油氣在開采以及運(yùn)輸?shù)倪^程中，油氣管道經(jīng)常會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，如果不加以處理會(huì)造成管道破裂，從而引起油氣泄漏，更嚴(yán)重甚至?xí)l(fā)爆炸，這不僅會(huì)影響油氣的安全輸送，影響人們的使用，而且會(huì)引發(fā)安全事故，造成國家的經(jīng)濟(jì)損失。因此我們要分析油氣集輸管道的腐蝕原因，使用科學(xué)的防腐措施來防止管道發(fā)生腐蝕，保證油氣的安全輸送，保障國家的經(jīng)濟(jì)利益不受損失。
一、油氣集輸管道的腐蝕機(jī)理
1.1 外腐蝕
油氣管道的外腐蝕是指金屬管道在與周圍物質(zhì)的長期接觸之下，與它們發(fā)生化學(xué)變化、電化學(xué)變化或者物理溶解，從而對油氣管道外壁造成損害。對于埋在地下的管道來說主要是由于土壤造成的腐蝕。土壤是由液體、固體、氣體三類物質(zhì)組成的，土壤里含有大量的水和空氣，水能夠讓土壤成為導(dǎo)體，空氣中的氧氣發(fā)生運(yùn)動(dòng)會(huì)造成氧氣的濃度不均衡，進(jìn)而形成氧濃差電池，這種類型的腐蝕對管道造成的損害會(huì)更加嚴(yán)重。土壤腐蝕管道除了微電池腐蝕，還有許多其他類型的腐蝕現(xiàn)象。例如：宏觀電池腐蝕、不同種類金屬產(chǎn)生的宏觀電池腐蝕以及微生物腐蝕。在海底的油氣管道腐蝕主要是由海水所造成的電化學(xué)類型腐蝕。海底管道長期浸泡在海水里面，再加上海水是一種電解質(zhì)溶液，管道是金屬材料，管道的表面不同部位的材料、化學(xué)成分不一樣，這就使得管道外表面上形成了不同的電位。這些電位連接在一起，在有導(dǎo)電能力的海水中形成了一個(gè)完整的閉合回路，從而形成原電池。這樣造成的腐蝕現(xiàn)象，我們將它命名原電池腐蝕。這種類型的腐蝕會(huì)對管道表面造成全面或者局部腐蝕，例如：坑蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等[1]。
1.2 內(nèi)腐蝕
油氣在運(yùn)輸?shù)倪^程當(dāng)中，油氣里含有的H2S、CO2、SO2、O2等氣體以及氣田鹵水等，這些氣體遇到管道內(nèi)壁會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而造成管道內(nèi)壁發(fā)生腐蝕。同時(shí)多相流對管道的沖擊也會(huì)造成金屬管道內(nèi)壁發(fā)生腐蝕。
(1)H2S腐蝕。硫化氫在遇到水時(shí)容易發(fā)生分解，在水中形成電離反應(yīng)（H2S→H++HS-、HS-→H++S2-），在與金屬管道接觸時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（H2S+Fe→Fe2++H2↑），讓管道發(fā)生腐蝕，在有氧氣存在時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生硫酸（H2S+O2=H2SO4），這樣就會(huì)再一次對管道造成電化學(xué)腐蝕。硫化氫還有一定的可能造成金屬管道發(fā)生氫脆現(xiàn)象（H2S+Fe→Fe2++H2↑）。有研究結(jié)果表明，當(dāng)鋼材的缺陷處存在大量的氫離子時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生出氫氣。通過大概計(jì)算，產(chǎn)生的氫氣的強(qiáng)度大概能夠達(dá)到300 MPa，這就造成了管道的脆化，引起管道的部分區(qū)域發(fā)生塑性變形，最終引發(fā)管道產(chǎn)生裂紋并可能導(dǎo)致管道裂開。
(2)CO2腐蝕。二氧化碳會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生碳酸（CO2+H2O=H2CO3），碳酸會(huì)使PH值下降，造成金屬管道發(fā)生氫氣極化反應(yīng)（Fe+H2CO3→FeCO3+H2），從而造成金屬管道發(fā)生坑點(diǎn)腐蝕、片狀腐蝕等局部腐蝕現(xiàn)象。
(3)SO2腐蝕。二氧化硫和金屬管道鐵在氧氣的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成硫酸亞鐵（SO2+O2+Fe→FeSO4），硫酸亞鐵發(fā)生水解反應(yīng)形成氧化物和游離酸（2FeSO4+3H2O→Fe2O3+6H++2SO42-），游離酸又加劇了金屬鐵的腐蝕，形成新的硫酸亞鐵（Fe+SO42-+2H+→FeSO4+H2↑），硫酸亞鐵遇到水再次分解，這樣就形成一個(gè)往復(fù)循環(huán)，造成管道的腐蝕進(jìn)一步加速。
(4）多相流腐蝕。多向流腐蝕按腐蝕環(huán)境劃分為清潔環(huán)境（無固體、無腐蝕）、沖蝕環(huán)境（有固體、無腐蝕）、腐蝕環(huán)境（無固體、有腐蝕）以及沖蝕和腐蝕環(huán)境（有固體、有腐蝕）。流動(dòng)形態(tài)也對腐蝕有著很大的影響，例如在油田中存在油、水、氣多相流，按照流動(dòng)形態(tài)可以劃分為分層流、波狀流、段塞流、環(huán)狀流和環(huán)霧流等類型。分層流和環(huán)霧流會(huì)造成管道頂部產(chǎn)生凝析水從而引起結(jié)露腐蝕。當(dāng)氣相和液相速度都比較低時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)平滑或波狀的層狀流，尤其是在水平和稍微有點(diǎn)傾斜的管流中，由于重力的作用，相態(tài)趨于分層，水層出現(xiàn)在管道底部，油流在它的上面；當(dāng)氣相速度較低而液相速度較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生段塞流；當(dāng)氣相和液相速度都比較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生間歇流態(tài)的段塞流。在這些多相流形態(tài)中，段塞流對管道的腐蝕最為嚴(yán)重，這是因?yàn)樵诙稳鞯那懊娼?jīng)常會(huì)形成高紊流復(fù)合區(qū)，高速的紊流會(huì)造成管道壁出現(xiàn)很大的剪應(yīng)力，在流體的沖擊力和剪應(yīng)力的共同作用下，緩蝕劑膜和腐蝕沉淀物發(fā)生掉落，這樣不僅會(huì)造成流體直接沖擊管道表面造成磨損，而且加劇了管道的腐蝕力度[2]。
二、油氣集輸管道的防腐措施
2.1 外防腐措施
2.1.1 管道外使用防腐涂層
在管道的外壁上涂上防腐涂層，讓管道和腐蝕介質(zhì)分隔開來，從而能夠保護(hù)管道不受腐蝕。目前我國使用的涂層一般都是環(huán)氧涂層，它是當(dāng)今國際普遍使用的一種防腐涂層，它的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的瀝青涂層和煤焦油涂層。它是一種熱固性類型的材料，成分含有環(huán)氧樹脂以及固化劑等各種材料，黏結(jié)力強(qiáng)，涂層致密，表面光滑并且耐鹽堿腐蝕。除了環(huán)氧涂層之外，管道外壁防腐有時(shí)也會(huì)使用三層聚乙烯涂層。它的結(jié)構(gòu)是：底層為FBE，約50～127?m，中間層為共聚物膠，約200?m，外層為聚乙烯，約3 mm。這一結(jié)構(gòu)使它擁有高黏結(jié)性、抗氧性、耐化學(xué)腐蝕、電絕緣性、耐沖擊等特點(diǎn)，而且陰極保護(hù)電流密度小，只有1～3?A/m2，降低了陰極保護(hù)的成本和規(guī)模。有調(diào)查研究數(shù)據(jù)表明三層聚乙烯涂層的使用壽命大概達(dá)到40年以上，但是由于它的價(jià)格比較昂貴，工藝比較復(fù)雜，目前還沒有被廣泛使用。
2.1.2 應(yīng)用陰極保護(hù)技術(shù)
陰極保護(hù)技術(shù)一種為了防止金屬在電介質(zhì)中發(fā)生腐蝕的電化學(xué)保護(hù)技術(shù)。這種技術(shù)是將金屬當(dāng)做成陰極，并給它接通陰極電流，使它的陰極極化，從而讓金屬電位低于設(shè)定的電位，這樣就會(huì)消除金屬表面的不均勻性，從而減緩陰極的腐蝕，以此來保護(hù)金屬。陰極保護(hù)技術(shù)不僅能防止金屬腐蝕，還能夠提高經(jīng)濟(jì)效益。它的費(fèi)用約為被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)物造價(jià)的1%～5%，是涂層費(fèi)用的10%左右，但它卻可以延長金屬結(jié)構(gòu)物的使用壽命高達(dá)幾十倍。關(guān)于這方面曾經(jīng)有過報(bào)道，海上石油開采平臺的建造費(fèi)用一般都達(dá)到上億資金，如果它不采用陰極保護(hù)技術(shù)，它的使用年限只有5年，而在使用陰極保護(hù)技術(shù)的情況下，它的使用年限能夠達(dá)到20年，然而陰極保護(hù)技術(shù)的費(fèi)用才只需要一兩百萬，大大提升了經(jīng)濟(jì)效益。因此陰極保護(hù)技術(shù)目前在全世界得到了非常廣泛的應(yīng)用，例如：地下輸油管道、海底油氣管道以及海洋平臺都采用了陰極保護(hù)技術(shù)來提高它們的抗腐蝕能力。
陰極保護(hù)經(jīng)常使用的方法有兩種：外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽極陰極保護(hù)。外加電流陰極保護(hù)是利用陰極保護(hù)原理，將外部使用的直流電源作為陰極保護(hù)的極化電源，將電源的負(fù)極和被保護(hù)的金屬管道連接在一起，將電源的正極和輔助陽極連接在一起。通過電流作用，使管道的對地電位向負(fù)的方向移動(dòng)，從而達(dá)到陰極保護(hù)。犧牲陽極陰極保護(hù)是把電極電位比較負(fù)的金屬材料和電極電位比較正的金屬管道連接在一起，將被保護(hù)的管道當(dāng)做腐蝕電池的陰極，以此來實(shí)現(xiàn)對金屬管道的保護(hù)作用，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常使用的犧牲陽極材料有鎂、鎂合金、鋅以及鋅合金等。
2.2 內(nèi)防腐措施
2.2.1 緩蝕劑技術(shù)
緩蝕劑是用來延緩金屬或者合金被腐蝕并且改變它們的機(jī)械性能的化學(xué)藥劑。它憑借著高效、成本低并且操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為防腐蝕技術(shù)中應(yīng)用的方法之一，并且經(jīng)常被用在油田現(xiàn)場。但緩蝕劑的作用機(jī)理目前還沒有一個(gè)大家都認(rèn)可的說法，現(xiàn)在主要有電化學(xué)理論、吸附理論、成膜理論等。緩蝕劑的防腐性能并不是通過改變腐蝕介質(zhì)中含有的腐蝕成分，而是通過改變金屬材料的表面狀態(tài)或者當(dāng)作催化劑使用，以此來改變陽極或者陰極的反應(yīng)過程，使反應(yīng)速率的常數(shù)減小，從而減緩腐蝕速度，以此來達(dá)到防腐蝕的目的。緩蝕劑的使用不僅可以提高設(shè)備的使用年限，減少金屬材料的浪費(fèi)，而且可以幫助實(shí)現(xiàn)一些先進(jìn)的工藝流程。隨著緩蝕劑技術(shù)的廣泛應(yīng)用，緩蝕劑的種類也多種多樣。按照化學(xué)組成進(jìn)行劃分可以分為無機(jī)緩蝕劑和有機(jī)緩蝕劑兩大類，按照電化學(xué)機(jī)理可以劃分為陽極緩蝕劑、陰極緩蝕劑以及混合型緩蝕劑，按照化學(xué)機(jī)理可以分為鈍化模型緩蝕劑、沉淀模型緩蝕劑以及吸附模型緩蝕劑[5]。
2.2.2 應(yīng)用內(nèi)涂層及襯里防腐技術(shù)
內(nèi)涂層防腐技術(shù)是指在管道內(nèi)壁和腐蝕介質(zhì)之間噴涂隔離層，以此來達(dá)到防腐功能。襯里防腐技術(shù)是在不同的介質(zhì)條件下，在金屬設(shè)備以及管道內(nèi)襯金屬或者非金屬材料，將金屬表面與工藝介質(zhì)隔離開來，從而達(dá)到防腐效果。對于溫度、壓力較高的地方，需要襯耐腐蝕金屬，如不銹鋼、鈦、銅等。此外，玻璃鋼復(fù)合材料也經(jīng)常用于內(nèi)襯防腐技術(shù)當(dāng)中，它憑借著自身擁有玻璃鋼的耐腐蝕性能和鋼管的強(qiáng)度，經(jīng)常被應(yīng)用在溫度和壓力較高的油氣集輸管道，例如，國內(nèi)已知的勝利油田就是利用該項(xiàng)技術(shù)來進(jìn)行防腐措施的。內(nèi)涂層及襯里防腐技術(shù)能夠有效地防止內(nèi)腐蝕，因此它被廣泛應(yīng)用于油氣集輸管道。這樣不僅能夠有效防止油氣管道的腐蝕，避免管道材料的浪費(fèi)，減少管道的維護(hù)費(fèi)用，而且能夠大幅提升油氣運(yùn)輸效率，減少對管道的清洗次數(shù)，大大節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[6]。
2.3 加強(qiáng)對管道腐蝕問題的檢查維護(hù)
加強(qiáng)對油氣集輸管道腐蝕問題的檢查維護(hù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕對管道造成的危害，及時(shí)保護(hù)管道的安全，避免造成安全事故，保護(hù)國家的經(jīng)濟(jì)效益。首先，要制定管道防腐蝕計(jì)劃。例如：在管道建設(shè)的初期階段，就要針對管道的內(nèi)外腐蝕問題進(jìn)行處理，利用涂層技術(shù)、陰極保護(hù)技術(shù)、緩蝕劑技術(shù)等來對管道內(nèi)外進(jìn)行防腐措施，避免管道發(fā)生腐蝕。其次，要制定檢查、維修、保養(yǎng)計(jì)劃，根據(jù)計(jì)劃定期對管道進(jìn)行檢查、維修、保養(yǎng)，如果檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)管道有腐蝕問題，就要及時(shí)進(jìn)行維修處理，避免由于腐蝕問題造成管道破裂，引起油氣泄漏，從而造成安全事故。最后，要制定緊急應(yīng)急計(jì)劃，萬一遇到油氣泄漏，工作人員能夠根據(jù)應(yīng)急計(jì)劃進(jìn)行緊急處理，及時(shí)采取有效措施，降低油氣對環(huán)境的污染，避免油氣泄漏引發(fā)火災(zāi)，造成安全事故[7]。
三、結(jié)語
綜上所述，在油氣的運(yùn)輸過程中，油氣管道可能會(huì)發(fā)生外腐蝕和內(nèi)腐蝕這些問題，進(jìn)而影響到油氣的安全輸送，造成國家經(jīng)濟(jì)損失。因此我們要重視油氣管道的腐蝕問題，定期對油氣管道進(jìn)行檢查、維修、保養(yǎng)，通過應(yīng)用涂層技術(shù)、陰極保護(hù)技術(shù)、緩蝕劑技術(shù)這些措施來解決管道的腐蝕問題，以此來保證油氣的安全輸送，保障國家的經(jīng)濟(jì)利益。
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