油氣管道及其腐蝕

1、油氣管道及其腐蝕油氣管道的防腐技術(shù)油氣管道的檢測技術(shù) 油氣管道的腐蝕機理油氣管道腐蝕背景及意義油氣管道的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢我國油氣管道未來技術(shù)展望目錄1管道運輸是五大運輸方式之一，在世界已有100多年的歷史，至今發(fā)達國家的原油管輸量占其總輸量的80%，成品油長距離運輸基本也實現(xiàn)了管道化；天然氣管輸量達95%。美國和前蘇聯(lián)是世界最大的油氣消費國，已建油氣管線長度分別占世界第一位和第二位，占世界石油管道總長度的60%。截至2004年底，全世界油氣管道干線長度已超過200104km。 1. 世界油氣管道基本現(xiàn)狀及特點一、油氣管道的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢2圖1 美國油氣管道管網(wǎng)示意圖圖2 俄羅斯油氣管道管網(wǎng)示意圖

2、成品油管道天然氣管道原油管道成品油管道天然氣管道原油管道圖3 我國油氣管道管網(wǎng)示意圖一、油氣管道的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢3 20世紀(jì)50年代，第一條原油管線，新疆克拉瑪依至獨山子； 20世紀(jì)70年代，原油產(chǎn)量劇增，相應(yīng)建成一批輸油管線； 十一五期間，輸氣管道建設(shè)迅猛增長，新建管道總長超過8000km； 目前中國油氣骨干管道里程已突破7萬公里。管道運輸已經(jīng)成為繼公路、鐵路、水運和航空之后第五大交通運輸方式，承擔(dān)著我國70%的原油和99%的天然氣運輸。 隨著X80、X100管線鋼的應(yīng)用和中國油氣管網(wǎng)的進一步完善、陸上進口油氣管道的建成和沿海LNG大規(guī)模引進，建立全國性調(diào)度中心及區(qū)域調(diào)度中心將是今后管網(wǎng)系統(tǒng)

3、發(fā)展的方向。 一、油氣管道的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 2.中國油氣管道現(xiàn)狀及發(fā)展歷程4二、油氣管道腐蝕背景及意義目前，中國的大地下正埋藏著長達7萬多公里的油氣管道這張“地下長城”規(guī)劃圖還在不停地擴張,未來10年內(nèi),“地下長城”的主干線、支線增加的長度將可能再繞地球一到兩周。因此，如何保障蔓延中國大地的油氣管道的安全，成為越來越突出的問題。連起來可繞地球約1.5圈1、課題的提出Reference: /hyxw/2010/1001/jmzg.htmlReference: /hyxw/2010/1001/jmzg.html5二、油氣管道腐蝕的背景及意義管道腐蝕（最為嚴(yán)重）自然災(zāi)害（不可避免）人為破壞（主觀避免

4、）危害管道安全因素 所以分析油氣管道腐蝕的原因，研究管道腐蝕的原理顯得尤為重要。Reference: /hyxw/2010/1001/jmzg.html6Reference: /hyxw/2010/1001/jmzg.html二、油氣管道腐蝕的背景及意義自然災(zāi)害（不可避免）1目前,中國新建管線幾乎都是長距離輸送油氣,施工地質(zhì)條件惡劣,諸如洪水、泥石流滑坡、地震等自然災(zāi)害都極有可能導(dǎo)致管道泄漏。譬如在新疆果子溝,幾乎是人跡罕至之地,經(jīng)常發(fā)生雪崩,在這樣的自然環(huán)境之下,更是要考驗管線的自身質(zhì)量以及安全運營。但是，中石油規(guī)劃總院的專家強調(diào)說，在管線建設(shè)過程中一般均會充分考慮出現(xiàn)事故如何處理等意外情況

5、。Reference: /hyxw/2010/1001/jmzg.htmlReference: /hyxw/2010/1001/jmzg.html7二、油氣管道腐蝕背景及意義人為破壞（主觀避免）2除了自然的不可抗力之外,近幾年,“打孔盜油”、“打孔盜氣”等人為破壞因素導(dǎo)致油氣管道事故頻發(fā)。2009年9月中旬,中石化魯皖成品油管道柴油泄漏,方圓百里的老百姓搶油,其原因就是盜油引起。2003年“1219”蘭成渝輸油管道打孔盜油案中,噴發(fā)的油柱高達40余米,導(dǎo)致寶成鐵路停運6小時,管線停輸近15小時。事后,主犯被處以死刑。據(jù)介紹,目前盜油分子不僅盜竊油管道,而且開始伸向天然氣管道,天然氣管道壓力大,

6、造成的傷害也必將更嚴(yán)重。2009年10月底，石油天然氣管道保護法草案正式由全國人大審議。這也標(biāo)志著，油氣管道立法被提上議事日程。Reference: /hyxw/2010/1001/jmzg.htmlReference: /hyxw/2010/1001/jmzg.html8“幾百噸石油值不了什么錢,但是搶修維護需要幾十倍甚至上百倍的代價?！敝惺偷囊晃蝗耸空f,“現(xiàn)在需要優(yōu)化發(fā)生事故的幾率與搶修的成本。”東營市孤島采油廠特大盜油案 (勝過懶昌星案件)(2012-11-30)主犯:李愛誠、劉玉柱、李大國在不到六年的時間，就因盜油，擁有資產(chǎn)上億元。二、油氣管道腐蝕背景及意義9 目前，石油及天然氣資源

7、主要依靠埋地管道(通常為低合金鋼)進行輸送。在管道運營過程中，各種因素帶來的管道腐蝕常造成管道的失效，降低使用壽命，影響管道輸送。在油氣田開發(fā)生產(chǎn)中，從油氣井到管道和儲罐以及各種工藝設(shè)備都會遭受嚴(yán)重的腐蝕，造成了巨大的經(jīng)濟損失。 管道腐蝕的問題也廣泛凸顯在采油、儲運等石化行業(yè)的各環(huán)節(jié)中，是保證油氣輸送和安全、控制油氣成本所面臨的重要課題。二、油氣管道腐蝕的背景及意義2、研究的背景101）腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素美國45%管道損壞是由于外壁腐蝕引起的；19811987年前蘇聯(lián)輸氣管道事故統(tǒng)計表明，總長約24萬km的管線上曾發(fā)生事故1210次；我國地下油氣管道投產(chǎn)12年后即發(fā)生

8、腐蝕穿孔的情況已屢見不鮮； 2）帶來災(zāi)難性的事故 1965年3月美國一輸油管線因應(yīng)力腐蝕破裂而著火，造成17人死亡。 1980年3月北海油田一采油平臺發(fā)生腐蝕疲勞破壞，致使123人喪生。3、研究的意義二、油氣管道腐蝕背景及意義所以，分析油氣管道腐蝕的原因，研究管道腐蝕的原理顯得尤為重要。 - 意義重大！ Reference: /hyxw/2010/1001/jmzg.html11（1）外腐蝕環(huán)境 穿越各種不同類型的土壤、河流湖泊、氣溫、地下水位的變化以及 雜散電流時，土壤中有水、鹽、微生物，干旱的沙漠地區(qū)，土壤中盡管含水量少，但含鹽量高，透氣性好，土壤潮濕或少量降雨都會在短時間內(nèi)造成鋼制管道腐

9、蝕破壞，所以也有很強的腐蝕性。（2）內(nèi)腐蝕環(huán)境 輸送天然氣時，會有有害物質(zhì)H2S和CO2； 輸送原油時，含S和H2O； 輸送成品油時，含有O2和H2O；三、油氣管道的腐蝕機理1.油氣管道腐蝕環(huán)境：12三、油氣管道的腐蝕機理2.油氣管道腐蝕機理：細菌腐蝕電化學(xué)腐蝕腐蝕化學(xué)腐蝕氣體腐蝕非電解質(zhì)溶液中的腐蝕硫酸鹽還原菌腐蝕導(dǎo)致原電池腐蝕電解腐蝕131）化學(xué)腐蝕（整個金屬表面的流失比較均勻，一般腐蝕較輕） 指金屬表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞。特點是在化學(xué)作用進行過程中沒有電流產(chǎn)生。化學(xué)腐蝕又可分為兩種。三、油氣管道的腐蝕機理 3. 具體腐蝕過程(1) 氣體腐蝕指裸金屬表面暴露在空氣或其它氣體

10、中, 形成氧化膜和化合物, 在較高溫度下氧化膜生長速度通常較快, 空氣或氣體中的水分會加快這類腐蝕的速度。(2) 在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕油氣管道內(nèi)除常含有一定的水分外, 有時也含有一定的H2S, SO2, CO2等易腐蝕管道的化學(xué)物質(zhì)。它們與管道內(nèi)壁發(fā)生化學(xué)作用而腐蝕管道。142）電化學(xué)腐蝕（影響最為嚴(yán)重）管道主要腐蝕是電化學(xué)腐蝕。特點是在腐蝕進行過程中有電流產(chǎn)生?？煞譃椋喝⒂蜌夤艿赖母g機理(1) 原電池腐蝕 指金屬在電解質(zhì)溶液中形成原電池而發(fā)生的腐蝕。對于管道來說, 其外圍的濕潤土壤和大氣,都含有電解質(zhì)溶液。原電池腐蝕可分為以下幾種情況： 情況一：新舊管線連接時引起的。最常見也最容易忽視

11、的原電池腐蝕是將一節(jié)新管焊接在一條舊管道上時發(fā)生的。此時，新管總為陽極。 情況二：不同金屬成分連接引起的。鋼管本體的金屬和焊縫金屬成分不一樣，兩者的電位差有的可達0.275V, 埋入地下后電位低的部位遭受腐蝕。 情況三：金屬物理狀態(tài)不均勻引起的。在機械加工和施工過程中會使金屬各部分的變形和內(nèi)應(yīng)力不均勻, 變形和應(yīng)力大的部位, 負電性增強，常成為腐蝕電池的陽極, 而受腐蝕。 情況四：由金屬表面差異引起的。管道埋地后, 表面的傷痕、刮痕、管箍及管件上表面光潔的螺紋形成活潑的陽極區(qū), 光潔表面一般為陽極區(qū),而其余管道表面為陰極區(qū), 這樣的腐蝕非?；顫娗移茐男詮?。15情況五：產(chǎn)生微電池。由于在施工過程

12、中受碰撞、表面劃痕和刮痕等影響，使埋地管線的防腐層破損而露出金屬表面。在下雨或積水時，管線外壁常形成薄水膜。這些裸露的金屬與管線外壁的水溶液可形成許多陰極和陽極, 構(gòu)成許多個微電池而腐蝕管道。三、油氣管道的腐蝕機理這種腐蝕由管線下表面開始, 然后逐漸向里滲透、擴張, 從而形成氧化層鼓起并分層。隨著腐蝕的不斷加深和擴展, 防腐層也逐漸成片脫落, 進而形成管線底部的大面積銹蝕區(qū)域。這是埋地管線防腐層脫落后腐蝕穿孔的主要原因。例如：碳鋼在酸性環(huán)境腐蝕時，在陽極區(qū)Fe被氧化成Fe2+，所放出的電子自陽極（Fe）流至鋼表面的陰極區(qū)（如Fe3C）上，與H+作用而還原成氫氣，即 陽極反應(yīng)：FeFe2+2e

13、陰極反應(yīng)：2H+2e H2 總反應(yīng)：Fe+2H+ Fe2+H2 管體局部發(fā)生嚴(yán)重坑蝕、石油瀝青防腐層大面積剝離 防腐層下管體明顯銹蝕16情況六：由氧濃度差引起的。地下管道最常見的腐蝕現(xiàn)象就是由于氧濃度不同而形成的氧氣濃差電池。由于在管道的不同部位氧的含量不同，在氧濃度大的部位金屬的電極電位高，是金屬腐蝕的陰極；氧濃度小的部位，金屬電極電位低，是腐蝕電極的陽極，遭受腐蝕。主要有以下兩種情況：三、油氣管道的腐蝕機理(1) 管道在土壤中埋的深淺不同。管道上部分接近地面, 氧氣充足, 氧的濃度大,相比較而言管道下部則氧濃度小。因此,管道底部的電位低,是腐蝕電池的陽極區(qū),遭受腐蝕。(2) 管道通過不同性

14、質(zhì)的土壤。盡管管道是同一種金屬, 但由于沿管道土壤的種類或土壤條件的差異,土壤含氧量差別很大。由于土壤性質(zhì)及其結(jié)構(gòu)的不均勻性, 在小塊土壤內(nèi)形成腐蝕電池。因不同土壤交接而形成的腐蝕電池腐蝕最嚴(yán)重, 有時可達數(shù)十公里遠。172.2 電解腐蝕 指外界雜散電流使處在電解質(zhì)溶液中的金屬發(fā)生電解而形成的腐蝕。當(dāng)管道鋪設(shè)在電氣鐵路、電廠附近時，就會發(fā)生雜散電流腐蝕。三、油氣管道腐蝕機理 多數(shù)情況下，大地被作為電流的回路。在尋求電阻最小的回路時，電流常常偏離其直接通道，而以地下管道等其它構(gòu)筑物作為旁路。其干擾范圍大，腐蝕速度快，且受多種因素的影響，防護難度較大。 流入（受保護）流出（受腐蝕）18 綜上所述，

15、油氣管道在潮濕的大氣中、海水中、土壤中以及油氣田的污水、注水系統(tǒng)等環(huán)境中的腐蝕均屬腐蝕原電池。當(dāng)管、罐金屬表面受到外界的交、直流雜散電流的干擾產(chǎn)生電解電池的作用時，腐蝕金屬電極的陽極溶解，即發(fā)生所謂的雜散電流腐蝕。(電解池的正極進行陽極反應(yīng)，負極進行陰極反應(yīng)，其電極的正、負極性與腐蝕原電池相反)故電化學(xué)反應(yīng)是借助于原電池和電解池進行的。電化學(xué)腐蝕較普遍和常見，是油氣田設(shè)備及管道腐蝕的主要類型。三、油氣管道的腐蝕機理193）細菌腐蝕（硫酸鹽還原菌腐蝕導(dǎo)致） 當(dāng)土壤中含有硫酸鹽時, 在缺氧的情況下, 一種厭氧性細菌-硫酸鹽還原菌就會繁殖起來, 在它們的生活過程中需要氫或某些還原物質(zhì), 將硫酸鹽還原

16、成為硫化物, 利用反應(yīng)的能量來繁殖。硫化物與鋼管表面形成的氫膜相互作用, 消耗了氫膜而使更多的鐵從鋼管溶解下來。細菌本身并不侵蝕鋼管, 但隨著它們的生長繁殖, 消耗了有機質(zhì), 最終構(gòu)成管道嚴(yán)重腐蝕的化學(xué)環(huán)境而腐蝕管道。 三、油氣管道的腐蝕機理案例： 在2004年4月，在伊朗北部傳輸石油產(chǎn)品的API5L X52管線管發(fā)生破裂，導(dǎo)致油氣泄漏。對腐蝕的原因進行了研究發(fā)現(xiàn)，除了SCC外，SRB微生物的參與在微觀結(jié)構(gòu)上對SCC在裂紋擴展中起到了重要作用，從而加強管道點蝕和裂紋萌生過程。20 （1）水及其中的溶解物。干燥的氣體不易和鋼發(fā)生直接的化學(xué)腐蝕反應(yīng)，而是通過凝結(jié)水膜，在有害氣體如H2S、SO2、C

17、O2 、O2等的作用下，形成了腐蝕原電池的反應(yīng)。在中性或微酸性溶液中，溶解氧是促進腐蝕的有害成分，即使是在氧濃度很低的情況下，也能引起嚴(yán)重的腐蝕。 （2）微生物。與腐蝕有關(guān)的微生物主要是細菌類，其中最主要的是直接參與自然界S、Fe循環(huán)的細菌，即硫氧化細菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌等。腐蝕往往是多種微生物共生、交互作用的結(jié)果。三、油氣管道的腐蝕機理 3. 影響管道腐蝕的因素21四、油氣管道腐蝕檢測技術(shù)管道檢測技術(shù)主要包括內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)和外腐蝕檢測技術(shù)兩種：1. 內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)主要是針對管道內(nèi)壁幾何形狀（如壁厚的腐蝕減薄、橢圓度、彎曲、環(huán)焊縫等）的變化來進行測量和分析的，其主要包括漏磁通

18、法、超聲波法、渦流檢測法和激光檢測法等。其中使用較為廣泛是漏磁通法和超聲波檢測法。2. 外腐蝕檢測技術(shù)外腐蝕檢測技術(shù)是對陰極保護進行檢測，通過檢測出的參數(shù)來判斷管道防護層的損壞程度，從而可對管道受腐蝕的情況進行了解。如：RD400-PCM檢測法22四、油氣管道腐蝕檢測技術(shù)基本原理如圖1：鋼管中因腐蝕而產(chǎn)生缺陷處的磁導(dǎo)率遠小于鋼管的磁導(dǎo)率；鋼管在外加磁場作用下被磁化，當(dāng)鋼管中無缺陷時，磁力線絕大部分通過鋼管，此時磁力線均勻分布；當(dāng)鋼管內(nèi)部有缺陷時，磁力線發(fā)生彎曲，并且有一部分磁力線泄漏出鋼管表面，檢測被磁化鋼管表面逸出的漏磁通，就可判斷缺陷是否存在，通過分析磁敏傳感器的測量結(jié)果，即可得到缺陷的有

19、關(guān)信息。優(yōu)點：適用于中小型管道的細小缺陷檢測，操作簡單、檢測速度快、檢測費用較低，對管道輸送的介質(zhì)不敏感，可以進行油氣水多相流管道的腐蝕檢測，可以覆蓋管道的整個圓周。缺點：容易產(chǎn)生虛假信號，檢測靈敏度低。不能檢測軸向缺陷。23Reference:石永春,劉劍鋒,王文娟,管道內(nèi)檢測技術(shù)及發(fā)展趨勢. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2006, 32 (8) : 46 - 48.四、油氣管道腐蝕檢測技術(shù)超聲波檢測是用靈敏的儀器接收和處理采集到的聲發(fā)射信號，通過對聲發(fā)射源特征參數(shù)的分析和研究，推斷出材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部活動缺陷的位置、狀態(tài)變化程度和發(fā)展趨勢?；驹砣鐖D2所示。該方法是利用超聲波的脈沖反射原理來測量管壁腐

20、蝕后的厚度，檢測時將探頭垂直向管道內(nèi)壁發(fā)射超聲脈沖，探頭首先接受到由管壁內(nèi)表面的反射脈沖,然后超聲探頭又會接受到來自管壁外表面的反射脈沖，這兩個反射脈沖之間的間距反映了管壁的厚度。優(yōu)點：測量精度高,被測對象范圍廣、檢測數(shù)據(jù)簡單，適用于大直徑、厚管壁管道的檢測；能夠準(zhǔn)確檢測出管道的應(yīng)力腐蝕破裂和管壁內(nèi)的缺陷如夾雜等。因此超聲檢測技術(shù)是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻度最高且發(fā)展最快的一種無損檢測技術(shù)。24Reference:石永春,劉劍鋒,王文娟,管道內(nèi)檢測技術(shù)及發(fā)展趨勢. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2006, 32 (8) : 46 - 48.中國特種設(shè)備檢測研究院（CSEI)壓力管道事業(yè)部順利完成中石化茂名

21、石化分公司某輸油管線變形及腐蝕內(nèi)檢測工作，取得階段性成果。腐蝕檢測器發(fā)球Reference:/contentNews.asp?id=8492&cid=83四、油氣管道的檢測技術(shù)25四、油氣管道的檢測技術(shù)長距離管線只能選用RD400-PCM（脈碼調(diào)制）進行探測。RD-400PCM是根據(jù)多頻管中電流技術(shù)原理設(shè)計的管道外防腐層狀況檢測儀，能在非開挖的狀況下輕松對埋地管道外防腐層破損狀況進行評估和定位，以及測量管道的埋深。261.藥劑防腐技術(shù)（1）加殺菌劑 此方法成本低，效果較好，既可在單井井口加，也可以在管道系統(tǒng)內(nèi)加。在一些以SRB 腐蝕為主的油套管內(nèi)，加殺菌劑可有效防腐。（2）加緩蝕劑 加緩蝕劑是減少腐蝕的主要方法之一，大部分緩蝕劑具有成本低、性能穩(wěn)定、功能性強、效果明顯的特點。2.表面處理技術(shù) 良好的基層是防腐工程的基本保證，長期生產(chǎn)實踐證明：除銹質(zhì)量好的比除銹質(zhì)量差的或未經(jīng)除銹處理的防腐