长输管线腐蚀因素分析

peonutpedro

  长输管线腐蚀因素分析

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   摘要：管线运输已经成为五大运输之一。油气管线输送是石油及天然气运输的主要支柱，我国目前80%以上的在役油气长输管道超过了设计寿命期，已进入事故多发期。管道腐蚀直接影响着管线的使用寿命，本文从温度、压力等七个方面分析了影响管线腐蚀的因素，对预防管线事故，延长管线寿命具有十分重要的指导意义。

   1 引言

   管线腐蚀是管线在各种环境因素作用下发生化学反应，使管线性能下降、状态改变，直至损坏变质的一种自然现象。腐蚀不仅影响管线的外观，而且直接影响管线的使用寿命。管线腐蚀往往会造成重大经济损失、人员伤亡及环境污染等恶性后果，其带来的危害是惊人的。

   在使用1~2年就发生腐蚀穿孔出现油气泄漏的现象也时有发生。EGIG（欧洲输气管道事故数据组织——European Gas pipeline Incident data Group）在对该组织的8个成员单位的管线事故调查数据进行分析的一位报告中显示，由于腐蚀而引起的事故在事故总量中居第三位，仅次于第三方因素和施工、材质缺陷。前苏联的统计资料表明，管线腐蚀事故占停气事故的30%，天然气管线腐蚀事故累积超过2000次，其中有一次竟死亡800多人。另美国国家标准局调查表明，1975年美国油气工业因腐蚀造成的年度损失费用为90亿美元。

   国内的数据显示，1988年全国发生油气管道事故248起，其中由于腐蚀引起的就占到202起。在诸多油气设施中，尤以油气管线腐蚀事故最为触目惊心。目前全世界范围内管线正以每年4万km的速度增长。如此大量的管线埋设在地下，其外部长期受到土壤介质、杂散电流的腐蚀以及各种微生物的侵蚀，内部受到含有H2S、CO2、Clˉ油、气、水的腐蚀，从而经常发生穿孔泄漏和开裂性事故，引发严重的后果。尤其是在高压下工作的管线一旦发生破裂，很容易引发火灾、爆炸等灾难性事故。我国对腐蚀损失所做的统计表明，腐蚀所造成的损失约占国民经济的3%，其中石油天然气工业是受腐蚀危害最严重的部门之一。我国的油气田大多数分布在盐碱沼泽地带，属于中、强，甚至特强腐蚀土壤，对各类管道、埋地设施的腐蚀很严重。随着我国油气田开发进入中后期，作为油田主要设施的管道，其腐蚀问题将越来越突出，甚至成为困扰油田生产的一个重要因素。

   2 腐蚀因素分析

   影响管线腐蚀的因素很多，其中主要的有以下几个方面。

   2.1 温度

   一般来讲，管线的腐蚀速度总是随着温度的升高难度而增加。根据电化学理论，界面反应速度常数和扩散系数都与温度呈指数关系，因此，温度的升高将大大加快管线的腐蚀速度。

   2.2 压力

   油气长输管道具有很高的压力，压务是影响应力腐蚀开裂的主要因素之一，硫化物应力腐蚀开裂、氢致开裂、氢腐蚀等都与压力大小有直接的关系。压力越高，使用寿命越短。

   2.3 电偶

   在长输管线设施中，不同金属或合金材料之间的接触或连接往往是不可避免的。在液体中，可以发现电位较负的金属腐蚀速度加大，而电位较正的金属则得到保护，这种现象就是电偶腐蚀。一般来讲，两种金属或合金的电极电位差越大，电偶腐蚀越严重。此外，电偶腐蚀还与材料的极化率、腐蚀电池中阳极面积与阴极面积的比值、溶液电阻的大小、介质条件等因素有关。

   2.4 焊缝

   在长输系统中，通常在焊缝处的腐蚀问题比其他的部位更加严重。其原因主要有以下几点：由于焊接时急热急冷，引起母材的组织发生变化而产生电偶腐蚀；另外，由于焊接残余应力的存在，容易引起应力腐蚀开裂。

   管道焊缝补口时，由于补口技术难度较大、要求较高，往往施工时难以达到，而导致焊接区穿孔。

   经固溶处理的奥氏体不锈钢，在焊接时恰好处于敏化区，引起铬的碳化物在晶界处析出而导致晶间腐蚀。

   2.5 土壤环境

   长输管线绝大部分是埋在地下的，而且由于其跨度大，通过地段的地质情况差别很大，由于土壤接触而引起的腐蚀占腐蚀总量的比例是最大的，可以说研究长输管线的腐蚀问题主要就是研究其与土壤接触的腐蚀问题。

   土壤腐蚀是一个极其复杂的问题，其原因是土壤情况千差万别，同一根输油管在某些地段腐蚀极为严重，而在另一地段却很完好，这些都与土壤的结构、组成和性质的变化有关。

   2.5.1 土壤腐蚀的特征

   由于土壤具有多相性（具有复杂多相的结构）和毛细管多孔性，常形成胶体体系，因此可把土壤看作腐蚀性电解质。由于水具有形成胶体的作用，所以土壤并不是分散孤立的颗粒，而是各有机物、无机物的胶凝物质颗粒的聚集体。土壤的孔隙度和含水程度，又影响着土壤透气性和导电率的大小。无论从小范围还是从大范围看，土壤的各种理化性质，尤其是与腐蚀有关的电化学性质都是不均匀的，容易发生明显的变化。

   土壤腐蚀的阳极过程：铁在潮湿土壤中的阳极过程和在溶液中腐蚀时相似，阳极过程没有明显的阻碍；在干燥且透气性良好的土壤中，其阳极过程的进行方式接近于铁在大气中的腐蚀行为。土壤腐蚀的阴极过程：铁在土壤腐蚀时的阴极过程主要是氧的去极化作用，在强酸土壤中，氢去极化过程也能残余进行。

   土壤中的腐蚀电池，土壤腐蚀和其他介质中的电化学腐蚀过程一样，都是因为金属和介质电化学不均一性所形成的腐蚀原电池作用所致，这是腐蚀发生的基本原因，但是，土壤介质具有多相性及不均匀性等特点，所以，除了有可能生成和金属组织不均一性有关的腐蚀微电池外，土壤介质的宏观不均一性所引起的腐蚀宏电池，在土壤腐蚀中往往起着更大作用。

   土壤介质的不均一性，主要是土壤透气性不同引起的。此外，土壤的pH值、含盐量等性质的变化也会造成腐蚀宏电池。腐蚀宏电池有长距离腐蚀电池、因土壤的局部不均匀所引起的腐蚀宏电池、埋设深度不同及边缘效应所引起的腐蚀宏电池、金属所处状态的差异引起的腐蚀宏电池几个类型。

   2.5.2 影响土壤腐蚀的因素

   与腐蚀有关的土壤性质主要是孔隙度（透气性）、含水量、电阻率、酸度和含盐量。这些性质的影响又是互相联系的，现分别加以说明：

   孔隙度（透气性）。较大的孔隙度有利于氧的渗透和水分的保存，而它们都是腐蚀初始发生的促进因素。孔隙度大的土壤会加速腐蚀，但是还必须考虑到在透气性良好的土壤中也容易生成具有保护能力的腐蚀产物层，阻碍金属的阳极溶解，使金属的腐蚀速度减慢下来。造成这种复杂情况的原因在于有氧浓差电池、微生物腐蚀等因素的影响。在氧浓差电池的作用下，透气性差的区域将成为阳极而发生严重的腐蚀。

   含水量。土壤的含水量对腐蚀的影响很大。当土壤含水量很高时，氧的扩散渗透受到阻碍，腐蚀减小。随着含水量的减少，氧的去极化变易，腐蚀速度增加；当含水量降到约10%以下时，由于水分的短缺，阳极极化，腐蚀速度又急速降低。在实际的腐蚀情况下，埋得较浅的、含水量少的部分的管道是阴极，埋得较深，接近地下水位的管道是氧浓差电池的阳极，被腐蚀。

   电阻率。土壤的电阻率与土壤的孔隙度、含水量及含盐量等许多因素有关。一般认为，土壤电阻率越小、其腐蚀越严重。因此，可以把土壤电阻率作为估计土壤腐蚀性的重要参数。

   酸度。土壤酸度的来源很复杂，有的来自土壤中的酸性矿物质，有的来自生物和微生物生命活动所形成的有机酸和无机酸，也有的来自工业污染等人类活动造成的土壤污染。随着土壤酸度增加，土壤腐蚀性增加，因为在酸性条件下，氢的去极化过程能顺利进行，强化了整个腐蚀过程。应当指出，当土壤中含大量有机酸时，其pH值虽接近于中性，但其腐蚀性仍然很强。

   含盐量。在土壤电解质中的阳离子一般是钾、钠、镁、钙等离子，阴离子是碳酸根、氯和硫酸根离子。土壤中含盐量大，其电导率增加，土壤的腐蚀性增强。但碱金属钙、镁离大在非酸性土壤中能形成难溶的氧化物和碳酸盐，在金属表面上形成保护层，减少腐蚀。类似的硫酸根离子也能和铅作用，生成硫酸铅保护层。硫酸盐和土壤腐蚀的另一个重要因素与微生物腐蚀有关。

   杂散电流的影响。在不少情况下，杂散电流可导致地下金属设施的严重腐蚀破坏。但杂散电流流过埋地管道时，在电流离开管道进入大地处的阳极端就会受到腐蚀。所谓杂散电流是指正常电路漏失而流入他处的电流，其主要来源是直流电大功率电器设备、如电气化铁路、电解及电镀槽、电焊机或电化学保护装置等。杂散电流腐蚀的破坏特牲是阳极区的局部腐蚀。在管线阳级区绝缘层的破损处，腐蚀尤为集中。防止措施有排流法、绝缘法和牺牲阳极法。

   2.6 微生物

   微生物腐蚀是指在微生物生命活动参与下所发生的腐蚀过程。凡是同水、土壤或湿润空气接触的金属设施，都可能遭到微生物的腐蚀。微生物主要以下列4种方式参与腐蚀过程：

   （1）微生物新陈代谢产物的腐蚀作用，腐蚀性代谢产物包括无机酸、有机酸、硫化物、氨等；

   （2）促进腐蚀的电极反应动力学过程，促进了金属腐蚀的阴极去极化过程；

   （3）改变金属周围环境的氧浓度、含盐量、酸度等，从而形成氧浓差局部腐蚀电池；

   （4）破坏保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性，例如地下管道有机纤维覆盖层被分解破坏，亚硝酸盐缓蚀剂因细菌作用而氧化等。

   2.7 大气腐蚀

   大气腐蚀是金属处于表面薄层电解液下的腐蚀过程，因而具有与浸没在电解液内的腐蚀过程不同的特点。金属表面含饱和氧的电解液膜的存在，使大气腐蚀的电化学过程中氧去极化过程变得容易进行。在工业大气中，液膜常常呈酸性，这时可能产生氢去极化腐蚀。但由于氧极易到达阴极，所以，氧的去极化作用仍然是主要的。

   3 结论

   管线腐蚀是管线与周围介质发生化学或电化学作用，转变成金属化合物而使管线遭到破坏，从而引起管线功能下降的一种现象。管线腐蚀一直是困扰人们的一门边缘学科。虽然与腐蚀相关的理论和方法都在不断地发展，但由于管线材料与环境的千差万别，在石油行业，特别是对于长输管线，因其跨度比较长，所经之处自然地理条件差别巨大，其腐蚀问题一直未能得到很好的解决。所以只有对不同的管线采用有针对性的措施，才能更好地确保长输管线的安全运行。

hotheartyxb

很好。不过感觉概念性东西多了一些。 [s:1]

daive1980

分析的不错，谢谢