石油管道防腐中的问题及对策探析

石油管道防腐中的问题及对策探析

魏海生

（大港油田第三采油厂        河北省沧县旧州镇061000）

摘  要：在石油管道的生产制造、安装敷设和使用维护等阶段，防腐处理是共同关注的焦点。特别是对于一些使用年限较长的老旧石油管道，或者是在石油含水率较高的情况下，管道内壁腐蚀的情况尤为严重。我国每年因石油管道腐蚀引发的石油泄漏事故屡见不鲜，由此带来的环境污染和经济损失也特别严重。明确石油管道的腐蚀类型和腐蚀机理，进而采取针对性的防腐技术，能够更好地提升防腐效果。除此之外，新材料、新工艺的研发和应用，在降低防腐成本和增强防腐效果方面也有积极作用。研发和推广石油管道防腐新技术已成为当下石油行业工作人员的重要研究课题。

关键词：石油管道;硫化氢腐蚀;缓蚀剂;玻璃钢内衬管

引言

石油管道的防腐处理成效直接关系到石油公司的经营效益，经过多年的理论研究与实践探索，目前石油行业内基本上形成了一套较为成熟的石油管道防腐技术体系，在实际应用中取得了较为理想的成果。

1 石油管道腐蚀常见类型与内在机理

1.1 硫化氢腐蚀

硫化氢（H2S）是一种溶解度极高的气体，干燥状态下不会对金属管道产生腐蚀，但是在溶于水之后，发生离解并使水体呈酸性，从而对金属产生腐蚀。H2S彻底离解后，得到H+和S2-两种离子，腐蚀机理为：

阳极：Fe→Fe2++2e;阴极：2H+2e→Had→H2。

研究发现，当石油中硫化氢浓度较低时，腐蚀产物以硫化铁（FeS）为主，它能够附着在金属管道内壁上，形成一层致密的膜，起到保护金属管道的作用，延缓腐蚀进程;当石油中硫化氢浓度较高时，腐蚀产物以二硫化铁（FeS2）、四硫化三铁（Fe3S4）为主，这两种化合物为疏松的层状结构，会进一步加快腐蚀速率。除了硫化氢浓度影响石油管道腐蚀速率外，如果石油管道内壁上出现裂纹，也会为溶液中H+的富集提供良好条件，因此裂缝处腐蚀情况会更加明显。

1.2 二氧化碳腐蚀

二氧化碳（CO2）溶于水后，得到呈弱酸性的碳酸，溶液中游离的H+具有极强的氧化性，会促使阳极铁溶解，从而对金属管道产生腐蚀。其腐蚀机理为：

阳极：Fe→Fe2++2e;阴极：H++2e-→H2。

在pH相同的情况下，二氧化碳溶于水后形成的碳酸，其腐蚀速率高于盐酸;在相同的溶液中，温度与腐蚀速率呈正相关关系，即温度越高，石油管道腐蚀速率越快。除此之外，二氧化碳还能与硫化氢产生协同腐蚀，当石油管道内同时存在两种气体时，腐蚀速率会进一步加快。

1.3 空泡腐蝕

在石油管道内，当石油以较快速度流动时，在管道表面会产生若干涡流，在发生涡流处有不同数量的气泡快速生成、破灭，瞬间破裂的气泡会产生冲击力，长此以往就会在管道表面出现磨蚀痕迹，这种现象称为空泡腐蚀。在腐蚀现象出现的早期，多以管道内壁出现蜂窝或裂纹为主，随着腐蚀的加重，零散分布的空洞、裂缝会不断扩大并连接成片，最终形成气蚀断裂。影响空泡腐蚀速率的有多种因素，其中又以流体含气量影响最大。含气量越高的情况下，石油撞击管道内壁产生的气泡数量也会越多，从而使得腐蚀范围更广、腐蚀速度更快。

2 石油管道内壁防腐技术

2.1 缓蚀剂技术

按照主要成分的不同，石油管道防腐中常用的缓蚀剂有链状有机胺缓蚀剂、季铵盐缓蚀剂、咪唑啉缓蚀剂等若干种类型;按照电化学作用机理的不同，又可以将其分为阳极型、阴极型和混合型缓蚀剂。虽然在具体分类上有所差异，但是其防腐机理和使用方法大体相同。在石油管道的起始位置，向石油中加入适量的缓蚀剂，之后在缓蚀剂的作用下，管道内壁上会形成钝化膜、沉淀膜等不同类型的保护膜。根据膜的具体类型，有的是起到降低摩擦阻力的效果来削弱腐蚀，有的是起到保护金属材料的效果来延缓腐蚀。相比于内涂镀层等常用防腐技术，加入缓蚀剂进行管道防腐，具有操作更加简单、综合成本更低的优势，另外其还具有很强的环境适应性，是油气工业中比较常见的一种防腐技术。

2.2 内涂镀层技术

在石油管道内壁均匀喷涂一层惰性防腐材料，一来可以使原本粗糙的管道表面变得光滑，减小石油流动使的摩擦系数，二来可以发挥对金属管壁的保护作用，防止酸性或盐类物质的腐蚀。根据使用材料的不同，目前常用的内涂镀层技术又可以分为环氧粉末涂敷和液体环氧涂料喷涂两种。

2.2.1 环氧粉末涂料

这类涂料具有诸多性能优势，例如附着力强，喷涂前只需要做好管道内壁表面的清理即可，不需要提前喷涂底漆，工序较为简单，作业相对方便;还有就是流平性较好，能够形成厚度均匀、密度一致的保护层，既保证了管道内壁光滑，又可以发挥很好的防腐效果。按照微观组分的不同，又细分为双氰胺固化环氧粉末涂料、酚醛固化环氧粉末涂料、环氧聚酯粉末涂料等若干种类。不同类型的涂料在实用功能和化学性质上存在差异，在喷涂作业时要根据所选材料的类型确定最佳的喷涂方式。

2.2.2 液体环氧涂料

这类涂料在使用时，需要配合使用固化剂，并根据产品说明书将液体环氧涂料和固化剂进行配比，充分拌匀后使用。喷涂时，做好石油管道内壁的清洁处理，除了清理表面的灰尘、松散的金属颗粒外，还要采取喷丸除锈的方式，将管道内壁局部生锈的地方打磨干净。之后从石油管道的一端，连接空气压缩机，使用干燥、无油的空气将管道内的铁锈、砂粒等清理干净，之后再喷涂液体环氧材料。目前的喷涂方式有多种，比较简单的有空气喷涂，以及近年来出现的旋杯静电喷涂等。喷涂前通过摇晃使材料混合均匀，装入专用的喷涂设备中，调节好参数后，在管道内壁上喷出涂料，硬结后得到一层密致且均匀的防腐层。为了提升防腐效果，通常需要在第一遍喷涂结束后，间隔2h左右再喷涂第二遍。之后静置约6h，使用内窥镜进行检查，以判断喷涂效果是否达标，以表面光滑、无气泡为宜。使用无损检测仪，以判断喷涂厚度是否一致。

2.3 阴极保护技术

电化学腐蚀也是石油管道内壁腐蚀的一种常见形式，阴极保护技术对防止此类腐蚀有显著作用。外加电流的阴极保护法需要从外部通入电流，抵消腐蚀电池产生的电流，进而达到延缓或阻止电化学腐蚀的效果。但是考虑到石油管道的跨度较大，每隔一段距离设置一处电源提供电流，一来施工比较繁琐，二来也无法保证电流供给的稳定性。因此，牺牲阳极的阴极保护法在经济性、实用性上有更为突出的优势。其原理就是把一块活泼性较强的金属块，放置于石油管道上，这样当发生电化学腐蚀时，首先消耗金属块，从而达到了保护金属管道的目的。

3 结束语

无论选择何种防腐技術，都必须熟悉防腐机理和掌握操作技术，并定期做好防腐效果观测，才能切实保护石油管道的使用安全。除此之外，石油公司应密切关注行业新技术、新材料和新工艺的发展动态，不断创新防腐技术，使得石油管道防腐性能得到持续性提升。

参考文献：

[1]刘刚，袁少锋，林海鹏，等.集气站集输管网腐蚀机理及腐蚀监测技术[J].当代化工研究，2020（17）：64-65.

[2]李玲杰，杜宁波，崔健军，等.长庆油田某采油厂集输管道内腐蚀原因及腐蚀机理[J].腐蚀与防护，2020（2）：73-77+81.

作者简介：魏海生，男，1973年2月，汉族，河北省景县，在大港油田采油三厂从事管道完整性管理工作，联系地址：大港油田第三采油厂，邮编：061000。