到防腐的目的。当前应用较多的是玻璃钢内衬或陶瓷内衬，这类复合管内衬技术不仅具有强大的防腐蚀效果，还能有效避免管道内壁出现结垢的情况，但缺点在于该技术的成本较高，会增加油气输送的成本负担，同时也对管道铺设条件及技术有较高的要求，如果未能严格按照相应技术要求处理，极易使管道内部的玻璃钢内衬或陶瓷内衬产生损伤，从而影响到管道内壁的防腐蚀效果。另外，由于该技术的应用会大幅提升油气输送的成本，因此还需要根据油气输送工作的具体需求，综合各方面因素来决定是否采用这种防腐措施。
5.2管道外防腐保护措施
5.2.1外涂层防腐技术
涂层防腐技术不仅可以应用于管道内壁，同时也可以应用在管道外部。通常情况下，油气管道的铺设是位于地下的，且会在地下静止很长时间，而土壤中的水分及少量化学物质会对油气管道外壁产生腐蚀，并发生各种化合反应，从而使管道的强度产生一定程度的弱化。在这种弱化累积到一定程度以后，会导致管道质量的下降，并使油气泄漏事故发生的可能性大幅上升[6]。在这种情况下，就需要对管道外壁进行防腐处理，以避免管道外部遭受腐蚀，具体保护措施如下。
在运输、堆放防腐管道时，应在管材与地面接触面铺垫软垫层（沙袋或草袋均可）；如果是岩石或卵、砾石的管沟，沟底需要先铺设细碎土壤或砂土垫层，且需要确保压实后的厚度大于20cm；在运输管材时严禁使用钢丝绳或其他硬质吊带吊装，否则会影响防腐层表面的完整性，吊装作业应使用柔性吊带（如尼龙吊带）；入沟前应检查防腐层是否完整，敷设过程中严禁使管道产生碰撞、拖拽或剐蹭；焊接口应预留足够的位置，避免因过热影响到防腐层性能；敷设完成后回填时应用细土覆盖其表面30cm左右厚度，随后才可用原开挖土回填。
5.2.2三层聚乙烯防腐技术
聚乙烯（PE）材料是一种新型材料，通常经乙烯聚合化之后获得，具有良好的化学稳定性，此外还有溶水性差、吸水性小、耐酸碱腐蚀强（不包括氧化性质的酸）、耐低温性能优良等特点。三层聚乙烯（3PE）防腐技术是指在管道外壁进行多达三层的聚乙烯处理，这种处理方式能够有效弥补两层防腐涂料的性能缺陷，再加上聚乙烯成本较低，因而拥有较高的实用价值。通常三层聚乙烯防腐技术以缠绕式或圆模包裹式的方式制成，所选用的聚乙烯材料往往具有很高的密度，在耐冲击性与机械强度上的表现也不错，还能够适应不同的气候条件，因而就整体上来看，是一种性价比较高的油气管道外防腐保护措施。
结语：综合上述内容来看，油气管道腐蚀造成的后果非常严重，因此应及时检查油气管道的腐蚀情况，并深入分析腐蚀发生的原应，随后根据现场实际情况及各方面条件，采取针对性的防腐蚀措施，以保护油气管道，使之免受腐蚀影响，确保油气资源的平稳输送，推动整个社会的和谐发展与现代化建设。
参考文献：
[1]巴东辉.油气管道的化学腐蚀机理及防腐措施分析[J].石油和化工设备.2019，（4）：100-101.
[2]张晓倩.油气管道化学腐蚀机理分析及防护措施[J].化工管理.2016，（7）：169.