2023年油气管道腐蚀损伤的防治技术.doc

西安石油大学成人高等教育毕业论文 18 Abstract Abstract：This paper provides overview of the applications of corrosion prevention on pipelines of oil and natural gas in China in recent years．Based on recent reports，electrochlmical corrosion of metals，causes of cotrosion and current situation of the application of anticorrosion techniques were discussed in the paper．The history of the application of anticorrosion at oil field，the plication of the techniques at present，the problems of the application of the techniques were emphasized． Key word：oil and natural gas；pipeline；anticorrosion；techniques；application 西安石油大学成人高等教育毕业论文 约占产量的20％，约30％的设备因腐蚀而报废。在中国由于金属腐蚀造成的经济损失每年超过300亿元，占国民生产总值的4％。腐蚀不仅造成经济上的损失；也经常构成对安全的威胁。均匀腐蚀，如铁生锈，一般进展缓慢，危险性不大，但一些局部腐蚀如孔蚀〔穿孔〕和应力腐蚀破裂，常常是突然发生的，可能引起事故，造成意外危险。过去国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁，桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷，油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸等。化工厂的腐蚀事故更多，如贮酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染，液氨贮罐爆炸，造成人员伤亡，管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如氯、硫化氢、氰化氢等的泄漏，那么更危及工作人员和附近居民的生命安全。据一些化工厂的统计，化工设备的破坏约有60％是由于腐蚀引起的，而腐蚀破坏中约30％是均匀腐蚀，  70％那么属于危险的局部腐蚀，其中以应力腐蚀破裂为最多。可见，除了经济损失以外，腐蚀对安全和环境的威胁决不容无视。 1.2 阻碍新技术的开展，促进自然资源的损耗 一项新技术、新产品、和新工业的产生过程中，往往会遇到需要克服的腐蚀问题，只有解决了这些困难的腐蚀问题，新技术、新产品、新工业才得以开展。工业史上有许多例子，如铅室法硫酸工业是在找到了耐稀硫酸的铅材才得以开展起来的; 创造了不锈钢以后，生产硝酸和应用硝酸的工业才蓬勃兴起。近代还有一个有趣的例子，美国人在实施登月方案的过程中，遇到一个严重的腐蚀问题：盛四氧化二氮〔氧化剂〕的容器是用钛合金〔6％A1，4％V〕制成的，试验中几小时内就破裂，经查是应力腐蚀所致。后来科学家找到了防止破裂的方法：在氧化剂中参加少量水〔＞1.5％〕或加0.6％NO，作为缓蚀剂，控制了应力腐蚀，克服了这道障碍，人类终于登上了月球。地球只有薄薄的一层外壳贮藏着可用的矿藏，而金属矿的贮量是有限的，现在已越来越减少。人类从矿石中提炼出金属，腐蚀又使金属变为无用的、不能回收的散碎的氧化物等，因而加速了自然资源的耗损。从延缓自然资源耗竭的观点看，防止腐蚀的工作也是十分重要的。 1.3国内外管道检测与防护开展概况 目前，国内外埋地金属管道外防腐层检测技术方法很多，但就其信号源来说，都可归纳为直流法和交流法两种。当今防腐层状况检测技术大多是通过管道上方地面测量或防腐层性能的间接测试而完成。目前在用和面世的技术包括：标准管地电位〔P/S〕测试、CIPS 密间隔电位测试技术、Pearson测试、CPS阴极保护电流测试、DCVG直流电位梯度测试、RD-PCM多频电流测绘系统。到目前为止还没有见到能检测涂层剥离、涂层屏蔽的技术问世。 管道外检测技术属于间接检测管道腐蚀的方法，得到的原始数据往往需要工作人员的仔细分析和校验，有的管外检测技术还不适于检测公路、铁路、海洋等区域下的管道，无法实现对管道的全面检测。针对管外检测技术存在的问题，国外一些兴旺国家先后开发出了一些可行的管道内腐蚀检测技术。德国、美国、日本和加拿大在这方面起步较早，且已结合此项技术研制出了各种智能检测爬行机(简称爬机)，并获得了成功的经验。目前国外的工程技术人员结合漏磁通法和超声波法已研制出了各种管道内智能检测装置。 此外，有关管道泄漏检测与定位的方法很多，主要可分为基于模型的方法、基于信号处理的方法及基于知识的方法等3类。基于模型的方法需建立管线的数学模型，因此在模型建立不准确时将严重影响检测与定位的精度；基于知识的方法正处于初步探索阶段，很多问题有待于进一步解决；由于90年代末期新建和目前正在建设的油气传输线均配有SCADA系统[1]，对各类信号采集和传输都做了较为充分的根底工作，因此基于信号处理的方法显示出良好的应用前景。 国内外用于地下管道外壁涂层主要有石油沥青、煤焦油磁漆、融熔环氧( FBE) 、聚烯烃胶带、挤出聚乙烯和环氧煤焦沥青等，它们在性能、施工和经济性等方面各有其特点。近年来，国外又开发了三层环氧/聚乙烯涂层，还特别推崇的是采用聚氨酯沥青，这种无溶剂型涂料越来越引人注目，我国有关方面也正组织力量进行攻关和加以应用[2]。 目前[3]，管道防腐设计主要考虑外防腐，内防腐还没有引起足够重视。外防腐普遍采用防腐涂层与阴极保护同时使用的联合保护措施。此外，又有一些新的管道建材代替了现有某些涂料的作用，对于防护有很好的效果，如橡胶防腐技术、钢骨架塑料复合管的利用等。随着管道铺设技术的不断提高和管道使用环境的恶化，开发防腐、绝缘、综合机械性能高、粘结力强的涂层材料是管道防腐的趋势，塑料粉末涂料以其特有的性能在管道防腐工程领域发挥了巨大作用。在国外塑料粉末涂料已成为油气管道防腐的首选材料，在国内塑料防腐管道已开始应用。 我国已建成油气长输管道3万余公里，油气集输管道10万多公里，还有大量城市输气管道，其中60%左右的管道因腐蚀、外力损伤和疲劳等原因，已进入事故多发期，必须进行完整性评价和加强完整性管理。另外，我国正在建设和将要建设大量的油气输送管线，未来同样需要加强完整性管理。我国应针对国内在防腐检测技术和防护技术上的缺乏，在这两大方面加大研究力度，研制开发出适合我国国情的防腐设备，加快技术的开展，建立一个系统的、完善的防腐检测和防护技术体系，对全国石油工业的开展注入新的活力。 为此，本论文现深入地研究天然气管道的外防腐检测手段，针对某天然气管道确定外防腐层检测方法，并针对检测数据以及外防护性能进行分析。 2 油气管道的腐蚀 2.1管道腐蚀产生的原因 石油天然气管道的腐蚀发生在管道内部、外部及接头部位。油气管道的敷设主要采用埋地、管沟和架空敷设[2]。后两者主要用于站场内管道敷设，绝大局部油气管道采用的是地埋敷设方式，对此局部管道的防护是非常重要的。从腐蚀发生的原因分析，油气管道腐蚀与外界环境条件密切相关，另一方面与管道的材料本身、防腐措施的效果有关。 2.1.1周围介质对管道的腐 (1)管道周围介质的腐蚀性强弱与土壤的性质及其微生物密切相关，然而对于长输管道涉及的土壤性质比拟复杂，准确评定其腐蚀性非常困难。油田石油行业制订出两种评定方法，即：①在一般地区，安土壤电阻率大小将土壤的腐蚀性分为弱、中、强三级；②对复杂地区，根据土质、土壤状况、电阻率、含水量、pH值、总酸碱度等12种因素，用打分方法将土壤分为不腐蚀、弱腐蚀、中等腐蚀和强腐蚀4个等级[3]。在实践中因后者较为烦琐，在长输管道设计中的使用不多。第一种方法比拟简单易行，采用比拟多，再结合土壤种类、地貌特征及地下水位等，可综合确定土壤的腐蚀性。另外，土壤中的细菌可造成金属的细菌腐蚀，可对防腐层产生影响，这可能与菌群种类有关，如硫酸盐复原菌、致酸性细菌等，但目前尚未见有关菌群与管道防腐关系研究的详细报道。 (2)周围介质的物理性状的影响，主要包括地下水的变化、土壤是否有水分交替变化等情况，以及是否有芦苇类的根系影响等。 (3)温度的影响，包括环境温度和管道运行期间产生的温度。温度的升高，腐蚀的速度会大大加快。温度的上下与管路敷设深度有直接的关系，同时更受地域差异的影响。 (4)施工因素的影响，包括材料的把关、操作人员的责任心、质量意识等[4]。施工时是否考虑了环境与施工因素的有机结合，根据不同的情况采取不同的措施等。采用盐酸等处理金属管道内壁结垢时可加速管道内壁的腐蚀速度[5]。杂散电流可对管道产生电解腐蚀[6] (5)油气本身含有氧化性物质，如含水、H2S及CO2等酸性气体可造成类似原电池的电化学反响和破坏金属晶格的化学反响，可造成管道内壁的腐蚀。 2.1.2防腐层失效 防腐层失效是地下管道腐蚀的主要原因，轻度失效可增大阴极保护电流弥补防腐作用；特殊的失效，如因防腐层剥离引起的阴极保护电流屏蔽及防腐层的破坏，管道就会产生严重的腐蚀。腐蚀发生的原因是防腐层的完整性遭到破坏，主要产生于防腐层与管道剥离或是防腐层破裂、穿孔和变形[7]。 (1)防腐层剥离，即防腐层与管道外表脱离形成空间。如果剥离的防腐层没有破口，空间没有进水一般不产生腐蚀。假设有破口，腐蚀性介质进入就可能出现保护电流不能到达的区域，形成阴极保护屏蔽现象。在局部形成电位梯度，管道就会因此产 生腐蚀。管道内壁有足够大的拉应力，拉应力与腐蚀同时作用，可产生危害更大的应力腐蚀破裂。 (2)防腐层破裂、穿孔、变形，可直接破坏防腐层，腐蚀介质从破口进入防腐层，还能进一步促成防腐层剥离，在一定条件下产生阴极屏蔽，破裂严重时可导致管道腐蚀。破裂的主要原因为土壤应力、外力和材料老化。穿孔多由施工时的创作不当 或外力所造成。还有报道认为，腐蚀层不完整造成局部腐蚀加剧，如某油田计量站管道防护层多处破损点，形成小阳极，造成局部腐蚀。 (3)有些工程未能对金属管道及时有效地实施阴极保护措施。阴极保护对延长金属管道使用寿命十分重要，尤其是当管道老化或局部破损后，阴极保护的作用显得非常重要。 (4)管道补口、维修没有完全按防腐标准标准执行。管道补口要求将粘附在金属管道外表的残留物去除干净，然后用电动钢丝刷等除锈到达标准，再刷防腐漆或缠防腐胶带，如果除锈标准达不到，容易造成底漆与管道粘结不牢，发生剥离或阴极剥离，为管道腐蚀埋下隐患。 埋地管道主要是土壤腐蚀。由于土壤具有多相性和不均匀性，并且具有很多微孔可以渗透水及气体, 因此不同土壤具有不同的腐蚀性, 又由于土壤具有相对的稳定性, 使得土壤腐蚀和其他电化学腐蚀过程不同。具体腐蚀原因分析如下： (1)防腐层破损后，随土壤的湿度增加，腐蚀程度增加。防腐层破损后，保温层吸水，使管体长期处于水浸之中，管道腐蚀随土壤含水率增加而增加。 (2)防腐层破损后，保温层结构不同，腐蚀程度不同。从管道穿孔统计中发现，防腐层管在外防腐层破损后，泡沫吸水，聚氨酯亲水后产生酸性环境，加剧了管体的腐蚀速度。从同一地区的沥青防腐注水管道开挖检查中也可以看出，沥青防腐的注水管道沥青防腐层破损后，因无保温层，腐蚀程度要轻于保温管道。 (3)杂散电流干扰引起的腐蚀，多发生于站库附近，站内管道腐蚀比站外管道严重。分析认为站址附近多为高岗地带，土壤腐蚀因素对管道的影响站内、站外根本相同；管道腐蚀不同主要为杂散电源影响。 (4)埋地管道的外腐蚀比内腐蚀严重，输送介质温度高的管道腐蚀比温度低的管道腐蚀严重。分析认为，土壤中的氧参与腐蚀反响的能力随温度升高而更