李崇娟

（大慶油田有限責(zé)任公司儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

管線的輸送方式有著諸多優(yōu)點(diǎn)，因而輸送的媒介也日益多樣化，管網(wǎng)規(guī)模也不斷增大，因腐蝕導(dǎo)致的泄漏事件也屢見不鮮。在石油和天然氣的輸送過程中，由于存在大量的內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致?lián)p失大量的經(jīng)濟(jì)利益和石油輸送的效益。在此背景下，國內(nèi)外對(duì)石油天然氣集輸管線的內(nèi)壁腐蝕技術(shù)進(jìn)行了深入探討。

1 油氣管線運(yùn)輸概述

石油天然氣的收集管道大致可劃分為原油輸送管道和成品管道兩大類。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，到2015 年國內(nèi)石油和石油輸送管線都由石油輸送和燃?xì)廨斔蛢刹糠纸M成。目前，全國已形成了貫通東西、南、北的天然氣管線輸送網(wǎng)。從某種程度上講，石油天然氣的集輸管道的安全性問題已經(jīng)引起了有關(guān)部門的高度關(guān)注。

根據(jù)美國有關(guān)資料，石油天然氣集輸管失效的主要因素有集輸管內(nèi)部腐蝕、集輸管材料和焊接接頭失效、設(shè)備故障等，占到故障原因的25%，而管線的侵蝕則有18%。隨著中國天然氣集輸管線新架設(shè)，管線的失效效率低于美國，但是管線的侵蝕狀況依然不容樂觀。

在油氣集輸管道中輸送的媒質(zhì)具有相當(dāng)高的溫度，而在集輸管道中輸送的物料通常是氣、水、烴類和固體。由于我國石油天然氣集輸管道在高溫、高壓、輸送介質(zhì)的情況下，集輸管道內(nèi)部的溫差也很大，從而使集輸管道的內(nèi)部防腐性能惡化。

由于集輸管道輸送的媒質(zhì)中含有含水、H2S（硫化氫）、CO2（二氧化碳）等物質(zhì)，加之長期服役的集輸管道的防腐涂層品質(zhì)較低，有的還未進(jìn)行陰極防護(hù)。在高溫度、高壓力的輸送條件下，由于天然氣集輸管道的穿孔速率過大，往往會(huì)導(dǎo)致輸送媒介的泄漏。

2 油氣管線運(yùn)輸腐蝕機(jī)理

由于石油和天然氣中含有H2S、CO2、凝析油、地層水等，這些氣體會(huì)侵蝕管道，從而引起天然氣的泄漏即石油和天然氣的泄漏。此外，由于各區(qū)域的特點(diǎn)存在差異性，所含的各種雜質(zhì)在各方面都會(huì)產(chǎn)生不同程度的侵蝕，這就需要有關(guān)部門對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的防腐處理。通常情況下石油和天然氣是多相流動(dòng)的混合體，在輸送過程中，更有可能導(dǎo)致管道的破壞，從而加重了管道的侵蝕。為了確保石油天然氣的安全和穩(wěn)定，石油天然氣的鋪設(shè)、安裝和維護(hù)是石油天然氣的關(guān)鍵。

由于土壤的酸堿性、含水量、氯離子含量等因素的不同，會(huì)使輸送管道產(chǎn)生離子偏差，進(jìn)而引起電化學(xué)的問題。由于管線中存在大量的石油和天然氣，所以為了保持管道內(nèi)部的平滑，可以對(duì)其進(jìn)行表面的涂層，但是由于石油和天然氣的侵蝕或管線的外部零件損壞，導(dǎo)致涂層脫落，從而導(dǎo)致防腐的效果受到一定限制。

管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其主體材料為金屬材料，輔以非金屬材料，由管子制造人員焊接、加固，形成一個(gè)嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)。然而，由于工藝方面的問題或施工人員的疏忽，會(huì)導(dǎo)致氣孔、螺母緊壓面、法蘭連接面等部位出現(xiàn)裂縫，而且在不同的土壤環(huán)境中，SRB（Sulfate-Reducing Bacteria，硫酸鹽還原菌）會(huì)吸收或電化學(xué)侵蝕，從而導(dǎo)致裂縫部位受到侵蝕，從而導(dǎo)致管線的銹蝕。

在石油和天然氣的運(yùn)輸中，由于受到腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力等多種因素的作用，從而引起管線的腐蝕和斷裂。

3 油氣集輸管線腐蝕檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

在鋼管外部的腐蝕監(jiān)測(cè)中，應(yīng)用較為廣泛的方法有皮爾遜法、多頻管電流法、直流梯度法、頻率變換法、頻率選取法等。

首先，在對(duì)某一管道進(jìn)行檢驗(yàn)前，應(yīng)充分了解有關(guān)管線的運(yùn)行狀態(tài)和性能特點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)重視各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以便制訂更加科學(xué)、合理的腐蝕試驗(yàn)計(jì)劃。外防腐檢測(cè)的過程分為預(yù)評(píng)價(jià)、間接檢測(cè)、直接檢測(cè)和全面評(píng)價(jià)四大部分。目前皮爾遜技術(shù)是常用的一種檢測(cè)技術(shù)，它可以對(duì)管線表面的各種缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位，優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)速度快，但是抗干擾能力差，而且缺乏一個(gè)清晰、切實(shí)可行的規(guī)范。

多頻率管線采用的是電流法進(jìn)行石油天然氣管線的遠(yuǎn)距離檢測(cè)，當(dāng)管線所處地域地勢(shì)較為復(fù)雜的情況下，檢測(cè)機(jī)構(gòu)常選用這種方式，能較為準(zhǔn)確、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)泄漏較為頻繁的區(qū)域。

針對(duì)油氣管線的特點(diǎn)，應(yīng)采用科學(xué)的內(nèi)壁腐蝕探測(cè)技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行內(nèi)壁的探測(cè)。例如，導(dǎo)式超聲探測(cè)技術(shù)可以更快速、準(zhǔn)確地探測(cè)到更遠(yuǎn)處的管線，但是超聲探測(cè)中的回聲有一定死角，會(huì)對(duì)探測(cè)精度產(chǎn)生不利的影響。利用X 線數(shù)碼影像技術(shù)對(duì)管線內(nèi)部進(jìn)行探傷，通?？梢匀〉煤芨叩臋z出率，從而得到有關(guān)管線的詳細(xì)資料，但是它對(duì)管線尺寸要求高，而且如果離得過長則很難準(zhǔn)確定位出有腐蝕的部位。另外，通過超聲掃描，可以精確地探測(cè)到最小的管壁厚度，從而判斷出特定的腐蝕區(qū)域和深度。

4 油氣集輸管道內(nèi)防腐技術(shù)

4.1 耐腐蝕材料的使用

石油天然氣集輸管道中常用的抗腐蝕性介質(zhì)主要有兩種，分別為抗腐蝕性的金屬和抗腐蝕性的非金屬。

（1）抗腐蝕性的金屬。以往使用的是碳鋼和低合金鋼等抗腐蝕性的金屬。但是，由于集輸管道內(nèi)部的環(huán)境日益惡劣，常規(guī)的抗腐蝕性材料已無法適應(yīng)其對(duì)管道的抗腐蝕性要求。所以，在集輸管道材料中，應(yīng)選用高防腐的材料，目前常用的是316L 不銹鋼和2205 型不銹鋼。這種金屬材料的主要特征是抗腐蝕、機(jī)械性能、加工性能和焊接性能良好，利用這種材料制作石油天然氣的集輸管道可以從根本上解決管道的腐蝕問題，為管道的安全提供保障。但是，用耐蝕性的金屬制造石油和天然氣的集輸管道也有許多不足之處，如耐熱金屬的造價(jià)偏高且投入較大。

（2）抗腐蝕性的非金屬材料。在石油天然氣管道中使用最多的是聚合物，產(chǎn)品有玻璃管、合金管、復(fù)合管、鋼結(jié)構(gòu)管等。不同的非金屬材料都有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處，如FRP（Fiber Reinforced Polymer/Plastics，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）和塑料制管材，適用于含CO2和H2S 的腐蝕性氣體環(huán)境。采用非金屬材料制成的集輸管道，其內(nèi)部表面平滑，輸送氣體時(shí)阻力較低，集輸管道內(nèi)部也不容易產(chǎn)生污物。在實(shí)際應(yīng)用過程中，非金屬材料具有很好的耐腐蝕性，但是由于管線接頭容易發(fā)生斷裂、泄漏和高溫等原因，造成集輸管線的收縮和變形。

4.2 內(nèi)層鍍鋅工藝

（1）采用內(nèi)部涂層技術(shù)。采用內(nèi)部涂層技術(shù)可有效地處理集輸管道的內(nèi)部腐蝕問題。常見的涂料類型有聚乙烯、富鋅、環(huán)氧樹脂等，這些涂料的機(jī)械和耐化學(xué)腐蝕特性良好，采用內(nèi)涂法可以使集輸管道表面平滑，減少輸送時(shí)的阻力。為增強(qiáng)內(nèi)部涂料的抗腐蝕性能，美國采用了各種不同的混合料。

（2）內(nèi)襯工藝。為了減少集輸管道的安裝費(fèi)用，通常采取混凝土內(nèi)襯、塑料、橡膠和陶瓷襯里等方法。例如，普通的混凝土沙漿，采用不同的施工方法，將混合好的混凝土漿料一次一次地涂抹于集輸管道中，并進(jìn)行后期的維護(hù)，從而在集輸管道內(nèi)部形成一層高強(qiáng)度的內(nèi)覆層。通過采用膠粘劑涂料，將輸送媒介與集輸管道分離開來，可以防止管道的腐蝕。但在實(shí)踐中，由于其活性組份經(jīng)常與輸送媒介產(chǎn)生化學(xué)作用，造成其內(nèi)部的受力增大，且隨著壽命的延長，其外殼很易龜裂脫落，影響其保護(hù)效果。在實(shí)際的集輸管道中，還使用到陶瓷內(nèi)襯。它是采用高溫合成工藝，將陶瓷與集輸管道的內(nèi)壁緊密結(jié)合，耐磨特性更好。

4.3 化學(xué)滅菌技術(shù)

在集輸管道的敷設(shè)中，通常會(huì)在集輸管道中添加緩蝕劑，以降低對(duì)金屬和合金的腐蝕，從而提高集輸管道的壽命。在實(shí)際使用中，依據(jù)輸送的媒介種類經(jīng)反復(fù)的篩選，最終選定具有良好的防腐蝕性能和經(jīng)濟(jì)性的實(shí)用性能。

國內(nèi)目前石油天然氣集輸管道中普遍采用的是咪唑啉、有機(jī)胺等化學(xué)腐蝕試劑，具有用量少、操作簡單、見效快等優(yōu)點(diǎn)。由于化學(xué)腐蝕工藝不需專門的機(jī)械，所以在集輸管道的施工中大量應(yīng)用。

5 油氣輸送管道的有效防腐措施

5.1 管線的壓力計(jì)算

在石油天然氣管線的布置方案中，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?、河流分布、氣候、線路布置、線路布置等因素，并充分搜集有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)管線的布置進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，以保證管線與這些因素之間的相互獨(dú)立。其次，要嚴(yán)格控制管材的材料，員工要合理選用管材。為要解決管路自身的問題，必須對(duì)各種管徑的管子進(jìn)行內(nèi)部試驗(yàn)，確定管子的轉(zhuǎn)點(diǎn)架空和法蘭盤連接狀態(tài)，從而消除應(yīng)力，防止設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的損傷。

5.2 外防腐復(fù)合涂料

在石油和天然氣的收集和安裝完成后，要對(duì)管線表面進(jìn)行科學(xué)的油漆和防腐蝕處理，并在表面噴涂防銹漆和磁粉涂料。而項(xiàng)目本身也是完成了，所以在涂上了防銹涂料，然后用聚乙烯膠將其包裹起來，避免了電化學(xué)的侵蝕，然后在上面涂上了一種石油瀝青，這樣就可以降低SRB 菌和其他生物對(duì)人體的危害。

5.3 增補(bǔ)阻垢物

對(duì)于內(nèi)部防銹，可以安裝時(shí)在鋼管涂上一層涂層，但由于石油和管道表面的機(jī)械損傷，涂層容易掉落，所以要確保定期清洗、定期添加緩蝕液，使鋼管的耐蝕性得到最大限度的改善。但是，由于緩蝕材料的使用成本很高，因此需要將其與管道清管以及其他養(yǎng)護(hù)方法相配合使用，從而達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.4 陽極法

為了解決區(qū)域內(nèi)的電化學(xué)侵蝕問題，必須設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)站點(diǎn)和保護(hù)樁，特別是在江河或電氣化鐵道跨線時(shí)，要特別注意防止電化學(xué)侵蝕。目前，在管線防腐蝕中采用大量的陰極防護(hù)技術(shù)，它的效果好、經(jīng)濟(jì)性好、維護(hù)方便，并且易與其他防腐蝕方法結(jié)合應(yīng)用。

6 結(jié)束語

在石油天然氣管道中，應(yīng)著重研究石油天然氣管道的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)和防腐蝕對(duì)策。通過加強(qiáng)管道應(yīng)力計(jì)算、復(fù)合涂層外防腐、適當(dāng)添加緩蝕劑、采用陰極防護(hù)等方法來保證管道防腐，從而保證管道的防腐能力和管道安全。