输气管线腐蚀原因分析及处理措施

2022-12-16

腐蚀不仅影响到油气储存系统安全, 还是其使用寿命长短的重要影响因素。钢质储罐遭受内、外环境介质的腐蚀。内腐蚀是由储存油、气、水等介质、罐内积水及罐内空间部分带来水汽凝结现象, 水汽作用下易产生腐蚀。储罐腐蚀会带来环境污染问题, 造成产品的损失, 将带来很高的维修费用、土壤净化费用和巨大的环保处罚。据美国国家输送安全局统计, 美国45%管道损坏是由外壁腐蚀引起的。我国的地下油气管道投产1-2a后即发生腐蚀穿孔的情况已屡见不鲜[1]。

1 输气管线腐蚀的特点及原因分析

1.1 腐蚀的特点

输气管线腐蚀的介质环境有三个显著特点: (1) 气、水、烃、固共存的多相流腐蚀介质; (2) 高温和/或高压环境; (3) H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蚀物质, 其中H2S、C02、02是腐蚀剂, 水是载体, Cl-是催化剂。随着社会发展, 社会可利用资源越来越少, 开发难度不断加大, 未来石油工业的发展也是如此, 油井开采后期含水量的提高, 深井、超深井的开发较为常见, 在高温和高压作用下, 开发环境的腐蚀性变强, 驱采油技术应用, 使得CO2、H2S和Cl-含量上升, 这些都导致石油工业输气管线的腐蚀更趋严重。近年来塔里木和长庆靖边气田中所暴露出来的输气管线腐蚀问题证明确实如此。

1.2 输气管线腐蚀的类型及原因

根据管道内的腐蚀机理可以将输气管线内的腐蚀分为应力腐蚀, 坑蚀, 冲刷腐蚀, 均匀腐蚀等几类:

1.2.1 当管线内输送介质含有硫化氢气体介质时, 在水蒸气存在的情况下, 硫化氢极易溶于水, 在水解作用下, HS-加快了H的释放速度, 引起材料的韧性也随之下降, 脆性增加, 在材料屈服强度远大于应力加大了发生滞后断裂的可能性。

1.2.2 管壁存在分布不均匀的腐蚀物时, 会有硫及多硫化物的沉积、一些防腐保护膜出现结晶剥裂, 亦可能出现坑蚀, 管道的坑蚀在气相和液相环境中都有发生的可能。

1.2.3 冲刷腐蚀是当气相流速较高时对管道壁的冲刷造成的, 腐蚀产物及时被气相带走使得新的管壁不断暴露出来进一步的产生冲刷腐蚀。

1.2.4 均匀腐蚀是当天然气中含有水蒸气时, 硫化氢等酸性气体溶于水蒸气中造成对管道的腐蚀。

2 输气管线腐蚀的处理措施

2.1 埋地管道用外防腐层

对于埋地管线的外腐蚀控制, 通常使用优质的防腐绝缘层联合外加电流阴极保护法加以防护。如前所述, 如外防腐层始终完好无损, 则埋地管道就不会被腐蚀。无奈, 在如此长距离的管道沿线, 在数十年的运行中, 防腐层总是难免有破损、失效处。对管线外防腐层的基本要求是:能很好地与金属粘结;通电性能好;具有防水性, 化学结构较为稳定;具有良好的耐土壤性;有充足的韧性和机械强度;耐阴级剥离性能好;能有效地抗击微生物以防腐蚀, 且破损后易于修复, 维修成本低廉[2]。

做好外防护层是油气田所有埋地金属管道施工的关键所在, 外防腐层一般分为普通级和加强级, 根据工程需要, 有些防腐层也有特加强级。防腐层的选择, 需要考虑多种相关性因素。要在正确计算管道运行参数的基础上, 了解外部环境的作用影响, 还要考虑管道的质量、使用寿命等。针对特殊场地如场、站、库内、穿越铁路、公路、江河、湖泊的管道, 要应用加强及防腐措施, 这也是确保管道安全, 有效延长其使用寿命的需要, 尤其是长输管道和综合性管道, 一般应采用防腐层与阴极保护联合的保护。根据以上原则, 在土壤腐蚀酸碱度不高的地区, 管道设计寿命在要在10年以上, 石油沥青类防腐层是较好的选择。对于土壤腐蚀性较强、环境较为恶劣的地区, 管道可选用煤焦油沥青、两层聚乙烯、环氧煤沥青涂料、熔结环氧粉末、聚乙烯胶粘带、三层聚乙烯等防腐层[3]。

2.2 杂散电流腐蚀的防护

埋地油气管线经常遇到很多干扰电流的影响, 包括直流电力系统的漏泄的杂散电流、其他阴极保护系统电流等。这些电流的影响范围大, 有较强的腐蚀速度, 且受技术因素的影响, 防护难度相对更高。管道附近是否存在杂散电流和其强度大小, 以及是否需要采取防护措施, 各国都有相应的标准。我国的《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》的规定是:当管道上任意点的管地电位 (以附近大地为基准所测的管道对地的电位) 正向偏移100毫伏, 或管道附近土壤的电位梯度大于2.5毫伏/米时, 应及时对管道采取直流排流保护或其他防护措施。所谓直流排流保护, 是用导线直接连接管道与电力铁路变电所中的负极或回归线即铁轨, 以把管道中流动的杂散电流直接流回 (不再经大地) 至电力铁路的回归线 (铁轨等) [4]。

3 结语

随着经济的不断发展, 环保意识的逐渐增强, 天然气事业的发展必定蒸蒸日上。但管线的腐蚀对油气采集系统造成了很大的经济损失。虽然经过多位学者的努力取得了很大的进展, 但是新的挑战不断展现在我们面前, 我们应该加强对油气采集储运中腐蚀原因及时处理措施的研究, 才能够保证油气工程的安全。

摘要：腐蚀是影响管道系统可靠性及其使用寿命的关键因素。管线腐蚀会造成穿孔, 导致管道内油、气、水等泄露问题, 造成重大经济损失, 同时, 也会给事后维修工作带来困难, 造成维修材料、人员等成本投入的加大, 严重的可能引发火灾, 影响到社会安全。本文结合输气管道中管壁的腐蚀机理问题, 对防腐的处理措施进行了初步探讨, 以便为我国天然气事业的发展奠定了一定的理论基础。

关键词：输气,管线,腐蚀,储运