埋地油气管道腐蚀机理研究及防护

2023-03-09

在石油化工行业, 石油开采并生产之后的另一个关键环节就是油气的集中与输送, 因为它对于原油的质量以及所带来的经济效益会产生很大的影响。而油气的集中与输送过程非常容易出现腐蚀问题, 这是因为在油田的开采工作进入到中后期之后, 采出液中的综合含水率就会慢慢升高, 其中氯离子含量以及矿化度都会随之上升, 另外, 油气中所含的硫化氢、二氧化碳以及微生物等也会产生相互作用, 因此使得输送油气的管道受到腐蚀。这种情况产生的还只是内腐蚀, 土壤、微生物以及电流、高温的影响还会腐蚀埋地油气管道的外部。因此, 油气管道的腐蚀与防护方法的探究已经成为石油开采行业必须重视的问题。

一、油气管道腐蚀影响因素的分析

1. 土壤因素

土壤所引起的油气管道腐蚀多是由于其与埋在地下的金属管线之间发生了电解质反应, 这也是油气管道发生外部腐蚀最主要的原因。土壤是由固、气、液组成的一个多相混合体系, 其透气性与含水性为电化腐蚀提供了环境。

2. 管道防腐层

埋地油气管道的外部通常都会包裹上防腐层来隔绝钢管与腐蚀介质的接触。但受到很多因素的影响有时候防腐层会出现破损的情况, 并且其也会随着使用时间的延长而逐渐发生老化、龟裂的情况, 如果没有及时发现的话就会使得土壤中的介质由破损处渗入管道外壁而发生腐蚀。

3. 管道材料

对于埋地油气管道来说, 管道的材料对腐蚀也会产生比较大的的影响。首先, 管道材料所具备的化学稳定性会增强其抗腐蚀能力, 因此管道材料的化学稳定性越高, 其受到的腐蚀影响就会越小。其次, 管道材料金属成分中的合金也会影响其耐腐蚀性, 单相合金的耐腐蚀性比多相合金要好。再次, 合金处理方式的不同也会影响其抗腐蚀性, 一般正火组织的耐腐蚀性比退火组织的要好。最后, 材料表面越光滑, 其耐腐蚀性也会更好。

二、腐蚀机理

埋地油气管道的腐蚀机理主要有三种, 分别是物理、化学以及电化学腐蚀。油气管道表面所接触的介质不一样, 腐蚀的机理也会不一样。物理腐蚀主要是由溶解作用导致的, 当固体金属与熔融金属接触时就会产生金属开裂或是溶解。由于化学腐蚀只涉及到单纯的氧化还原反应, 因此发生腐蚀的过程不会有电流产生。油气管道发生化学腐蚀的机理为:管道的金属材质与空气中的氯气、二氧化硫、硫化氢以及氧气等介质接触以后就会产生氯化物、氧化物以及硫化物等具有腐蚀性的物质粘附在金属表面形成一层膜, 这层膜的性质对于金属被腐蚀的速度起到决定性作用。但是在金属材质发生腐蚀的时候, 化学腐蚀一般是不会单独发生的, 而是伴随着电化学腐蚀。电化学腐蚀就是金属与电解质溶液之间发生反应产生原电池的过程, 反应中有电流产生。原电池阳极发生的是氧化反应, 会放出电子, 而阴极上得到的电子与电解液中的氧化剂发生还原反应。

三、腐蚀防护措施

1. 使用化学药剂防腐

用于化学防腐的药剂主要有缓蚀剂、杀菌剂以及降粘剂等。缓蚀剂的应用有一定的特定性, 反应机理不同使用的缓蚀剂也会不同。缓蚀剂是通过沉淀反应、氧化还原反应以及吸附作用等在油气管道的外部形成一层保护膜来阻挡外界腐蚀介质与管道金属接触。这种防腐方法的适用范围比较广, 功能强并且成本比较低;杀菌剂主要应用于由微生物所引起的腐蚀问题, 因此在埋地油气管道微生物聚集的地方可以通过杀菌剂来进行防腐, 效果非常明显;降粘剂的防腐原理就是缩短流体在油气管道中的通过时间, 这样就可以减少流体中所含物质与管道内壁的接触时间, 其主要用于原油的运输过程。

2. 在管道外壁上包裹防腐涂层

防腐涂层有内、外两种, 在管道外壁上包裹防腐涂层是隔绝管道与土壤环境接触的最基本方法。用于涂层的材料主要有环氧煤沥青、聚乙烯胶带、石油沥青、熔结环氧粉末等, 目前使用得比较多的是聚氨酯泡沫夹克, 它被广泛的应用到埋地保温油气管道的防腐过程中, 并且有着不错的效果。

3. 运用阴极保护技术进行防腐

阴极保护法分为两种, 分别是强制电流保护法和牺牲阴极法。阴极保护法通常用于口径较大的长输油气管道。向油气集输管道中通入一定大小的直流电, 这样原本处于电化学阳极的管道就会转变成阴极, 电位差就逐渐消失, 因而破坏了电化学反应的发生环境。在实际的操作过程中需要在绝缘接头位置装上接地电池来防止雷击。阴极保护技术是一项非常经济和有效的措施, 不仅有着操作简单、投入少等优点, 应用到埋地油气管道的防腐工作中以后还能延长管道的使用寿命。

4. 使用非金属管

在油气管道的腐蚀问题中, 其金属材质占了其中一部分原因。因此, 其防腐工作也可以尝试从更换管道材料着手, 通过使用稳定性能更好的材料来增强器抗腐蚀能力。玻璃管材的质量非常轻, 并且不容易结垢、表面光滑、耐用, 因此可以考虑应用玻璃管材, 只是这种材料的强度不高, 因此容易发生破损问题, 应用的时候需要将这个因素考虑进去。尼龙管除了拥有玻璃管的优点之外, 耐磨性能也更好, 但是花费会很高。而钢骨架负荷管材不仅各项性能均达标, 而且可以双面防腐, 绝热性能也较好, 值得大力推广。

结束语

由于埋地油气管道所处的环境比较复杂, 并且其输送的流体也不尽相同, 因而其防腐方法也需要根据实际情况认真考虑。为了防止由于防护涂层的破损而导致腐蚀问题, 需要对埋地油气管道进行监控或是定期的检查。此外, 使用化学药剂防腐、在管道外壁上包裹防腐涂层、运用阴极保护技术进行防腐、使用非金属管等防腐措施的正确应用可以达到很好的效果。总之, 埋地油气管道的防腐工作直接影响到油田的经济效益和安全性, 相关部门需要给予足够的重视, 只有这样才能促进我国石油开采行业的蓬勃发展。

摘要：文章主要分析了影响能埋地油气管道腐蚀问题的因素, 然后分别介绍了管道发生物力、化学、电化学腐蚀的机理并提出了相应的防护措施。

关键词：埋地油气管道,防腐措施,反应机理,土壤,微生物