油气集输管道内腐蚀及内防腐技术.docx

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1、油气集输管道内腐蚀及内防腐技术骡憬尚安给石油化工设计油气集输管道内腐蚀及内防腐技术崔斌，臧国军，赵锐长庆油田公司油气田规划所，陕西西安；长庆油田公司第一输油处，长庆油田公司基建工程部，陕西西安摘要：油气开采和集输经过中，金属管道内壁普遍发生腐蚀，多相流恶劣工况下还会发生使涂层及缓蚀剂失效。针对现场油气水输送中所经常碰到的多相流工况，对金属管道腐蚀的特点及腐蚀机理进行了讨论，并介绍了几种效果较好的内防腐技术。关键词：油气管道；内腐蚀；多相流；内防腐技术含有大量、凝析油、：和气田卤水等天然气井和油井的开采和集输经过中，油气井的油、套管井口装置等存在着严重腐蚀。造成井口装置失灵，闸门丝杆断裂，油套管

2、穿孔、集输管线爆破等事故。由于油气集输管道输送的介质一般为气、水、烃、固共存的多相流介质，尤其是油气田开发后期，因注水开采使输送介质含水量增大，加剧了管道内腐蚀。因而，油气集输管道的内腐蚀机理和内防腐技术已引起现场和有关防腐科研机构的广泛重视，日益成为研究的热门和重点。油气集输管道内腐蚀有个显著特点：气、水、烃、固共存的多相流介质；高温和高压的环境；主要腐蚀介质为：、：、。、一和水。其中一为催化剂，。、。、。为腐蚀剂，水为载体和溶剂。因而，油气集输管道的内腐蚀研究应集中在下面几个方面：高温高压下的、。腐蚀、和一在。腐蚀和。腐蚀中的作用及在上述条件下多相流腐蚀的腐蚀机理影响因素等。在上述研究的基

3、础上，有针对性地采取有效的综合内防腐措施解决现场的实际问题。腐蚀机理及腐蚀特点腐蚀钢在硫化氢介质中腐蚀的现象，多前就已被发现。各国学者为之进行了大量的研究工作。如今已普遍认同硫化氢对钢具有极强的腐蚀性；而且它还是一种很强的渗氢介质。但是，关于硫化氢渗氢的机制、氢在钢中的存在状态、运行经过及氢脆本质至今还看法不一。硫化氢电化学腐蚀经过。与：、：相比，。在水中的溶解度最高。一旦溶于水便立即呈酸性。硫化氢在水中离解：逐一一阳极反响：阴极反响：离解产物一、吸附在金属的外表，构成加速的吸附复合物离子一。吸附的一、使金属的电位移向负值，促进阴极放氢的加速，而氢原子为强去极化剂，易在阴极得到电子，同时使铁原

4、子间金属键的强度大大削弱，进一步促进阳极溶解反响而使钢铁腐蚀。硫化氢导致氢脆经过。氢在钢中的存在状态而导致钢基体开裂的经过，至今还尚无统一的定论。但普遍以为，萌生裂纹的部位必须富集足够的氢。钢材的缺陷处晶界、相界、位错、三维应力区等，这些缺陷与氢的结合能力很强，可将氢捕捉，这些缺陷处便成为氢的富集区。通常把这些缺陷叫陷阱。当氢在金属内部陷阱富集到一定程度，便会沉淀出氢气。据估算这种氢气的强度可达，于是促进钢材的脆化，局部区域发生塑性变形，萌生裂纹导致开裂。收稿日期：一】。作者简介：崔斌一，男，河南洛阳人。年毕业于西南石油学院矿业机械专业，获学士学位；年毕业于西南石油学院油气储运专业，获硕士学位

5、，工程师。现从事技术管理工作。联络石油化工设计第卷腐蚀。对碳钢的腐蚀是一个不可低估的因素。钢铁在含。水溶液的溶解经过中有两个不同的复原经过，其一是。一直接复原析出氢。其二是金属外表的。一离子浓度极低时，。被复原析出氢。的腐蚀机理。溶液：吸附吸附。吸附吸附一吸附。一吸附吸附一掣吸附一吸附。吸附腐蚀开场时，金属外表早已构成结合力较强的，该膜可发生变化：一。：十，进而构成和金属基体结合力较差的。膜。该转化经过中，。的体积较。的体积小，转化经过中体积收缩，构成微孔的保护性较差的。膜，因此引发碳钢的腐蚀主要为点蚀。所以，固然碳钢在较宽的值范围内、在饱和的。盐溶液中可构成一层牢固的。膜，该膜对碳钢有一定的

6、保护作用，但随着时间的延长，。会逐步转化为与金属结合力较差的。而失去保护作用。钢铁外表覆盖的不同产物的区域和不同腐蚀产物的边界处可能由于电偶作用而导致局部腐蚀。引起应力腐蚀开裂问题，目前观点还不统一。其中等人以为：对氢原子渗入钢起了促进作用。由于在值一样的条件下，。饱和的。溶液的渗氢电流密度为“?，而无的。溶液的渗氢电流密度为肚?。在油田生产中，经常用诺谟图来确定在集输油温度下油气集输系统所允许的。浓度值根据集输管道所要求的腐蚀的上限值，可由诺谟图估计出输气管道所允许的。的最大含量。利用下面公式可求出：气体分压：一式中：仉分压，；，系统总的压力绝，；。气体中。的摩尔分数。注：。腐蚀速率的变化。

7、对于碳钢和低合金钢的裸钢腐蚀速率最早被认可的关系式为：。式中：口腐蚀速率；温度校正系数。该公式主要考虑了。浓度对腐蚀速度的影响。以裸钢在实验室的：腐蚀溶液中的腐蚀数据为基础建立起来的，所以有一定的局限性。为此，等从油气田现场获得的腐蚀数据建立起了符合现场实际的：腐蚀计算公式：一丁。式中：温度，。和一在和。腐蚀中的作用。能与金属发生化学反响生成金属对应的氧化物竹。一。当输送介质流速较低时，生成的氧化膜具有保护金属遭到。和：腐蚀的作用。另外一个方面，。和：发生腐蚀反响后，金属外表有腐蚀产物覆盖，腐蚀产物下的金属氧浓度较低而构成了无数个氧浓差电池，进而使腐蚀加剧。一由于淌度较大且离子半径较小，很容易

8、穿透腐蚀产物而向腐蚀孔内迁移，构成：，其水解后孔内的浓度增大，产生“自催化作用，而孔内酸度的增大加大了孑内外之间的电势差使孔迅速地深挖生长。此时，金属腐蚀以孔蚀为主麻点腐蚀。当输送介质流速较高时，紊流产生剪切力使金属腐蚀产物不断地被除去，同时，。和氢的传质速度加快，使金属的氧化和氢的渗入加快，金属腐蚀产物很快的构成，又很快被除去。输送介质中含有气体，高速的气体会驱动液体构成段塞流，段塞的底部对管壁产生极大的剪切力，段塞混合区的气泡高速向下运动，并在管道底部破灭产生局部高压和高温，这使金属外表的保护膜很快地被除去。此时，金属腐蚀以片状剥落为主。多相流腐蚀多相流按其腐蚀环境有下面几种类型：清洁环境

9、无固体、无腐蚀；冲蚀环境固体沙存在、无腐蚀；腐蚀环境无沙、有腐蚀；冲蚀和腐蚀运第卷崔斌等油气集输管道内腐蚀及内防腐技术行固体和腐蚀介质都存在。流动型态对腐蚀也有很大的影响。而流态与很多因素有关，如流速、流体粘度、介质组成及含量、管子倾角等。对于油田油、气、水多相流，按流态可分为分层流、波状流、段塞流、环状流和环雾流等类型。在低的气、液相速度下，常出现平滑的或波状的层状流，十分是在水安然平静略微倾斜的管流中，由于重力的作用，相态趋于分层，水层常出如今管底，而油流在其上；当气相速度低而液相速度较高时，会产生段塞流当气相速度较高时，会观察到段塞流逐一种间歇流态。在段塞流的前面构成一个夹带着气体的高紊

10、流混合区。研究表明，在各种多相流型态中，段塞流对管道腐蚀最严重。这是由于高速紊流造成管壁出现很高的剪应力，在流体冲刷和剪切的共同作用下，管壁外表膜缓蚀剂膜和腐蚀沉积物被损坏剥落，加剧了腐蚀及冲蚀效应，使腐蚀显著增大。在分层流和环雾流型中，管道顶部会有凝析水生成而引起结露腐蚀。年，由和在年完成的研究中采用了环道和高压釜两种实验系统，分别测量了。气体在流动和静止两种条件下的结露腐蚀数据。结果表明：由凝析水所引起的结露腐蚀速度比含水的。气体的腐蚀速度小；温度高于或凝析速度中等或较低时，可构成保护膜减缓结露腐蚀速度；在气体温度较低时，所构成的保护膜是多孔的，几乎无保护作用；腐蚀速度随气体和钢管壁的温差

11、的增大而增大；多数缓蚀剂的挥发性差，只溶于混输管道的水相，不能够显著降低结露腐蚀的速度。油气集输管道适用内防腐技术添加缓蚀剂所谓缓蚀剂，是指其少量参加到腐蚀介质中，进而抑制金属或合金的腐蚀毁坏经过和其机械性能改变经过的物质。缓蚀剂可分为有机缓蚀剂和无机缓蚀剂两大类，油气田现场广泛使用有机缓蚀剂。使用缓蚀剂有下面明显的优点：基本上不改变腐蚀环境，就可获得良好的防腐蚀效果；可基本不增加设备投资，操作简便，见效快；对于腐蚀环境变化，可通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果；同一配方的缓蚀组分有时能够同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀毁坏。缓蚀剂选用必须对被保护金属、腐蚀介质、缓蚀剂本身能

12、否毒性和与其它药剂的配伍性方面进行综合考虑，并通过现场试验，挑选出合适现场腐蚀工矿的缓蚀剂。由于。、。对金属的腐蚀是以氢去极化腐蚀为主，金属原有的氧化膜易被溶解，因而不应采用钝化型缓蚀剂而应采用能吸附在金属外表、改变金属外表的状态和性质进而抑制氢去极化腐蚀的吸附型缓蚀剂。缓蚀剂是一种油溶性油气井缓蚀剂，略带胺味，流动性好，缓蚀效果很好。在孓。一介质中缓蚀率大于，且自年代末研制出来后，一直用于含硫油气井套管、井口装置及集输管线内防蚀。此外、和、一等缓蚀剂都有很好的缓蚀效果。缓蚀剂的缓蚀效果与缓蚀剂的加注工艺、加注量和周期有着特别密切的关系；缓蚀剂未到达的腐蚀区或气流或液体段塞将缓蚀剂膜剥离，均起

13、不到保护作用。因而，缓蚀剂的注入位置的选择和注入方法应确保整个生产系统受益，即注入的缓蚀剂不仅能在起始浓度下，足以在整个系统的金属外表构成一有效的保护膜，而且在缓蚀剂膜被气流剥离后还能不断地提供足够浓度的剩余缓蚀剂来修补缓蚀膜。为提高缓蚀剂的缓蚀效果，应考虑缓蚀剂与除硫剂、除氧剂、杀菌剂等配合使用，以得更好的防腐效果和工艺效果。并设置在线腐蚀检监测系统，监测腐蚀速率的变化情况，据此来调整缓蚀剂的添加方案，以确保腐蚀得到很好的控制。内涂层防腐与衬里防腐技术钢管内喷涂内防腐层及衬里技术也是集输管道采用较多的内防腐措施之一，其原理是在管道内壁和腐蚀介质之间提供一个隔离层，进而起到减缓腐蚀的作用。采用

14、内涂层和衬技术不但有效地防止了内腐蚀，节约大量的管材和维修费用，还可显著提高输送效率，减小了动力消耗，并防止天然气水合物堵塞管道，减少了清管次数。另外，由于内涂层或衬里外表光滑度较高，使管道检测容易进行，借助管道的光泽就可方便地进行管道内壁检查，发现管道内壁缺陷，进而避免和减少管道石油化工设计第卷事故。可供含：、。的酸性油气田选用的有机涂层和衬里含有环氧树脂、聚氨酯以及环氧粉末等，有关喷涂及外表预处理工艺都很成熟。环氧粉末内喷涂的工艺流程框图见图。图管道内喷涂工艺流程其中，钢管外表预处理是特别重要的，喷砂除锈的质量关系到涂层能否与基体严密粘结及涂层能否会出现大量缺陷。规定管道预处理需到达级的除

15、锈等级。钢管内喷砂除锈装置是采用干净的压缩空气带动磨料非金属磨料如燧石、石英砂；金属磨料如：钢丸、钢丝段通过特殊形状的耐磨喷嘴高速喷出、冲击或冲刷钢管内外表，将钢管内外表的铁锈、氧化皮等污物除去，以到达规定要求的清洁外表和一定的粗糙度。钢管边旋转喷枪边在管内移动，来实现对管内壁的全面清理。除锈是涂敷内壁的前期工作，也是影响涂层寿命最关键的环节。补口机器人可高效完成喷涂后涂层质量检测和在需补口部位进行自动补口。因而，整个管道预制、喷砂除锈、喷涂、涂层固化及检测补口工序均可由涂敷商高效大批量生产以知足现场对防腐管道的需求，具有很好的经济性。由于内涂层或衬管不可避免地存在针孔，尤其是有机内涂层易在针

16、孔处起泡剥落，而在生产维护经过中可以能使防腐层损伤，所以使用防腐层的同时通常要添加适量的缓蚀剂。此外，玻璃钢复合材料是很好的有机衬里材料，玻璃钢内衬管具有玻璃钢的耐蚀性能和钢管的强度，尤其合适用做温度和压力较高的集输管道，胜利油田就已较广泛地采用该技术进行油气集输。玻璃钢内衬管具有强度高、耐强酸、碱、盐和卤水腐蚀、电和热绝缘性好等优点，其防腐性能比内涂层要好。此外，采用玻璃钢内衬法可对气田的旧有输气管道进行修复。据国外资料报道，采用此技术修复的管道，其再服役寿命可达年。玻璃钢内衬管还有保温功能，防止管道内发生结蜡、结垢和水合物堵塞，起到了很好的保温作用，但由于国产玻璃钢的质量、制管和施工水平较

17、差，使国产玻璃钢内衬管不能得到广泛地应用。目前，玻璃钢内衬管一般都由国外进口，成本较高。结论酸性油气田集输管道在硫化氢、二氧化碳、卤水和细菌等腐蚀介质中，经常发生严重腐蚀，而集输管道内气液两相流的高速流动易产生段塞流，段塞对管壁产生冲刷和气蚀作用使保护膜很快被除去，进而使腐蚀严重加剧。因而，需综合研究其腐蚀机理和特点，并采取综合的防腐措施。采用内涂层或内衬管并添加少量的缓蚀剂可有效防止集输管道腐蚀，具有很好的实用性。参考文献卢绮敏石油工业中的腐蚀与防护，北京：化学工业出版社，、，、驴“。如义，张英天然气常输管道内涂层应用技术研究，油气储运口，?五他雀囊?克拉玛依石化公司成亚洲最大润滑油供给商年月日，克拉玛依石化公司生产的环烷基润滑油突破，这标志着我国最大的环烷基润滑油生产基地的建成，克石化一跃而成亚洲最大特色油品生产商。（中国化工信息）一一大庆石化公司石蜡顺利出口近日，经太多方协调，使大庆石化公司的石蜡顺利出口，不但博得了印尼和马来西亚客商的认可，更为企业节约税费万元。（中国化工信息）一一