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油气管道及其腐蚀 油气管道的防腐技术油气管道的防腐技术 油气管道的检测技术油气管道的检测技术 油气管道的腐蚀机理油气管道的腐蚀机理 油气管道腐蚀背景及意义油气管道腐蚀背景及意义 油气管道的发展现状及趋势油气管道的发展现状及趋势 我国油气管道未来技术展望我国油气管道未来技术展望 目录目录 1 管道运输是五大运输方式之一，在世界已有100多年的历史，至今发达国家的原油管输量占其总输量的80%，成品油长距离运输基本也实现了管道化；天然气管输量达95%。美国和前苏联是世界最大的油气消费国，已建油气管线长度分别占世界第一位和第二位，占世界石油管道总长度的60%。939333333.53.50 02020404060608080100100美国美国前苏联前苏联中国中国截至2004年底，全世界油气管道干线长度已超过200104km。1.世界油气管道基本现状及特点世界油气管道基本现状及特点 一、油气管道的发展现状及趋势 2 图图1 美国油气管道管网示意图美国油气管道管网示意图 图图2 俄罗斯油气管道管网示意图俄罗斯油气管道管网示意图 成品油管道 天然气管道 原油管道 成品油管道 天然气管道 原油管道 图图3 我国油气管道管网示意图我国油气管道管网示意图 一、油气管道的发展现状及趋势 3 20世纪50年代，第一条原油管线，新疆克拉玛依至独山子；20世纪70年代，原油产量剧增，相应建成一批输油管线；十一五期间，输气管道建设迅猛增长，新建管道总长超过8000km；目前中国油气骨干管道里程已突破7万公里。管道运输已经成为继公路、铁路、水运和航空之后第五大交通运输方式，承担着我国70%的原油和99%的天然气运输。随着X80、X100管线钢的应用和中国油气管网的进一步完善、陆上进口油气管道的建成和沿海LNG大规模引进，建立全国性调度中心及区域调度中心将是今后管网系统发展的方向。一、油气管道的发展现状及趋势 2.中国油气管道现状及发展历程中国油气管道现状及发展历程 4 二、油气管道腐蚀背景及意义 目前，中国的大地下正埋藏着长达7万多公里的油气管道 这张“地下长城”规划图还在不停地扩张,未来10年内,“地下长城”的主干线、支线增加的长度将可能再绕地球一到两周。因此，如何保障蔓延中国大地的油气管道的安全油气管道的安全，成为越来越突出的问题。1 1、课题的提出、课题的提出 Reference:http:/ Reference:http:/ 5 二、油气管道腐蚀的背景及意义 管道腐蚀管道腐蚀（最为严重）（最为严重）自然灾害自然灾害（不可避免）（不可避免）人为破坏人为破坏（主观避免）（主观避免）危害管道危害管道 安全因素安全因素 所以分析油气管道分析油气管道腐蚀的原因，研究腐蚀的原因，研究管道腐蚀的原理管道腐蚀的原理显得尤为重要。Reference:http:/ 6 Reference:http:/ 二、油气管道腐蚀的背景及意义 自然灾害（不可避免）1 目前,中国新建管线几乎都是长距离输送油气,施工地质条件恶劣,诸如洪水、泥石流滑坡、地震等自然灾害都极有可能导致管道泄漏。譬如在新疆果子沟,几乎是人迹罕至之地,经常发生雪崩,在这样的自然环境之下,更是要考验管线的自身质量以及安全运营。但是，中石油规划总院的专家强调说，在管线建设过程中一般均会充分考虑出现事故如何处理等意外情况。Reference:http:/ Reference:http:/ 7 二、油气管道腐蚀背景及意义 人为破坏（主观避免）2 除了自然的不可抗力之外,近几年,“打孔盗油”、“打孔盗气”等人为破坏因素导致油气管道事故频发。2009年9月中旬,中石化鲁皖成品油管道柴油泄漏,方圆百里的老百姓抢油,其原因就是盗油引起。2003年“1219”兰成渝输油管道打孔盗油案中,喷发的油柱高达40余米,导致宝成铁路停运6小时,管线停输近15小时。事后,主犯被处以死刑。据介绍,目前盗油分子不仅盗窃油管道,而且开始伸向天然气管道,天然气管道压力大,造成的伤害也必将更严重。2009年10月底，石油天然气管道保护法草案正式由全国人大审议。这也标志着，油气管道立法被提上议事日程。Reference:http:/ Reference:http:/ 8“几百吨石油值不了什么钱,但是抢修维护需要几十倍甚至上百倍的代价。”中石油的一位人士说,“现在需要优化发生事故的几率与抢修的成本。”东营市孤岛采油厂特大盗油案东营市孤岛采油厂特大盗油案 (胜过懒昌星案件胜过懒昌星案件)(2012(2012-1111-30)30)主犯:李爱诚、刘玉柱、李大国在不到六年的时间，就因盗油，拥有资产上亿元。二、油气管道腐蚀背景及意义 9 目前，石油及天然气资源主要依靠埋地管道(通常为低合金钢)进行输送。在管道运营过程中，各种因素带来的管道腐蚀常造成管道的失效，降低使用寿命，影响管道输送。在油气田开发生产中，从油气井到管道和储罐以及各种工艺设备都会遭受严重的腐蚀，造成了巨大的经济损失。管道腐蚀的问题也广泛凸显在采油、储运等石化行业的各环节中，是保证油气输送和安全、控制油气成本所面临的重要课题。重要课题。二、油气管道腐蚀的背景及意义 2 2、研究的背景、研究的背景 10 1）腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素 美国45%管道损坏是由于外壁腐蚀引起的；19811987年前苏联输气管道事故统计表明，总长约24万km的管线上曾发生事故1210次；我国地下油气管道投产12年后即发生腐蚀穿孔的情况已屡见不鲜；2）带来灾难性的事故 1965年3月美国一输油管线因应力腐蚀破裂而着火，造成17人死亡。1980年3月北海油田一采油平台发生腐蚀疲劳破坏，致使123人丧生。3 3、研究的意义、研究的意义 二、油气管道腐蚀背景及意义 所以，分析油气管道腐蚀的原因，研究管道腐蚀的原理分析油气管道腐蚀的原因，研究管道腐蚀的原理显得尤为重要。-意义重大！意义重大！Reference:http:/ 11（1 1）外腐蚀环境）外腐蚀环境 穿越各种不同类型的土壤、河流湖泊、气温、地下水位的变化以及 杂散电流时，土壤中有水、盐、微生物，干旱的沙漠地区，土壤中尽管含水量少，但含盐量高，透气性好，土壤潮湿或少量降雨都会在短时间内造成钢制管道腐蚀破坏，所以也有很强的腐蚀性。（2 2）内腐蚀环境）内腐蚀环境 输送天然气时，会有有害物质H2S和CO2；输送原油时，含S和H2O；输送成品油时，含有O2和H2O；三、油气管道的腐蚀机理 1.1.油气管道腐蚀环境：油气管道腐蚀环境：12 三、油气管道的腐蚀机理 2.2.油气管道腐蚀机理：油气管道腐蚀机理：细菌 腐蚀 电化学腐蚀 腐蚀腐蚀 化学腐蚀 气体腐蚀气体腐蚀 非电解质溶液非电解质溶液中的腐蚀中的腐蚀 硫酸盐还原硫酸盐还原 菌腐蚀导致菌腐蚀导致 原电池腐蚀原电池腐蚀 电解腐蚀电解腐蚀 13 1 1）化学腐蚀）化学腐蚀（整个金属表面的流失比较均匀，一般腐蚀较轻）（整个金属表面的流失比较均匀，一般腐蚀较轻）指金属表面与周围介质发生化学作用而引起的破坏。特点特点是在化学作用进行过程中没有电流产生。化学腐蚀又可分为两种。三、油气管道的腐蚀机理 3.具体腐蚀过程具体腐蚀过程(1)气体腐蚀 指裸金属表面暴露在空气或其它气体中,形成氧化膜和化合物,在较高温度下氧化膜生长速度通常较快,空气或气体中的水分会加快这类腐蚀的速度。(2)在非电解质溶液中的腐蚀 油气管道内除常含有一定的水分外,有时也含有一定的H2S,SO2,CO2等易腐蚀管道的化学物质。它们与管道内壁发生化学作用而腐蚀管道。14 2）电化学腐蚀）电化学腐蚀（影响最为严重）管道主要腐蚀是电化学腐蚀。特点是在腐蚀进行过程中有电流产生。可分为：三、油气管道的腐蚀机理(1)(1)原电池腐蚀原电池腐蚀 指金属在电解质溶液中形成原电池而发生的腐蚀。对于管道来说,其外围的湿润土壤和大气,都含有电解质溶液。原电池腐蚀可分为以下几种情况：情况一：新旧管线连接时引起的情况一：新旧管线连接时引起的。最常见也最容易忽视的原电池腐蚀是将一节新管焊接在一条旧管道上时发生的。此时，新管总为阳极。情况二：不同金属成分连接引起的。情况二：不同金属成分连接引起的。钢管本体的金属和焊缝金属成分不一样，两者的电位差有的可达0.275V,埋入地下后电位低的部位遭受腐蚀。情况三：金属物理状态不均匀引起的。情况三：金属物理状态不均匀引起的。在机械加工和施工过程中会使金属各部分的变形和内应力不均匀,变形和应力大的部位,负电性增强，常成为腐蚀电池的阳极,而受腐蚀。情况四：由金属表面差异引起的。情况四：由金属表面差异引起的。管道埋地后,表面的伤痕、刮痕、管箍及管件上表面光洁的螺纹形成活泼的阳极区,光洁表面一般为阳极区,而其余管道表面为阴极区,这样的腐蚀非常活泼且破坏性强。15 情况五：产生微电池。情况五：产生微电池。由于在施工过程中受碰撞、表面划痕和刮痕等影响，使埋地管线的防腐层破损而露出金属表面。在下雨或积水时，管线外壁常形成薄水膜。这些裸露的金属与管线外壁的水溶液可形成许多阴极和阳极,构成许多个微电池而腐蚀管道。三、油气管道的腐蚀机理 这种腐蚀由管线下表面开始,然后逐渐向里渗透、扩张,从而形成氧化层鼓起并分层。随着腐蚀的不断加深和扩展,防腐层也逐渐成片脱落,进而形成管线底部的大面积锈蚀区域。这是埋地管线防腐层脱落后腐蚀穿孔的主要原因腐蚀穿孔的主要原因。例如：碳钢在酸性环境腐蚀时，在阳极区Fe被氧化成Fe2+，所 放出的电子自阳极（Fe）流至钢表面的阴极区（如Fe3C）上，与H+作用而还原成氢气，即 阳极反应：FeFe2+2e 阴极反应：2H+2e H2 总反应：Fe+2H+Fe2+H2 管体局部发生严重坑蚀、石油沥青防腐层大面积剥离 防腐层下管体明显锈蚀 16 情况六：由氧浓度差引起的情况六：由氧浓度差引起的。地下管道最常见的腐蚀现象就是由于氧浓度不同而形成的氧气浓差电池。由于在管道的不同部位氧的含量不同，在氧浓度大氧浓度大的部位金属的电极电位高，是金属腐蚀的阴极阴极；氧浓度小氧浓度小的部位，金属电极电位低，是腐蚀电极的阳极阳极，遭受腐蚀。主要有以下两种情况：三、油气管道的腐蚀机理(1)管道在土壤中埋的深浅不同。管道上部分接近地面,氧气充足,氧的浓度大,相比较而言管道下部则氧浓度小。因此,管道底部的电位低,是腐蚀电池的阳极区,遭受腐蚀。(2)管道通过不同性质的土壤。尽管管道是同一种金属,但由于沿管道土壤的种类或土壤条件的差异,土壤含氧量差别很大。由于土壤性质及其结构的不均匀性,在小块土壤内形成腐蚀电池。因不同土壤交接而形成的腐蚀电池腐蚀最严重,有时可达数十公里远。17 2.2 2.2 电解腐蚀电解腐蚀 指外界杂散电流使处在电解质溶液中的金属发生电解而形成的腐蚀。当管道铺设在电气铁路、电厂附近时，就会发生杂散电流腐蚀。三、油气管道腐蚀机理 多数情况下，大地被作为电流的回路。在寻求电阻最小的回路时，电流常常偏离其直接通道，而以地下管道等其它构筑物作为旁路。其干扰范围大，腐蚀速度快，且受多种因素的影响，防护难度较大。流入流入（受保护）（受保护）流出流出（受腐蚀）（受腐蚀）18 综上所述，油气管道在潮湿的大气中、海水中、土壤中以及油气田的污水、注水系统等环境中的腐蚀均属腐蚀原电池。当管、罐金属表面受到外界的交、直流杂散电流的干扰产生电解电池的作用时，腐蚀金属电极的阳极溶解，即发生所谓的杂散电流腐蚀。(电解池的正极进行阳极反应，负极进行阴极反应，其电极的正、负极性与腐蚀原电池相反)故电化学反应是借助于原电池和电解池进行的。故电化学反应是借助于原电池和电解池进行的。电化学腐蚀较普遍和常见，是油气田设备及管道腐蚀的主要类型。三、油气管道的腐蚀机理 19 3）细菌腐蚀）细菌腐蚀（硫酸盐还原菌腐蚀导致）当土壤中含有硫酸盐时,在缺氧的情况下,一种厌氧性细菌-硫酸盐还原菌就会繁殖起来,在它们的生活过程中需要氢或某些还原物质,将硫酸盐还原成为硫化物,利用反应的能量来繁殖。硫化物与钢管表面形成的氢膜相互作用,消耗了氢膜而使更多的铁从钢管溶解下来。细菌本身并不侵蚀钢管