油气集输管道泄漏问题与维修方法

宋永成

（中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司，吉林松原 138000）

0 引言

石化企业和油田生产过程中，油气集输管道泄漏问题极为严重，不仅造成天然气、石油等能源的浪费，而且会出现中毒、爆炸、火灾等事故，严重危害人身安全，同时也会造成环境污染。因此，明确油气集输管道泄漏影响因素，及时采取油气集输管道防腐蚀措施，对减少油气集输管道泄漏问题，提高油气集输管道管理工作质量具有重要意义。

1 油气集输管道泄漏问题分析

1.1 泄漏因素

油气集输管道输送流体介质通常为流动状态，流体流动过程中会对集输管道造成一定程度冲刷磨损，冲刷磨损严重时会造成油气集输管道出现泄漏等问题。另外，输送物质会对管道造成应力腐蚀、电化学腐蚀、点蚀和晶间腐蚀等，使得油气集输管道壁厚不断减薄，最终出现管道泄漏[1]。

油气集输管道主要以输送天然气和石油两种物质为主，由于天然气和石油属于化学物质，流经管道时与管道壁发生反应，进而出现腐蚀穿孔等问题。以H2S 气体为例，H2S 在干燥状态下不具备腐蚀性，当其溶解于水中时H2S 呈酸性，反应方程式为：

当H2S 溶解后，其产生的HS-和S2-可以附着于油气集输金属管道，并与管道吸附性离子Fe（HS-）发生反应，降低管道金属强度，最终造成油气集输管道腐蚀穿孔[2]。

1.2 腐蚀种类

1.2.1 应力腐蚀

应力腐蚀是一种管道输送物质与拉应力发生相对作用力，进而出现管道破裂或腐蚀穿孔的问题。油气集输管道金属材料在不同温度下，其体积会发生一定程度变化，或金属管道在冷却或升温过程中，由于温度不均匀而产生拉应力。应力腐蚀会降低油气集输管道使用寿命，如果拉应力较大则会造成管道腐蚀穿孔。

1.2.2 点蚀

点蚀是一种在油气集输管道表面或深入到金属管道内部的腐蚀形态，点蚀通常深度较深，直径较小，如果不及时修复将会进一步扩散，进而造成管道穿孔泄漏。此外，当油气集输管道内部氯离子较多时，金属管道极易出现坑蚀问题，随着坑蚀不断扩大，最终会形成空洞，导致油气集输管道泄漏[3]。

1.2.3 晶间腐蚀

晶间腐蚀可以破坏油气集输管道晶粒间的结合，降低管道机械强度。油气集输管道出现晶间腐蚀后，金属管道表面无法直观地观察到破坏痕迹，但金属管道晶粒间结合力减弱，力学性能降低，在石油和天然气输送过程中，极易出现管道局部腐蚀穿孔问题。

1.2.4 电化学腐蚀

电化学腐蚀是电解质与金属之间形成腐蚀原电池，当金属电极电位总比氧气电极电位低时，金属离子为负极，金属管道将会出现腐蚀现象。电化学腐蚀可以在金属管道表面形成不同直径的鼓包，当油气集输管道停止输送天然气或石油时，金属表面将会出现大面积腐蚀[4]。

2 维修措施

现阶段，随着石油输送管道数量的不断增多，油气集输管道泄漏问题也越发突出，严重影响了石油和天然气等能源物质传输的安全性。管道腐蚀穿孔是造成油气集输管道泄漏的原因之一。为减少油气集输管道腐蚀穿孔，保证油气输送的安全，可以采取以下措施对油气集输管道进行维修与保护。

2.1 添加缓蚀剂

油气集输管道出现腐蚀问题时，腐蚀面积和腐蚀程度会随着时间的推移进一步扩大。为减缓腐蚀速度，可以在油气集输管道内部加入缓蚀剂，隔离腐蚀物质，避免与金属管道直接接触，进而达到减少金属管道腐蚀问题的目的[5]。

添加缓蚀剂的保护措施操作简单，花费成本较小，将缓蚀剂加入油气集输管道中，可在管道内部形成隔离保护层，减少金属管道腐蚀问题。目前，常见腐蚀剂包括硫酸盐、有机胺衍生物、亚胺乙酸衍生物和松香衍生物等，以上缓蚀剂可以与油气集输管道中的天然气、石油和水等物质进行结合，形成致密的隔离保护层。此外，缓蚀剂可以与破乳剂、除硫剂等工具试剂共同使用，不会影响缓蚀剂隔离保护效果。

2.2 复合材料管道技术

油气集输管道材料以钢铁金属材料为主，该类材料极易出现腐蚀、生锈等问题，导致管道使用寿命降低。为减少油气集输管道腐蚀穿孔问题的发生，可以采用复合材料管道技术。在原有金属管道材料上，加入复合材料或陶瓷结构材料，使油气集输管道形成3 层防腐蚀结构，即内部为钢结构金属材料、中间为复合材料、外部为陶瓷材料。复合集输管道材料除了具备防腐蚀作用外，还具有较好的耐高温、高韧性、防水汽等特性，可以满足天然气、石油等物质的运输[6]。

2.3 管道内涂层防腐蚀措施

除了添加缓蚀剂外，还可以采取管道涂层防腐措施，隔离油气集输管道内的硫化氢、二氧化碳、水和氧气等腐蚀性物质，避免腐蚀性物质与油气集输管道金属物质发生化学反应[7]。采取油气集输管道内涂层防腐措施之前，需要根据油气集输管道内部存在的硫化氢、二氧化碳、氧气等物质含量进行检测，根据检测结果制定针对性的防腐蚀措施。例如，油气集输管道内部二氧化碳含量超过管道承受范围时，需要采取以降低二氧化碳含量为主，硫化氢、氧气为辅的腐蚀性气体消除措施，进而减少腐蚀性气体对油气集输管道的腐蚀作用，提高管道使用寿命。耐酸、耐碱防腐涂料可以满足天然气、石油不同耐碱、耐酸的要求，并且该涂料耐温变性能较好，具有与基材料相匹配的温度—线膨胀系数。天然气和石油传输过程中，产生的热应力和内应力对防腐蚀涂层破坏力性较小，可以承受不同传输条件的冲刷。此外，防腐蚀涂层使用寿命长、耐久性好，损坏的防腐蚀涂层维修方便[8]。

2.4 电镀防腐

油气集输管道电镀防腐措施包括两种形式，一种为阴极性镀层，即使油气集输管道金属电极小于阳极性电极；另一种为阳极性镀层，该电镀原理与阴极性镀层相反。电镀防腐技术可以进一步降低管道内的电解质，使石油或天然气始终处于阳极或阴极状态。在该状态下，石油中的电极离子与油气集输管道电镀层发生化学反应，进一步稳定石油或天然气的状态[9]。

外部电镀层防腐的目的是隔绝土壤与油气集输金属管道直接接触，防止土壤中的电解质与油气集输管道中的石油或天然气发生化学反应，进而避免油气集输管道出现腐蚀现象。

2.5 腐蚀物质的处理

天然气和石油中包含大量的二氧化碳、水、氧气、杂质、金属离子等腐蚀物质，在其运输过程中，腐蚀物质与油气集输管道金属材料发生化学反应，进而造成管道出现腐蚀穿孔等泄漏问题。为降低油气集输管道腐蚀穿孔等泄漏问题的发生，需要对管道内部的腐蚀物质进行清除处理。

（1）水处理。石油开采过程中无法完全去除水分，尤其是石油后期开发阶段，其内部水分含量会进一步增加，石油运输过程中，其内部的水分与其他物质发生化学反应会造成腐蚀穿孔问题。因此，在石油运输前，需对石油中的水分进行脱水处理。常用脱水处理方法包括物理方法或化学方法，如热化学沉降脱水法、电化学联合脱水法、沉降脱水法等。当石油中的含水率较高时，常用两段脱水法，首先采用化学沉降方法对石油进行初步脱水，使石油含水率降低至30%，其次采用电脱水方法再次进行脱水处理，进一步降低石油含水量[10]。

（2）二氧化碳处理。油气集输管道中的二氧化碳与石油中的物质发生化学反应会产生污垢或腐蚀物质，针对该问题可以采用添加阻垢剂的方式，避免腐蚀物质对管道造成腐蚀，防止穿孔问题。

（3）氧化物质处理。石油运输过程中，其内部含有物质与空气发生反应产生氧气，氧气会进一步加快腐蚀性物质之间的反应速度，进而导致油气集输管道腐蚀穿孔面积扩大。因此，在运输过程中应尽量减少石油与空气接触，做好空气隔离措施。

（4）二氧化硫处理。石油运输前期无法开展原油脱硫工艺，为避免硫化氢、二氧化硫等物质对油气集输管道造成腐蚀，可以通过添加缓蚀剂的方法隔离硫化物与金属管道直接接触。

（5）细菌处理。天然气与石油中存在的腐生菌、油硫酸盐还原菌等，可以通过添加灭菌剂的方式，减少细菌对油气集输管道腐蚀危害。另外，为保证除硫剂、缓蚀剂、除铁剂等防腐蚀药剂功效的发挥，石油运输速度不得超过10 m/s，避免削弱药剂效果。

3 结束语

腐蚀穿孔问题是造成石油传输管道泄漏问题的重要因素之一，石油运输过程中硫化氢、氧气、二氧化碳等物质之间发生化学反应生成腐蚀性物质，该物质与油气集输金属管道接触会出现晶间腐蚀、点蚀、电化学腐蚀和应力腐蚀等现象，如果腐蚀问题较为严重，就会造成油气集输管道泄漏。因此，为加强对油气集输管道管理与维修，需要明确造成油气集输管道腐蚀问题的因素，并通过隔离或处理腐蚀物质、改造油气集输管道等方法避免腐蚀物质与油气集输管道直接接触，减少油气集输管道出现腐蚀穿孔的风险，进而达到保护油气集输管道的目的。