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油气管道的腐蚀与防护技术研究

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油气 管道 腐蚀 防护 技术研究
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  2010年第 2期 稿 日 期 : 2009 - 03 - 17    收 修 改 稿 日 期 : 2009 - 10 - 29油 气 管 道 的 腐 蚀 与 防 护 技 术 研 究陈 星   ,郑 云 萍 ,李   蕾 ,葛 腾 泽 ,于 倩 秀(西 南 石 油 大 学 ,四 川 成 都   610500)摘 要 :国 内 大 多 数 油 田 在 开 采 过 程 中 ,油 井 伴 生 气 通 常 含 有 成 分 不 等 的 等 腐 蚀 性 气 体 ,同时 由 于 油 气 集 输 系 统 也 不 可 能 完 全 密 闭 ,造 成 大 气 中 的 腐 蚀 性 气 体 进 入 油 气 生 产 系 统 ,因 此 油 气生 产 系 统 存 在 的 腐 蚀 类 型 多 种 多 样 。 针 对 油 气 管 道 的 腐 蚀 现 状 ,简 要 综 述 了 蚀 、 腐 蚀 、 氧 腐蚀 机 理 及 其 影 响 因 素 。 并 在 此 基 础 上 介 绍 了 阴 极 保 护 技 术 、 耐 蚀 材 料 防 腐 技 术 、 工 程 防 腐 技 术 、 化 学 防腐 技 术 等 几 种 国 内 外 常 用 的 防 腐 措 施 。关 键 词 :管 道 腐 蚀 ;腐 蚀 机 理 ;影 响 因 素 ;防 腐 措 施中 图 分 类 号 :   文 献 标 识 码 : A    文 章 编 号 : 1004 - 9614 (2010) 02 - 0049 - 03of il a s P L n 10500, Ch In of in p of of A t be O2 in in a of p s. On of p p is to a of O2 on it a p a an a as as at p 蚀关 于 蚀 机 理 方 面 的 研 究 工 作 较 多 ,据 文 献资 料 介 绍 [ 1 - 2 ] , 蚀 遵 循 以 下 机 理 。111  阳 极 反 应 机 理 + +112  阴 极 反 应 机 理(1)非 催 化 的 氢 离 子 阴 极 还 原 反 应 :当 6时 :23 + 2e 23(2)表 面 吸 附 离 子 催 化 还 原 反 应 : e 3 + + 3 + + e 3 + 总 的 腐 蚀 反 应 为 : 蚀 的 因 素 很 多 [ 3 - 5 ] ,主 要 因 素 包 括 温度 、 流 速 、 金 属 材 质 、 压 、 介 质 组 成 、 合 金 元 素 、 保 护 膜 、 管 材 的 热 处 理 及 显 微 组 织 等 。 它 们 相© 1994        50    影 响 ,引 起 钢 的 高 速 腐 蚀 和 严 重 的 局 部 腐 蚀 穿孔 。    2  腐 蚀211  阳 极 反 应 机 理6 ]等 认 为 , 在 铁 的 表 面 形 成 了 离 子 或 偶 极子 化 合 物 ,而 且 它 的 负 极 指 向 溶 液 ,因 此 , 溶 液 中的 腐 蚀 阳 极 反 应 为 : + ( + +( ( + 27 ]等 认 为 ,继 ( 化 为 ( ,在 少 部 分 酸 性 溶 液 中 , ( 直 接 转 化 为 在 大 多 数 酸 性 溶 液 中 ,将 转 化 为 和 ,即 :( H +( + + +而 ,在 浓 度 大 于 200 1 10 - 6 ) ,并 且 T > 40 ℃ 时 , ( 形 成 富 铁 硫 化物 x ;当 浓 度 小 于 200 T < 40 ℃ ,并 且 度 不 高 时 , ( 形 成 富 硫 硫 化 物 阴 极 反 应 机 理溶 于 水 后 发 生 二 级 水 解 : + + + + + + 溶 液 中 存 在 、 和 H + , 无 氧 环境 中 的 阴 极 还 原 反 应 来 源 于 H + 的 还 原 反 应 。8 ]认 为 在 环 境 中 ,阴 极 反 应 机 理 为2 + 2e 2该 反 应 由 扩 散 和 出 过 电 位 控 制 ,而 腐 蚀 速 率 比 仅 由 的 阴 极 反 应 高 ,因 此 、 H +都 参 与 了 阴 极 反 应 :2 + 2e 22 2e 2 + + 2e 腐 蚀 受 到 众 多 因 素 的 影 响 [ 9 - 11 ] ,主 要 可 分 为两 类 :环 境 因 素 ,如 水 的 含 量 、 温 度 、 浓 度 、 材 料 因 素 ,管 材 的 化 学 成 分 、 管 材 热 处 理 和 显 微 组织 、 管 材 的 强 度 和 硬 度 、 材 料 表 面 状 态 等 。3  氧 腐 蚀在 含 有 氧 气 的 溶 液 中 ,电 极 表 面 将 发 生 氧 化 还 原反 应 ,其 反 应 机 理 十 分 复 杂 ,通 常 有 中 间 态 粒 子 或 氧化 物 形 成 ,不 同 的 溶 液 中 其 反 应 机 理 也 不 一 样 [ 12 ]。在 酸 性 溶 液 中 ,氧 化 还 原 的 总 反 应 为 4H + + 4e 2 能 的 反 应 机 制 由 下 列 步 骤 组 成 : e O + H + e 2 + H + 2 H + + e + H + + e 性 或 碱 性 溶 液 中 ,氧 还 原 的 总 反 应 为 2 + 4e 4其 反 应 机 制 为 e O 2 + + e 2 +2 + + 2e 3以 氧 气 的 还 原 反 应 为 阴 极 过 程 的 腐 蚀 ,叫 做 吸 氧腐 蚀 。 与 氢 原 子 还 原 反 应 相 比 ,氧 还 原 反 应 可 以 在 正得 多 的 电 位 下 进 行 。 大 多 数 金 属 在 中 性 或 碱 性 溶 液中 ,以 及 少 数 电 位 较 正 的 金 属 在 含 氧 气 的 弱 酸 中 的 腐蚀 都 属 于 吸 氧 腐 蚀 或 氧 去 极 化 腐 蚀 。在 油 气 管 道 中 ,氧 的 去 极 化 腐 蚀 反 应 为在 阳 极 : + 2 化 : 2 4e 4 + 2 2腐 蚀 产 物 : 42 + 2 43总 反 应 式 : 4 3 6 434  常 用 防 腐 技 术4. 1  阴 极 保 护 技 术阴 极 保 护 的 主 要 原 理 [ 13 - 14 ]是 把 整 个 金 属 表 面 转化 成 阴 极 ,就 是 将 足 够 的 外 加 电 流 通 向 被 保 护 的 设备 ,这 样 就 不 会 有 电 流 从 金 属 表 面 流 出 。 阴 极 保 护 有两 种 方 法 :牺 牲 阳 极 法 和 强 制 电 流 保 护 法 。牺 牲 阳 极 法 将 被 保 护 金 属 和 一 种 可 以 提 供 保 护电 流 的 金 属 或 合 金 (即 牺 牲 阳 极 )相 连 ,使 被 保 护 体 极化 以 降 低 腐 蚀 速 率 。强 制 电 流 保 护 法 将 被 保 护 金 属 与 外 加 电 源 负 极相 连 ,由 外 部 电 源 提 供 保 护 电 流 ,以 降 低 腐 蚀 速 率 。采 用 阴 极 保 护 时 ,必 须 有 足 够 的 电 流 流 向 阳 极 部位 ,才 可 抵 消 自 然 腐 蚀 电 流 。 同 时 ,还 应 注 意 防 止 电流 过 大 使 涂 层 脱 落 。4. 2  耐 蚀 材 料 防 腐 技 术耐 腐 蚀 性 管 材 品 种 繁 多 ,根 据 输 送 介 质 、 环 境 要求 ,在 管 材 设 计 中 选 择 合 适 的 材 质 ,能 够 比 较 有 效 地抑 制 腐 蚀 的 发 生 。 耐 蚀 材 料 除 有 价 格 昂 贵 的 钛 合 金 、锗 合 金 之 外 ,大 量 的 高 分 子 应 用 技 术 及 其 复 合 耐 蚀 材© 1994        第 2期 陈 星   等 :油 气 管 道 的 腐 蚀 与 防 护 技 术 研 究 51     料 得 到 了 较 大 的 发 展 。 如 采 用 玻 纤 增 强 丙 烯 ( 工 程 级 聚 丙 烯 ( 高 密 度 聚 乙 烯 ( 高分 子 作 为 复 合 管 内 壁 防 腐 塑 料 管 材 的 钢 塑 复 合 管 ,铝 塑复 合 管 ;玻 璃 纤 维 增 强 塑 料 制 成 的 热 塑 性 玻 璃 钢( 热 固 性 玻 璃 钢 ( 。 另 外 ,还 有 其 他 类型 的 复 合 管 ,如 衬 管 采 用 耐 合 金 材 料 (普 通 或 特 种 不 锈钢 管 ,钛 铝 、 铜 合 金 管 )管 材 ,基 管 采 用 碳 钢 或 其 他 合 金钢 管 生 产 的 双 金 属 复 合 管 ,衬 管 采 用 不 锈 钢 管 。 油 杆 可 用 于 轻 、 中 负 荷 油 井 ,并 具 有 较 好 的 耐 蚀 性 能 。4. 3  工 程 防 腐 技 术工 程 防 腐 技 术 是 利 用 附 着 在 金 属 表 面 的 各 种 性能 的 覆 盖 层 将 腐 蚀 性 介 质 与 金 属 材 料 隔 离 ,达 到 减 缓腐 蚀 的 目 的 。 该 技 术 特 点 是 采 用 一 种 专 用 涂 料 均 匀覆 盖 于 金 属 表 面 ,将 金 属 与 腐 蚀 介 质 隔 开 ,达 到 保 护金 属 的 目 的 。目 前 ,油 田 涂 层 防 腐 技 术 主 要 用 于 金 属 容 器 内 腐蚀 防 护 ,一 般 采 用 涂 层 和 电 化 学 联 合 防 护 法 。 涂 层 能够 有 效 地 解 决 单 一 牺 牲 阳 极 保 护 消 耗 量 大 的 问 题 ,而涂 层 和 电 化 学 牺 牲 阳 极 的 合 理 应 用 不 仅 可 以 解 决 涂层 针 孔 出 现 的 局 部 腐 蚀 问 题 ,也 解 决 了 容 器 内 构 件 的腐 蚀 问 题 。 中 原 油 田 金 属 容 器 ( 100 上 ) 90%以上 都 采 用 该 技 术 ,并 且 取 得 了 较 好 的 防 护 效 果 。4. 4  化 学 防 腐 技 术在 油 气 集 输 系 统 中 ,除 了 上 述 防 腐 措 施 外 ,还 采用 化 学 药 剂 防 护 技 术 ,主 要 是 添 加 合 适 的 缓 蚀 剂 、 杀菌 剂 及 阻 垢 剂 等 。缓 蚀 剂 是 一 种 当 它 以 适 当 的 浓 度 和 形 式 存 在 于介 质 (环 境 )时 ,可 以 防 止 或 减 缓 腐 蚀 的 化 学 物 质 或 复合 物 质 。 按 缓 蚀 剂 的 作 用 机 理 划 分 [ 15 ] ,可 分 为 阳 极型 、 阴 极 型 和 混 合 型 等 类 型 。 按 缓 蚀 剂 所 形 成 的 保 护膜 特 征 划 分 ,可 分 为 氧 化 膜 型 、 沉 淀 膜 型 和 吸 附 膜 型 3种 类 型 。缓 蚀 剂 有 两 种 注 入 方 式 :间 歇 式 注 入 方 式 、 连 续式 注 入 方 式 。 此 外 ,为 充 分 发 挥 各 类 药 剂 效 果 ,应 定期 对 系 统 进 行 清 洗 ,清 洗 设 备 表 面 的 沉 积 物 和 污 垢 ,使 缓 蚀 剂 与 腐 蚀 点 充 分 接 触 ,保 证 缓 蚀 效 果 。5  结 束 语油 气 田 生 产 系 统 中 ,管 道 腐 蚀 问 题 倍 受 重 视 。 尤其 是 输 油 管 道 蚀 、 腐 蚀 、 氧 腐 蚀 严 重 ,其 影响 因 素 也 相 当 复 杂 。 在 现 有 的 油 气 管 道 防 腐 措 施 中 ,每 一 种 措 施 都 有 其 相 应 的 应 用 范 围 和 适 用 条 件 ,针 对产 生 腐 蚀 的 原 因 做 出 全 面 具 体 分 析 ,设 计 全 面 有 效 的防 腐 方 案 ,从 而 有 效 地 延 缓 管 道 的 腐 蚀 ,做 到 既 能 保证 安 全 运 行 ,又 不 浪 费 材 料 。参 考 文 献 :[ 1 ]   , L , . 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