汪 涵
(1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院,陜西 西安 710065;2.中國(guó)石油新疆油田公司采油一廠,新疆 克拉瑪依 834000)
由于管道在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸方面,具有運(yùn)輸方向無限制、運(yùn)輸費(fèi)用較低的優(yōu)勢(shì),管道成為了陸上原油運(yùn)輸?shù)闹饕绞健kS著石油需求量的逐漸升高,在國(guó)家政策與資金的不斷支持下,原油管道建設(shè)迎來一輪新的高潮。我國(guó)的原油管道多為埋地敷設(shè)的金屬管道,在運(yùn)輸作業(yè)過程中,由于腐蝕,管道的使用壽命受到影響[1-2]。除此之外,由于管道腐蝕造成的安全事故時(shí)有發(fā)生,帶來較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)環(huán)境影響,原油管道的安全性備受考驗(yàn)[3-4],因此原油管道的腐蝕問題成為了廣大研究者所關(guān)注的問題之一。
1.1.1 原油性質(zhì)
隨著油田的不斷開采,地層壓力逐漸降低,為了滿足日趨增長(zhǎng)的能源需求,油田通常會(huì)采用注水方式維持地層壓力以便提高產(chǎn)量。當(dāng)原油管道輸送含水原油時(shí),若原油中含有硫化物或者CO2等腐蝕性物質(zhì),在水的作用下,上述腐蝕性物質(zhì)會(huì)加快對(duì)原油管道的腐蝕,此外,水與金屬管道之間存在電位差,會(huì)組成腐蝕原電池。在陽極,氧化形成的Fe2+進(jìn)入管道表面,導(dǎo)致金屬表面逐步剝離,從而形成較大的安全隱患[5]。
1.1.2 管線材質(zhì)
在原油管道腐蝕中,管線材質(zhì)是影響較大的一個(gè)因素。由于管道材質(zhì)不同,其含有的雜質(zhì)含量不同。有研究表明,在通常情況下,螺旋焊縫鋼管腐蝕程度高于無縫鋼管,造成這一現(xiàn)象的原因在于螺旋焊縫鋼管含有的非金屬雜質(zhì)過多[6]。若管道金屬材料中所含非金屬雜質(zhì)過多,會(huì)與管道表面形成腐蝕原電池,造成腐蝕加速。
1.1.3 輸量不達(dá)標(biāo)
在管線的設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)用中,原油輸量存在誤差對(duì)于管道腐蝕也有影響。若管道輸量不達(dá)標(biāo),則含水率也相對(duì)較高,而水作為腐蝕的載體,必然會(huì)使腐蝕情況日趨嚴(yán)重。同時(shí),隨著含水量的增大,原油流速過小,會(huì)使原油停留時(shí)間變長(zhǎng),增加了同一位置的腐蝕幾率,造成管道穿孔。
1.2.1 防腐層破損
若受到施工質(zhì)量或者老化因素的影響,造成防腐層破損,會(huì)導(dǎo)致陰極保護(hù)效果下降,在這種情況下,管道會(huì)失去防腐保護(hù),管道腐蝕幾率會(huì)增加。
1.2.2 保溫層破損
當(dāng)保溫層破損時(shí),保溫層會(huì)出現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象,一旦進(jìn)水位置過深,進(jìn)入的水無法自動(dòng)排出。當(dāng)多處區(qū)域處在雨季時(shí),地下水位也會(huì)隨之變化,保溫層內(nèi)的含水量也在不斷變化。在這種情況下,管道始終處于半濕潤(rùn)狀態(tài),在管道外部會(huì)形成氧濃度電池腐蝕現(xiàn)象,腐蝕位置一般出現(xiàn)在中下部,該種腐蝕以局部坑蝕為主。
1.2.3 土壤腐蝕
當(dāng)管道外部的防腐層與保溫層破損時(shí),土壤會(huì)與管道直接接觸。土壤中含有的腐蝕性物質(zhì)會(huì)對(duì)管道的安全運(yùn)行帶來很大威脅。影響土壤腐蝕的因素多種多樣,例如土壤含水量、土壤鹽分、有機(jī)質(zhì)、pH 值等。李健等人[7]主要分析了土壤含水量、土壤鹽分以及土壤酸度等對(duì)管道的影響,得出土壤酸堿度對(duì)管道腐蝕影響較小,而土壤有機(jī)質(zhì)與土壤鹽分對(duì)管道腐蝕影響較大的結(jié)論。
1.2.4 雜亂電流
由于原油管道所處區(qū)域后期建設(shè)了大量工廠,所使用的大功率電器與電路也會(huì)對(duì)原油管道腐蝕造成一定影響。據(jù)相關(guān)研究表明,大功率電器與電路會(huì)產(chǎn)生雜亂電流,這些電流可以加速原油管道的腐蝕,使管道腐蝕愈發(fā)嚴(yán)重。
為了解決原油管道腐蝕問題,研究者們根據(jù)以上腐蝕影響因素并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)提出了一些具體措施,希望可以降低原油管道腐蝕程度,確保安全運(yùn)行,為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。
通過提升管道坑腐蝕性能是降低管道腐蝕的主要手段,由上述分析可知,不同金屬材質(zhì)的原油管道腐蝕情況有所區(qū)別。在油田的集輸管道中,給不銹鋼表面鍍鉻便是很好的例子,不銹鋼表面鍍鉻進(jìn)一步避免了管道與環(huán)境接觸,或者降低管道中非金屬雜質(zhì)的含量,使得管道腐蝕不容易發(fā)生。因此要改變管道金屬材質(zhì)來提高防腐性能。
為了防止內(nèi)部與外部腐蝕,可根據(jù)輸送介質(zhì)與外部環(huán)境不同,適當(dāng)選擇防腐蝕涂料涂刷在管道表面,降低管道的腐蝕程度和腐蝕幾率。例如在原油管道表面涂刷環(huán)氧涂層,有效隔絕管道表面與環(huán)境接觸,減少化學(xué)腐蝕的可能性,還可以通過對(duì)管道金屬表面進(jìn)行氧化處理,為管道的防腐作業(yè)提供保障。
為了減弱雜亂電流對(duì)原油管道腐蝕的加速作用,可根據(jù)所處區(qū)域的雜亂電流檢測(cè)結(jié)果,增設(shè)排流裝置。如果檢測(cè)出來的雜亂電流過多,為了管道的安全運(yùn)行,可多增設(shè)排流裝置,此外應(yīng)定期檢查排流設(shè)備,最大程度保證排流設(shè)備的正常運(yùn)行,以減小雜亂電流對(duì)管道腐蝕的影響程度。
在管道安裝前期應(yīng)該對(duì)安裝環(huán)境進(jìn)行充分的調(diào)研分析,盡最大可能對(duì)安裝環(huán)境進(jìn)行改善,從外部因素入手做好原油管道的防腐工作。在管道安裝運(yùn)行后,要定時(shí)對(duì)管道進(jìn)行巡查,及時(shí)掌握原油管道的腐蝕情況,為管道檢修工作做好鋪墊,在檢查過程中發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域及時(shí)更換原油管道,并探究其發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的原因,為遏制原油管道腐蝕打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
通過以上分析,確定了影響原油管道腐蝕的主要因素:內(nèi)部因素(原油性質(zhì)、管線材質(zhì)、輸量不達(dá)標(biāo))與外部因素(防腐層與保溫層破損、土壤腐蝕、雜亂電流),原油管道的腐蝕所帶來的各種問題嚴(yán)重影響企業(yè)的安全生產(chǎn),因此在前期工作中要做好充分的調(diào)研分析工作,在后期要定時(shí)檢修與更換管道并進(jìn)行腐蝕原因的研究,以降低管道內(nèi)外表面腐蝕的發(fā)生率,確保管道運(yùn)輸安全。