油管道腐蚀分析与防护措施

喻石 迟金生

摘 要：国内能源数量需求的不断提高，也是石油、天然气工业得以迅速发展的重要原因之一，在这个过程中，管道运输因为在输送距离、建设成本及安全性等方面的优势得以在石油和天然气工业中得到广泛应用。但是，因为管道腐蚀问题带来的石油泄露问题发生概率也有所提高，这类问题发生所带来的损失是无法进行计算的。为此，本文以油管道腐蚀作用机理分析作为切入点，在全面分析引发油管道腐蚀现象因素的基础上，就当前较为常用的油管道防腐措施展开了相应的分析。

关键词：油管道;腐蚀机理;引发因素;防腐措施

在石油和天然气产业深入发展的过程中，管道是其发展的关键命脉，并且我国境内的油气运输管道长度也在逐年增加，逐渐形成了一张覆盖全国范围的油气运输网络。但是，这些油气管道在投入使用之后，往往需要长时间进行服役，再加上国内部分地区在自然环境条件上较为恶劣，再加之管道自身的材质所限，很容易出现相应的腐蚀问题，最终带来的就是漏油现象的发生，这带来的损失是无法进行估计的。这也就意味着针对油管道的腐蚀问题诱发因素进行深入的分析并采取合理的防腐措施有着十分重要的经济、社会及生态价值。

1 油管道腐蚀作用发生的机理分析

就当前的情况来看，油管道的制造材质一般都是以钢为主，这类管道的腐蚀大致可以将之分为化学及电化学腐蚀，前者就是酸性油液和管道之间发生了氧化反应，而后者的本质就是电解质溶液出现了氧化还原反应。对于油管道的腐蚀来说，油田及其附近的自然环境、各项生产设施等都会为这些反应提供所需的环境基础。比如，地层水内部含有多种无机盐离子，可以有效充当化学反应中的电解质角色，并以此形成了类似原电池的存在，再加之受到其他离子作用的影响，阳极表层附着的铁原子可以运动到电解质溶液内，而电子则会持续不断的达到阴极的表面，这就会使得油液内氧化物质处于一个不断消耗的情况下，继而带来油管道的腐蚀现象。

在油管道出现腐蚀迹象之后，原本存在于油管道防腐层内的腐蚀介质无法维持顺畅的流通，在土质环境的影响下，氧分很难以油管道的缝隙方向作为基础进行移动，如此一来，宏观性质的氧浓差电池就会分布在缝隙不同深浅或者是仿佛保护层出现损坏的位置上。同时，需要注意的一点是，处于缝隙深处位置的则是整个宏观氧浓差电池的阳极，其余部分共同组成阴极，且溶解化学反应和氧化还原反应会分别出现阳极和阴极位置上，这也就意味着油管道的腐蚀问题会得到进一步的发展。

2 油管道防腐措施应用的重要意义

对于油管道而言，其中所运输的石油本身也属于危险物质的一种，石油物质的泄漏往往会在各种因素的影响下引发较为严重的爆炸事故。在这种情形下，通过对油管道的腐蚀因素进行全面的分析，并采取相应的防腐措施有助于降低油管道爆炸事故的发生概率。除此之外，输油管道腐蚀事件发生概率的降低，也就意味着石油企业的生产效率会相应的有所提升，并且在整体的生产成本方面也会相应的有所降低，这对于企业的进一步发展和国民经济的高速稳步发展有着十分重要的作用。除此之外，输油管道内石油物质的泄漏，对于周边百姓的健康生活而言也是一种极为不利的环境因素，并且这些物质的渗漏也会对地下水源产生相应的污染。在这种情况下，通过油管道防腐措施的有效落实，可以极大地保障人民群众的生命健康和当地生态环境的安全性。同时油管道腐蚀现象的发生，会对各项油田生产设施老化起到了加速催化的影响，极大地缩短了其使用寿命，同时在各类油田生产设施施工建设的过程中也会使用到数量较多的材料和能源，这也就意味着油管道腐蚀现象的频繁出现，也会带来材料和能源的严重浪费现象，通过油管道防腐措施的有效落实，可以在有效保障各类原油生产设施的使用寿命的同时，从而有效降低因为管道修复及新建带来的建筑材料和能源浪费。

3 引发油管道腐蚀现象的主要因素分析

3.1 金属材质的不均匀化

就当前的情况来看，油管道的生产制造材料绝大部分都是金属材质，但是这些金属材质本身性质的不均匀却也是管道腐蚀问题的罪魁之一，主要是因为金属材质自身性质的不均匀会产生一种较为微小的电位差，并且在经过改造之后的管道材料和原本的金属管道在性质和成分方面必然会出现差异，也就意味着同样可以产生相应的电位差。当油管道处于正常生产运输的状态下，一旦其中的个别管道出现了相应的改性问题，换言之，就是材质上存在差异的新管道和老旧管道之间做出了相应的连接，在电位差出现并形成阳极区域的影响下，很容易出现油管道的腐蚀问题。在这种情况下，需要对新旧油管道交接位置的腐蚀情况和发展速度做出全面的检测，并采取相应的防护措施。

3.2 土壤及其内部的各类微生物

由于油管道是一种埋设在地表土壤下的管道运输设施，土壤自身的一些性质要素也会对管道的腐蚀产生一定的影响，这其中对于管道腐蚀影响比重较大的一个因素就是土地的酸碱度。在一般情况下，金属材质更容易与酸性的土壤发生相应的化学反应，从而使得油管道在不同位置出现腐蚀问题，但是在部分情况下，碱性土壤也会和油管道发生相应的化学反应，主要是因为在油管道制作的过程中，所使用的金属材料本身存在有一定的杂质，这些杂质中的部分物质可以和碱性物质发生相应的化学反应，出现管道被腐蚀的现象，也就是在油管道生产运输环节中会经常看到的生锈和管道穿孔的问题。除此之外，土壤的湿度也会对油管道的腐蚀产生一定的影响和促进作用。对于一些温度年差数值变化较大的地区而言，实际上也是对油管道自身热胀冷缩能力的极大考验。从实际的石油生产工作来看，夏季的高温条件下对于油管道的使用寿命一般不会产生较为严重的影响，只有在雨季来临的情况下，雨水顺着地表渗入到地下，雨水中的杂质和管道长时间接触之后，很容易对管道产生相应的侵蚀情况。除此之外，长距离输油管道如若出现了相应斑点状腐蚀现象，往往还会伴随着黑色硫化亚铁包围白色糊状的氢氧化亚铁的现象，这种现象也就意味着管道和生存在土壤内部的微生物间发生了硫酸盐还原反应。这类细菌喜欢生活在一些土壤本身透气性较差，并且还有较多水分和腐烂植物的土壤中。钢制输油管道在埋进土壤的时候，会逐步和其中所包含的水分進行反应，并同时在管道的表面形成一层相应的保护膜，而这个过程只有在土壤里氧气含量耗尽的前提下方才会停止，但是如果土壤中还有一定数量的厌氧细菌，这个反应仍旧会继续进行。在这种情况下，细菌就会将其中的一些硫酸盐通过氧化还原反应还原成某种硫化物，而这种物质可以在和管道表面进行接触的过程中，通过氢膜的相互作用，使得这层保护膜被消解的同时，管道内的金属材质也会出现相应的溶解继而造成腐蚀现象。

3.3 杂散电流带来的管道腐蚀

埋在土壤中的钢铁材质的输油管道，在经过较大幅度的维修，或者是管道埋设地区的地形地貌出现了相应的变化。就会发现处于电流干扰处的金属管道，自身的腐蚀现象往往要超过其他区域的管道，并且这里的腐蚀现象绝大部分是以斑点形式存在的，这类性质的腐蚀现象所带来的后果就是油液的渗漏以及管道的濒临穿孔问题。并且根据有关的研究实验表明，交流电存在的情形下，碳钢腐蚀的电位会向着活化的方向逐步进行运动，并且活化的电位数值和电流的密度之间是一种正比例关系，同时在交流电的影响下，会使得钝化性质的电流密度得到进一步的提升，从而使得油管道表面原本存在的钝化膜直接被溶解。

3.4 其他原因带来的腐蚀

从组分角度上来看，石油内的主要组分包括了烷烃、环烷烃和芳香烃等，这些物质成果本身并不会对各种金属设施带来腐蚀问题。但是石油内含量稀少的硫化物和无机盐等物质，却在腐蚀问题上发挥了巨大“作用”。在石油加工输送的过程中，这些物质本身就带有强弱不一的腐蚀性，除此之外，其他的一些物质在经过石油加工工艺处理之后，也会逐渐转带有腐蚀性。很容易进一步提高输油管道发生腐蚀现象的概率。

4 当前较为常用的油管道防腐措施分析

4.1 药剂添加防腐技术

就当前的输油管道防腐技术应用来看，药剂添加防腐技术是其中最为常用的一种方式，而作为其中使用频率最高的药剂--杀菌剂，自身在生产制造成本上相对较低，并且具备较为良好的防腐效果，杀菌剂添加的位置可以在单井的井口位置，也可以在管道系统内部。杀菌剂的添加在一些腐蚀现象以SRB腐蚀为主的油套管内具有十分良好的效果。除此之外，缓释剂的加入也是一种十分有效的药剂添加防腐技术，这种技术的主要目的就是为了降低管道腐蚀的速率。就当前的情况来看，绝大部分的缓释剂在生产制造成本上相对较低，并且在功能发挥上较为稳定，具备着显著的降低管道腐蚀速率的效果。同时缓释剂也会因为种类的差异而产生作用机理方面的差异，主要是借助吸附、氧化和沉淀等反应，并借此在油管道的表面形成相应的保护膜，从而有效的阻止管道发生进一步的腐蚀。比如针对一些含有酸性气体的地表水或者是盐类物质引发的管道腐蚀现象，可以采用带有酸性介质的缓蚀剂来有效的降低管道的腐蚀速率，这主要是因为酸性介质在遭遇水之后，会电离出带有腐蚀性的氢离子，在氢离子遇到同样带有酸性特性的缓蚀剂所带有的氢离子扥情形下，会在共同作用下形成一种带有正电性的共轭电对物质。这个物质可以吸附在属于管道的表面促使正电荷得以均匀分布，从而真正意义上排斥了管道土壤环境中的氢离子，如此一来，长距离输油管道的腐蚀速率就会被大大的降低。

4.2 管道纤维内衬增强复合防腐

对于长距离输油管道的正常使用来说，如果腐蚀现象是因管道内壁的斑点状腐蚀为主，就会导致在管道的内部产生相应的孔洞等现象，这类腐蚀问题一般很难及早发现，在油管道空洞逐渐扩展的影响下，也会使得石油物质逐渐泄漏到外部的土壤环境中。在这种情形下，管道内部的纤维内衬增强复合防护技术就可以在管道防腐中发挥极大的效用，这一技术主要是使用了一些在致密性以及抵抗气体渗透等方面具有优势的防腐材料，将其附着在油管道的内壁上，借此来降低管道内部发生腐蚀现象的概率。这类管道防腐技术的应用，在具体的施工环节中，一次性质的施工距离可达到3km左右，但同时对于施工现场的温度也有一定的要求，最低温度不能低于-5℃，同时管道实际的运行温度极限数字不得超过80℃。出于漆膜附着力和硬度提高的考虑，施工的间隔时间至少需要维持在24h，在常温的天气环境下，管道内壁漆膜铺设工作结束之后，需要等待7天的时间方可将管道投入到使用中。

4.3 高密度聚乙烯管道内衬防腐技术

就目前的石油工业发展现状来看，在长距离输油管道出现腐蚀现象并且得到一定程度的发展之后，在部分整体管道更换难度较大的地区，在结合上输油管道自身的多相流特点和管道腐蚀问题的发展规律，可以推广应用高密度聚乙烯内衬管道防腐技术。这一技术的主要原理是，将一根外部直径数值略微大于管道内部直径竖直的非金属性质的内生管，借助磨口缩径设施的帮助，将其直接进行臨时性的缩小，在此之后，通过牵引机的帮助，将整个内衬管道贯穿到需要修复的长距离输油管道中，并最终形成一个套管结构。这一类型的防腐技术在实际的施工环节中，需要针对长距离输油管道进行分段式的管道穿插工作，并使用热熔方式将管道直接进行相应的连接，并在最后借助压环密封以及不锈钢接头的补口工艺，从而保障整体的套管结构得以完整的连接在一

起。但这类技术在实际应用的时候会受到弯头弯度的限制，具体的弯曲角度不得大于15°，并且在管道运行过程中，其最大的运行温度数值需要维持在60℃之下。

4.4 管道表面防腐处理

长距离输油管道防腐工作得以取得有效成绩的重要基础就是输油管道自身具备良好的防腐基底，而属于管道自身的防腐质量高低与否和表面涂层与材质的贴合程度之间联系较为密切，这也就意味着管道表面的处理工作需要做出进一步的提升。出于整个长距离输油管道的使用寿命以及防腐工作具体效果提高的考量，其中最具影响力的因素就是管道除锈工作是否得以彻底落实，经过国内多年的石油工业生产实践表明，具备良好除锈工作效果的输油管道，在同等的环境条件下，对比除锈工作效果较差甚至根本没有经历过除锈工作的管道，其使用寿命要延长3～5倍的时间。这也就意味着在使用各项管道防腐技术之前，需要针对管道外面的铁锈以及表层的钝化外层等无关物质做出全面的清除。

5 总结

长距离输油管道的大规模建设，促进了我国石油和天然气供应的全面发展，但是由于各类环境因素甚至是管道自身制造材质的影响，很容易在实际的生产运行过程中出现相应的腐蚀现象。出于石油工业生产的稳步提升以及国民经济快速发展和人民群众生命健康保障的考虑，需要在合理的针对输油管道表面进行防腐处理之后，合理的选用当前已有的管道防腐技术，从而真正意义上降低输油管道腐蚀问题的发生几率。

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