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油氣管道的腐蝕與防護技術研究

文檔作者：陳星找，鄭云萍，李蕾，葛騰澤，于倩秀文檔來源：西南石油大學		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年04月29日
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上一篇：油氣管道的雜散電流腐蝕與防護

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2010焦
第2期
管 技 術
Pipeline Technique
5 設 各
and Equipment
2010
No．2
油氣管道的腐蝕與防護技術研究
陳星找，鄭云萍，李 蕾，葛騰澤，于倩秀
(西南石油大學，四川成都610500)
摘要：國內大多數(shù)油田在開采過程中，油井伴生氣通常含有成分不等的CO：、H S等腐蝕性氣體，同
時由于油氣集輸系統(tǒng)也不可能完全密閉，造成大氣中的0：等腐蝕性氣體進入油氣生產系統(tǒng)，因此油氣
生產系統(tǒng)存在的腐蝕類型多種多樣。針對油氣管道的腐蝕現(xiàn)狀，簡要綜述了CO 腐蝕、H S腐蝕、氧腐
蝕機理及其影響因素。并在此基礎上介紹了陰極保護技術、耐蝕材料防腐技術、工程防腐技術、化學防
腐技術等幾種國內外常用的防腐措施。
關鍵詞：管道腐蝕；腐蝕機理；影響因素；防腐措施
中圖分類號：TE988．2 文獻標識碼：A 文章編號：1004—9614(2010)02—0049—03
Study of the Corrosion and Protection Technology
of Oil and Gas Pipeline
CHEN Xing—yi，ZHENG Yun-ping，LI Lei，GE Teng—ze，YU Qian-xiu
(Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China)
Abstract：In the majority of oil fields in our country，during the process of exploitation，the associated gas of oil wells usual—
ly contains CO2，H2 S and other corrosive gases with different ingredients．At the same time，because the oil and gas gathering
and transportation system cannot be completely sealed，O2 and other corrosive gases in the atmosphere can enter the oil and gas
production system，resulting in a wide variety of corrosion concerning the oil an d gas production systems．On account of the pres—
ent corosion situation about oil and gas pipelines，this paper is intended to give a brief overview of the CO2 corosion，H2S corro—
sion，oxygen corosion mechanism with their influential factors，and on this basis it further introduces a negative pole protection
technology，a corosion resistance materials anti—corrosion technology ，an engineering anti—corosion technology ，a chemical an ti—
corosion technology ，as well as several commonly used anti—corrosion measures adopted at home and abroad．
Key words：pipeline corosion；corosion mechanism；influential factor；anti—corrosive measure
1 CO2腐蝕
關于CO 腐蝕機理方面的研究工作較多，據(jù)文獻
資料介紹 ，cO：腐蝕遵循以下機理。
1．1 陽極反應機理
Fe+0H一— FeOH +e
FeOH —— Fe0H +e
FeOH —__÷Fe +OH一
1．2 陰極反應機理
(1)非催化的氫離子陰極還原反應：
當pH<4時：
H30 +e—_一十H d+H2O
H2CO3 H +HC03-
HCO3-— }H +CO：一
收稿日期：2009—03—17 收修改稿日期：2009—10—29
當4<6時：>6時：
2HCO3-+2e H2+2C0i一
(2)表面吸附CO 的氫離子催化還原反應：
CO2 。l—— C02 d
CO2 d+H20— —斗H2CO38d
H2CO3 d+e— —斗H d+HCO3-ad
H2CO3ad+H2O—— }H3O +HC03-
H30 +e H d+H20
HC03~d+H30 —— H2CO3ad+H20
總的腐蝕反應為：Fe+CO2+H20— FeCO3+H2
影響c0 腐蝕的因素很多 I5 ，主要因素包括溫
度、流速、金屬材質、CO：分壓、介質組成、合金元素、
pH值、保護膜、管材的熱處理及顯微組織等。它們相
50 Pipeline Technique and Equipment Mar．2010
互影響，引起鋼的高速腐蝕和嚴重的局部腐蝕穿
孔。
2 H：S腐蝕
2．1 陽極反應機理
Iofa_6 等認為，H：s在鐵的表面形成了離子或偶極
子化合物，而且它的負極指向溶液，因此，H s溶液中
的腐蝕陽極反應為：
Fe+H2S+H20— —}FeSH +H30
FeSH(一ad )— _÷FesH )+2e
Shoesmith 等認為，繼FeSH(-．d81轉化為FeSH(+ds]
后，在少部分酸性溶液中，F(xiàn)eSH(+㈦可直接轉化為FeS；
而在大多數(shù)酸性溶液中，將轉化為Fe 和H：s，即：
FeSH(＼as~—__+Fes+H
FeSH[~d 1+H2O———}Fe +H2s+OH一
而Schmitt認為，在H2S濃度大于200 ppm(1 ppm
=10 )，并且T>40℃ 時，F(xiàn)eSH<+~ds1可形成富鐵硫化
物FeS1一 ；當H2S濃度小于200 ppm，T<40 oC，并且
c0：濃度不高時，F(xiàn)eSH(+．ds1可形成富硫硫化物FeS
2．2 陰極反應機理
H：s溶于水后發(fā)生二級水解：
H2S+H2O H3O +SH—
SH 一+H2O H3O +S 一
溶液中存在H S、SH一和H ，Ewing認為無氧環(huán)
境中的陰極還原反應來源于H 的還原反應。
Bolmer 認為在H S環(huán)境中，陰極反應機理為
2H2S+2e H2+2SH一
該反應由H S擴散和H：析出過電位控制，而
Schmitt認為腐蝕速率比僅由pH引起的陰極反應高，
因此H S、HS一和H 都參與了陰極反應：
2H2S+2e H2+2SH一
2HS一+2e S 一+H2
2H +2e H2
H s腐蝕受到眾多因素的影響 ，主要可分為
兩類：環(huán)境因素，如水的含量、溫度、H s濃度、pH值
等；材料因素，管材的化學成分、管材熱處理和顯微組
織、管材的強度和硬度、材料表面狀態(tài)等。
3 氧腐蝕
在含有氧氣的溶液中，電極表面將發(fā)生氧化還原
反應，其反應機理十分復雜，通常有中間態(tài)粒子或氧
化物形成，不同的溶液中其反應機理也不一樣 。
在酸性溶液中，氧化還原的總反應為
O，+4H +4e— —+2H，O
其可能的反應機制由下列步驟組成：
O2+e O
O2一十H HO2
HO2+e— HO
HO2一+H H2O2
H2O2+H +e—— H2O +HO
HO +H +e H2O
在中性或堿性溶液中，氧還原的總反應為
02+2H2O+4e 0H一
其反應機制為
O2+e O
02-+H2O+e— —+HO +OH—
HO2-+H2O +2e 3OH一
以氧氣的還原反應為陰極過程的腐蝕，叫做吸氧
腐蝕。與氫原子還原反應相比，氧還原反應可以在正
得多的電位下進行。大多數(shù)金屬在中性或堿性溶液
中，以及少數(shù)電位較正的金屬在含氧氣的弱酸中的腐
蝕都屬于吸氧腐蝕或氧去極化腐蝕。
在油氣管道中，氧的去極化腐蝕反應為
在陽極：Fe叫Fe +2e
去極化：O2+2H2O+4e OH—
Fe +2OH一 Fe(OH)2
腐蝕產物：4Fe(OH) -4-O2+2H2O Fe(OH)3
總反應式：4Fe+302+6H2O Fe(OH)3
4 常用防腐技術
4．1 陰極保護技術
陰極保護的主要原理¨ 是把整個金屬表面轉
化成陰極，就是將足夠的外加電流通向被保護的設
備，這樣就不會有電流從金屬表面流出。陰極保護有
兩種方法：犧牲陽極法和強制電流保護法。
犧牲陽極法將被保護金屬和一種可以提供保護
電流的金屬或合金(即犧牲陽極)相連，使被保護體極
化以降低腐蝕速率。
強制電流保護法將被保護金屬與外加電源負極
相連，由外部電源提供保護電流，以降低腐蝕速率。
采用陰極保護時，必須有足夠的電流流向陽極部
位，才可抵消自然腐蝕電流。同時，還應注意防止電
流過大使涂層脫落。
4．2 耐蝕材料防腐技術
耐腐蝕性管材品種繁多，根據(jù)輸送介質、環(huán)境要
求，在管材設計中選擇合適的材質，能夠比較有效地
抑制腐蝕的發(fā)生。耐蝕材料除有價格昂貴的鈦合金、
鍺合金之外，大量的高分子應用技術及其復合耐蝕材
第2期 陳星找等：油氣管道的腐蝕與防護技術研究 51
料得到了較大的發(fā)展。如采用玻纖增強丙烯(FR—
PP)、工程級聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPP)等高
分子作為復合管內壁防腐塑料管材的鋼塑復合管，鋁塑
復合管；玻璃纖維增強塑料制成的熱塑性玻璃鋼
(FRTP)和熱固性玻璃鋼(FRP)等。另外，還有其他類
型的復合管，如襯管采用耐合金材料(普通或特種不銹
鋼管，鈦鋁、銅合金管)管材，基管采用碳鋼或其他合金
鋼管生產的雙金屬復合管，襯管采用不銹鋼管。K級抽
油桿可用于輕、中負荷油井，并具有較好的耐蝕性能。
4．3 工程防腐技術
工程防腐技術是利用附著在金屬表面的各種性
能的覆蓋層將腐蝕性介質與金屬材料隔離，達到減緩
腐蝕的目的。該技術特點是采用一種專用涂料均勻
覆蓋于金屬表面，將金屬與腐蝕介質隔開，達到保護
金屬的目的。
目前，油田涂層防腐技術主要用于金屬容器內腐
蝕防護，一般采用涂層和電化學聯(lián)合防護法。涂層能
夠有效地解決單一犧牲陽極保護消耗量大的問題，而
涂層和電化學犧牲陽極的合理應用不僅可以解決涂
層針孔出現(xiàn)的局部腐蝕問題，也解決了容器內構件的
腐蝕問題。中原油田金屬容器(100 m 以上)90％ 以
上都采用該技術，并且取得了較好的防護效果。
4．4 化學防腐技術
在油氣集輸系統(tǒng)中，除了上述防腐措施外，還采
用化學藥劑防護技術，主要是添加合適的緩蝕劑、殺
菌劑及阻垢劑等。
緩蝕劑是一種當它以適當?shù)臐舛群托问酱嬖谟?
介質(環(huán)境)時，可以防止或減緩腐蝕的化學物質或復
合物質。按緩蝕劑的作用機理劃分¨ ，可分為陽極
型、陰極型和混合型等類型。按緩蝕劑所形成的保護
膜特征劃分，可分為氧化膜型、沉淀膜型和吸附膜型3
種類型。
緩蝕劑有兩種注入方式：間歇式注入方式、連續(xù)
式注入方式。此外，為充分發(fā)揮各類藥劑效果，應定
期對系統(tǒng)進行清洗，清洗設備表面的沉積物和污垢，
使緩蝕劑與腐蝕點充分接觸，保證緩蝕效果。
5 結束語
油氣田生產系統(tǒng)中，管道腐蝕問題倍受重視。尤
其是輸油管道CO 腐蝕、H：S腐蝕、氧腐蝕嚴重，其影
響因素也相當復雜。在現(xiàn)有的油氣管道防腐措施中，
每一種措施都有其相應的應用范圍和適用條件，針對
產生腐蝕的原因做出全面具體分析，設計全面有效的
防腐方案，從而有效地延緩管道的腐蝕，做到既能保
證安全運行，又不浪費材料。
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作者簡介：陳星卡弋(1986一)，在讀碩士，研究方向為油氣管道
腐蝕與防護。

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