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油氣管道的腐蝕行為與防護(hù)技術(shù)

文檔作者：殷麗秋吳明修連強(qiáng) 曹彥青文檔來源： 1．遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院 2．遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年04月29日
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上一篇：油氣管道的腐蝕與防護(hù)技術(shù)研究

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第42卷第6期
2013年6月
當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
VO]．42．No．6
June，2013
油氣管道的腐蝕行為與防護(hù)技術(shù)
殷麗秋 ，吳 明 ，修連強(qiáng) ，曹彥青
(1．遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧撫順113001； 2．遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械學(xué)院，遼寧撫順113001)
摘 要：管道作為國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，其腐蝕與防護(hù)一直受到各方高度重視。從經(jīng)濟(jì)和安全兩個(gè)角度介紹
了腐蝕研究的意義；石油天然氣行業(yè)油氣管道的腐蝕類型，腐蝕機(jī)理、腐蝕速度的計(jì)算并分別介紹了管道內(nèi)腐
蝕和外腐蝕防護(hù)控制的方法。
關(guān)鍵詞：油氣管道；腐蝕研究；經(jīng)濟(jì)；安全；腐蝕形態(tài)
中圖分類號(hào)：TE 988 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671—0460(2013)06—0832—04
Corrosion Behavior and Protection Technology of Oil and Gas Pipelines
YIN Li．qiu 1 WU M ing 1 XIU Lian— qiang 2
， CAO Yan—qing
(1．Petroleum Engineering College，Liaoning Shihua University,Liaoning Fushun 1 1 3001，China：
2．Mechanical College，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China)
Abstract：Since the pipeline is the a~ery of national economy,SO its corrosion and protection are widely paid attention
t0．In this paper,the important meaning of corrosion research was presented from two angles of economy and security；
corrosion types，corosion mechanism and calculation method of corrosion vetocity of oil pipelines in oil and gas
industry were also discussed．Some methods to prevent and control inside and outside corrosion were introduced．
Key words：Oil and gas pipeline；Corrosion research；Economy；Security；Corosion form
與公路、鐵路、水運(yùn)相比，管道運(yùn)輸已當(dāng)之無
愧地成為當(dāng)今世界石油及天然氣行業(yè)最主要的運(yùn)輸
方式，因?yàn)樗吮阌诠芾?、運(yùn)輸量大、密閉安全、
容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控之外，還有很多優(yōu)點(diǎn)，因此
在全世界范圍被廣泛應(yīng)用并得到迅速發(fā)展。由于油
氣管道所輸送的介質(zhì)或多或少會(huì)含有腐蝕性成分，
并且所處的土壤環(huán)境大都復(fù)雜多變，致使管道內(nèi)壁
很容易受到腐蝕而破壞。管道受到腐蝕會(huì)導(dǎo)致穿孔
甚至斷裂，可能會(huì)導(dǎo)致無法估量的災(zāi)難，例如造成
油氣的跑、冒、滴、漏，中斷運(yùn)輸，引起火災(zāi)，環(huán)
境受到污染，甚至可能造成人員傷亡。因此對管道
進(jìn)行防腐控制，減小腐蝕對管道的損傷是管道工程
的重要內(nèi)容。
l 腐蝕研究的意義
現(xiàn)代文明的三大支柱：材料、能源和信息。材
料的研究離不開腐蝕。材料在環(huán)境中服役時(shí)有三種
失效形式腐蝕、磨損和斷裂，首當(dāng)其沖的就是腐蝕。
腐蝕研究的重要性首先表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)方面。1969
年英國 “Hoar”報(bào)告稱腐蝕每年給英國至少造成
l3．65億英磅損失，1975年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)
調(diào)查顯示，由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失為700億
美元，占當(dāng)年國民生產(chǎn)總值的4．2％? 。每年腐蝕
給我國造成的直接經(jīng)濟(jì)損失也很可觀：僅在2003
年，腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)500億美元，
占據(jù)國民經(jīng)濟(jì)凈產(chǎn)值的3～4個(gè)百分點(diǎn)。在腐蝕造成
的損失中，資源浪費(fèi)最為嚴(yán)重，全球每年生產(chǎn)的鋼
材中由于腐蝕而被損失達(dá)30％，其中有10％變成了
鐵銹而不得不報(bào)廢。至于由金屬腐蝕事故引起的停
電和停產(chǎn)等間接損失就更無法計(jì)算，一般是直接損
失的幾倍。
腐蝕研究重要性的第二個(gè)領(lǐng)域要從安全和減
少災(zāi)難性事故的方面考慮。美國天然氣長距離輸送
管道及集輸管道在1970～1984年間共發(fā)生5 872次
事故，平均每年發(fā)生404次；蘇聯(lián)在1981～1990
年問發(fā)生700多起管道事故，主要失效原因是內(nèi)外
腐蝕、管材缺陷及焊接以及外部干擾 1o 1970～1992
年歐洲管道事故頻率平均為0．575次／1 000 km／a，
1988—1992年為0．381次／1 000 km／a。1960年美國
Transwestern公司的一條X56鋼級的、直徑為762 mm
的輸氣管道破裂，破裂長度達(dá)13 km。1999年6月
蘇聯(lián)拉烏爾山隧道附近由于對天然氣管道維護(hù)不
當(dāng)，造成天然氣泄漏，隨后引起大爆炸，燒毀了兩
列鐵路列車，死傷800多人，成為1989年震驚世界
器喜 ：： 蕞。 o4一)．女，黑龍江哈爾濱人．碩士在讀， 年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，研作者簡介：殷麗秋(1 982 )，，2006 究方向：管道完整性管理技術(shù)。 E-mail
894I 29107@qq．com。
第42卷第6期 殷麗秋，等：油氣管道的腐蝕行為與防護(hù)技術(shù)833
的災(zāi)難性事故?。腐蝕的發(fā)生很普遍且不易被察覺，
當(dāng)腐蝕的量變積累到一定程度，便會(huì)發(fā)生突發(fā)性災(zāi)
害，引發(fā)安全環(huán)境的破壞。因此，采取各種技術(shù)措
施進(jìn)行防腐蝕，也是保證安全生產(chǎn)的必然選擇。
2 腐蝕的類型
油氣管道一般為金屬材質(zhì)。金屬腐蝕具有普遍
性，自發(fā)性和隱蔽性的特點(diǎn)，其分類方法多種多樣，
而且伴隨著腐蝕介質(zhì)的不斷更新、金屬材料種類的
增多，腐蝕類型也在相應(yīng)的增加。但無論哪一種腐
蝕分類方法，都是為了從不同角度描述腐蝕現(xiàn)象的
外觀形狀、特點(diǎn)、規(guī)律和機(jī)制等，以便說明、分析
和研究腐蝕現(xiàn)象及其規(guī)律，進(jìn)而找出防止腐蝕發(fā)生
的方法和途徑。
2．1 腐蝕形態(tài)
(1)全面腐蝕：腐蝕在整個(gè)金屬表面上的發(fā)生是
均勻的，各部分的腐蝕速率也基本相同，所以也稱
為均勻腐蝕。如果是不均勻的腐蝕發(fā)展到整個(gè)金屬
的表面，則會(huì)出現(xiàn)全面腐蝕的效果，這兩種情況都
可稱為全面或均勻腐蝕。
(2)局部腐蝕：與全面腐蝕不同，在金屬表面上
只有某一局部區(qū)域發(fā)生局部腐蝕，基本不會(huì)被破壞
其他的地方。局部腐蝕具有破壞形態(tài)多，危害性大
的特點(diǎn)。斑狀腐蝕、穴狀腐蝕、點(diǎn)蝕、電偶腐蝕、
晶間腐蝕、絲狀腐蝕、縫隙腐蝕、剝蝕、選擇性腐
蝕等都是局部腐蝕的常見形式。
f3)應(yīng)力作用下的腐蝕：材料在腐蝕環(huán)境和拉應(yīng)
力(壓應(yīng)力一般不會(huì)造成應(yīng)力腐蝕)協(xié)同作用下發(fā)
生的開裂及斷裂失效現(xiàn)象。一般包括以下幾種類型：
應(yīng)力斷裂腐蝕、氫損傷、腐蝕疲勞、腐蝕磨損、空
泡腐蝕和微振腐蝕。
統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果表明，在所有的腐蝕中全面腐蝕、
腐蝕疲勞及應(yīng)力腐蝕引起的破壞事故所占比例較
高，分別為23％、22％和19％，其他十余種形式腐
蝕合計(jì)36％。由于應(yīng)力腐蝕和氫脆的發(fā)生事先毫無
征兆，所以其危害性最大，經(jīng)常引發(fā)災(zāi)難性事故，
在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中應(yīng)引起足夠重視。
2．2 油氣管道土壤腐蝕的典型腐蝕類型
土壤腐蝕除了氧和二氧化碳等腐蝕性氣體在土
壤電解質(zhì)中造成的一般性均勻腐蝕和點(diǎn)蝕外，還會(huì)
由于外部服役環(huán)境的特點(diǎn)而造成下述幾種特有的腐
蝕類型。
2．2．1 土壤電池腐蝕
土壤腐蝕和在其他介質(zhì)中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕過
程相同，由于其電化學(xué)的不均勻性產(chǎn)生微電池從而
導(dǎo)致了腐蝕。另外，由于土壤介質(zhì)的多相性，土壤
介質(zhì)還會(huì)因宏觀不均勻性形成電池而導(dǎo)致腐蝕，這
種腐蝕的作用更大。土壤的各種理化性質(zhì)(透氣性、
pH值、含鹽量等)的變化都會(huì)形成腐蝕電池，如透
氣條件不同，土壤介質(zhì)中氧的滲透率也不同，金屬
與土壤相接觸的各部分的電位就會(huì)受到影響形成氧
濃差電池。
2．2．2 微生物腐蝕
微生物(如細(xì)菌)對管道金屬的腐蝕基本上是
由其產(chǎn)物及其活動(dòng)直接或間接地影響到腐蝕的電化
學(xué)歷程，或者是改變了土壤的理化性質(zhì)而導(dǎo)致覺著
腐蝕電池所致。如比較典型的硫酸鹽還原菌(SRB)
引起的腐蝕，就是通過硫酸鹽還原菌的作用，直接
影響腐蝕反應(yīng)過程，它能破壞沿原電池陰極表面正
常聚集的保護(hù)性氫離子膜，使陰極去極化過程更加
容易。
2．2．3 雜散電流腐蝕
就是不在原有路徑上流動(dòng)的電流，也稱干擾電
流或迷走電流。雜散電流流到管道的哪個(gè)部位，該
部位就成為腐蝕電池的陰極而受到保護(hù)，而電流流
出的部位，就成為電池的陽極而受到腐蝕。與一般
的土壤腐蝕相比，雜散電流引起的腐蝕更加劇烈。
埋地管道不存在雜散電流的情況下，腐蝕電池的電
極電位差只有幾百毫伏，而有雜散電流存在時(shí)，管
道上通過的雜散電流高達(dá)幾百安培，接地電位則高
達(dá)9V左右 。
2．2．4 土壤應(yīng)力腐蝕破裂
土壤應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)是服役管道所遇到
的另一類腐蝕問題。管道在腐蝕中的應(yīng)力腐蝕破壞
是由于埋地管道在外表面上的小裂紋經(jīng)擴(kuò)展延深造
成的。這些小裂紋最初是以肉眼看不見的處于同一
方向排列的許多獨(dú)立的小裂紋組成的，經(jīng)過幾年的
時(shí)間，這些獨(dú)立的小裂紋可能增長或加深，一個(gè)裂
紋叢中的裂紋可能連接形成較長裂紋。由于土壤應(yīng)
力腐蝕破裂的演變緩慢，它往往可以在管道上存在
若干年而不造成事故。如果裂紋擴(kuò)展到一定程度，
管道最終會(huì)失效，導(dǎo)致泄漏或爆裂。
我國現(xiàn)有油氣輸送管線七萬多公里，因此，管
線的外腐蝕問題，尤其是咸性和近中性的碳酸鹽應(yīng)
力腐蝕破裂問題應(yīng)該引起足夠的重視。
3 腐蝕機(jī)理
金屬的腐蝕機(jī)理一般有三種情況 ：物理腐蝕，
化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。具體的腐蝕機(jī)理主要由金
屬表面所接觸介質(zhì)的種類決定，例如液態(tài)金屬、非
化
電解質(zhì)溶液或電解質(zhì)溶液等?；瘜W(xué)腐蝕是純化學(xué)反 4．3
應(yīng)的氧化還原，在反應(yīng)過程當(dāng)中不產(chǎn)生電流。如金
屬的氧化過程：油氣管道與空氣中的0：、CI 、SO：、
H s等介質(zhì)接觸時(shí)，生成的氧化物、硫化物、氯化物
等腐蝕產(chǎn)物在金屬表面生成膜，表面膜的性質(zhì)決定
了化學(xué)腐蝕的速度。單純發(fā)生化學(xué)腐蝕的機(jī)率是非
常小的，最常見的腐蝕形式是電化學(xué)腐蝕。當(dāng)金屬
與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)(即生成了原電池)
而產(chǎn)生的腐蝕即為電化學(xué)腐蝕，在反應(yīng)過程中必然
產(chǎn)生電流。陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，金屬原子離開金屬
進(jìn)入與其發(fā)生反應(yīng)的介質(zhì)中同時(shí)放出電子；陰極上
介質(zhì)中的氧化劑與電子結(jié)合發(fā)生還原反應(yīng)。由純物
理溶解作用導(dǎo)致的金屬破壞稱為物理腐蝕。無論是
液態(tài)金屬深入晶界或是物理溶解的作用下產(chǎn)生合金
都會(huì)造成熔融金屬的腐蝕，這種腐蝕是當(dāng)固體金屬
接觸到熔融金屬時(shí)產(chǎn)生的金屬溶解或開裂。
4 金屬腐蝕速度的表征
被腐蝕了的金屬其厚度、質(zhì)量、組織結(jié)構(gòu)、機(jī)
械性能及電極化過程都會(huì)被改變，可以用這些物理
性能的變化率來表征金屬腐蝕的大小。對于均勻腐
蝕，一般用質(zhì)量、深度以及電流指標(biāo)來衡量 。
4．1 質(zhì)量指標(biāo)
用金屬腐蝕樣品前后的質(zhì)量變化來評定金屬腐
蝕程度。
一
一
= — — 一
S×f
式中：礦失重時(shí)的腐蝕速率，g／(m ．h)；
m0一樣品腐蝕前的質(zhì)量，g；
m-一清除了腐蝕產(chǎn)物后的樣品質(zhì)量，g
～ 樣品的表面積，rIl2；
t一腐蝕時(shí)間，h。
失重法適用于表面腐蝕產(chǎn)物易于脫離和清除的
情況。腐蝕后樣品質(zhì)量增加并且腐蝕產(chǎn)物不易清理，
可用增重法表示。
4．2 深度指標(biāo)
工程上，直接影響材料和構(gòu)件壽命的腐蝕數(shù)據(jù)，
排在第一位的就是腐蝕深度，因此對腐蝕深度測量
的意義更加重大。用質(zhì)量變化來表示腐蝕速率，沒
有考慮金屬密度對腐蝕深度的影響。所以該方法更
適合于評定密度不同的金屬受腐蝕的程度。
金屬腐蝕深度變化率，即年腐蝕深度，用下式
表示：
：
f—24~
—
365、
： 8．76
P 1000 P
式中：p一金屬腐蝕密度，g／cm。。
對于均勻腐蝕情況，可將整個(gè)金屬表面積看作
陽極面積，從而得到腐蝕速度與腐蝕電流密度 間
的正比關(guān)系 ：
．
一
一
lco — ■，z，
式中： 一金屬的相對原子質(zhì)量；
— 金屬在陽極反應(yīng)方程式中的電子數(shù)；
-法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96 500 C／too1
由此可見，金屬的電化學(xué)腐蝕速度可以用腐蝕
電流密度來表示。
5 腐蝕控制的方法
雖然腐蝕過程自發(fā)產(chǎn)生、不可避免，但卻未必
不可控制。金屬材料腐蝕的原因是表面形成工作著
的腐蝕電池，即存在不同電位的電極及電極間的電
子通道和離子通道。金屬腐蝕防護(hù)技術(shù)主要是破壞
其條件，使腐蝕電池?zé)o法工作，其意義是在于保持
材料結(jié)構(gòu)在一定時(shí)期內(nèi)的介穩(wěn)定態(tài)或減緩變?yōu)椴环€(wěn)
定態(tài)，使材料結(jié)構(gòu)的壽命期達(dá)到期望值。
對于鋼質(zhì)油氣管道，若不加防護(hù)或防護(hù)不當(dāng)，
其壽命是不會(huì)長久的，如果能夠采取有效防護(hù)措施
對其實(shí)施腐蝕控制，則可延長其處于介穩(wěn)定態(tài)的時(shí)
間，使使用壽命達(dá)到預(yù)期的年限。目前工程上主要
的防腐蝕技術(shù)有選材和材料表面改性、緩蝕劑技術(shù)、
覆蓋層技術(shù)和電化學(xué)保護(hù)技術(shù)等。
5．1 油氣管道外防腐措施
5．1．1 防腐涂層
防腐涂層對金屬的保護(hù)作用表現(xiàn)在三個(gè)方面：
隔離作用一分隔金屬與腐蝕性介質(zhì)；緩蝕作用一使
金屬表面與涂料內(nèi)部的緩蝕性組分反應(yīng)而發(fā)生鈍化
或生成保護(hù)性物質(zhì)，提高了對金屬的保護(hù)力度；電
化學(xué)保護(hù)作用一在涂料中使用比鐵活性高的金屬作
填料(如鋅、鋁、鎂等)，起到犧牲陽極保護(hù)作用，
減輕腐蝕。
5．1．2 陰極保護(hù)
要想在管道上得到完美無瑕的涂層幾乎是不可
能的。一般總會(huì)有一些缺陷或保護(hù)不到的點(diǎn)，這些
點(diǎn)上的腐蝕還會(huì)導(dǎo)致涂層失效。因此，陰極保護(hù)與
涂層聯(lián)合使用是目前管道建設(shè)的通常做法。陰極保
護(hù)費(fèi)用通常是涂層費(fèi)用的10％。陰極保護(hù)通常有兩
種類型，即外加電流保護(hù)和犧牲陽極陰極保護(hù)。
5．1．3 雜散電流排流保護(hù)
對于雜散電流，通常采用排流保護(hù)的辦法對管
道進(jìn)行保護(hù)。所謂排流保護(hù)，就是將管道中流動(dòng)的
直流或交流雜散電流排出管道，以避免管道遭受腐
第42卷第6期 殷麗秋，等：油氣管道的腐蝕行為與防護(hù)技術(shù)835
蝕或避免管道上施工作業(yè)的人員遭受電擊的方法。
直流排流保護(hù)最常用的方法有直接排流、接地排流、
強(qiáng)制排流和極性排流四種方法；交流排流保護(hù)常用
方法有直接排流、負(fù)電位排流、隔直排流等。
5．2 油氣管道內(nèi)腐蝕防護(hù)措施¨”
5．2．1 選用耐蝕金屬材料或非金屬材料
油氣管道的防腐蝕首先應(yīng)考慮從選材和材料開
發(fā)方面解決問題。由于金屬材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)
度和易加工性，在控制油氣管道內(nèi)腐蝕問題時(shí)首先
考慮耐蝕金屬。
5．2．2 加注緩蝕劑
緩蝕劑可以在金屬表面形成一層非金屬膜，隔
離溶液和金屬，使金屬材料免遭腐蝕。由于可在油
氣管道投入使用以后加注緩蝕劑，不必改變原有材
料結(jié)構(gòu)，所以在油田得到廣泛應(yīng)用。
5．2-3 管材的內(nèi)涂層和內(nèi)襯里
內(nèi)涂層和內(nèi)襯里是解決集輸系統(tǒng)和注水系統(tǒng)管
材腐蝕問題的又一種有效的方法。通常使用的有塑
料涂層、水泥襯里和塑料襯里、耐蝕合金襯里等。
6 結(jié)束語
腐蝕是造成油氣管道失效的眾多原因中最不可
忽視的一種，由于它普遍發(fā)生又不易察覺，時(shí)時(shí)刻
刻威脅著管道的安全。雖然已經(jīng)采取了各種防腐措
施，但管道泄漏、穿孔等事故仍屢屢發(fā)生。據(jù)不完
全統(tǒng)計(jì)：目前在役油氣管道腐蝕事故頻次約為
0．875～1．375次／1 000 km／a，高于國外0．08～0．16次
／1 000 km／a。腐蝕造成大量的能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，
降低了石油天然氣行業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，干擾油氣
田的正常生產(chǎn)，阻礙工藝技術(shù)發(fā)展和開發(fā)水平的提
高。因此，要保證油氣安全生產(chǎn)、運(yùn)輸和提高經(jīng)濟(jì)
效益，必須做好油氣管道的腐蝕防護(hù)工作，這也是
節(jié)約能源、造福于社會(huì)的重要舉措。
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(上接第831頁)
三是，雙氧水在二氧化碳相中具有很低的粘性
和溶解度，進(jìn)而大大的有利于雙氧水向水相中轉(zhuǎn)移，
減少了雙氧水和催化劑相接觸的時(shí)間，降低了催化
和分解速度，另外，水和二氧化碳通過相互反應(yīng)進(jìn)
而形成弱酸性環(huán)境，也能夠降低雙氧水的分解速度。
四是，可以通過控制水相的質(zhì)量，進(jìn)而獲取高濃度
的雙氧水。五是，采用二氧化碳溶液，進(jìn)而取代了有
機(jī)溶劑，能夠去除雙氧水中微量有機(jī)溶劑的后處理的
工序。這種新型雙氧水合成工藝仍然在研究之中，并
且研究者正在尋求更好的合成催化劑。
3 結(jié)束語
本文通過對雙氧水的綠色合成工藝進(jìn)行了相關(guān)
的介紹，通過現(xiàn)有的雙氧水的生產(chǎn)工藝存在的弊端
以及其對環(huán)境造成的污染缺點(diǎn)，進(jìn)而開發(fā)綠色的雙
氧水合成工藝，通過對綠色合成工藝的原料生產(chǎn)過
程以及生產(chǎn)技術(shù)的具體的介紹，我們了解到，研發(fā)
新的雙氧水的綠色合成工藝，是需要在之前的雙氧
水生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，并且采用新的環(huán)保理
念去研發(fā)，一切以對環(huán)境無污染的角度出發(fā)，才能
研發(fā)出真正的雙氧水的綠色合成工藝。雖然，本文
介紹的雙氧水的綠色合成工藝可能在某一小點(diǎn)上還
不夠完美，但是，相信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信科研
人員的不斷的研究，雙氧水的綠色合成工藝一定能
夠進(jìn)一步完善和進(jìn)一步普及。
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