第四章 概述

腐蝕造成的洩漏和爆裂事故往往給石油天然氣工業特別是油氣田和輸送管道造成重大經濟損失、災難性事故和環境汙染。中國腐蝕與防護學會、中國石油學會和中國化工學會聯合調查資料表明，對於各行各業來說，腐蝕造成的損失平均約佔國民生產總值3%，但對於石油與石化行業尤其嚴重，約佔產值的6%左右。

從國際上看，每年都有大量的油氣管道爆破及洩漏事故，由腐蝕造成的損失觸目驚心。例如2000年8月，美國EIPaso天然氣公司在新墨西哥州Carlsbad附近的天然氣管道發生斷裂，導致附近12名露營者死亡，燃燒的大火柱達50m高，這起天然氣管道事故曾被美國和國際媒體大量報道，引起了人們對管道安全的關注。美國運輸安全委員會（NTSB）對事故進行了分析調查，事故原因分析表明，由於嚴重的內腐蝕使得管壁厚度減薄到不能承受管內壓力，導致管道發生斷裂。2005年，執行14年的Fairway油氣田發生由管道內部腐蝕造成的洩漏事故，蝕坑孔徑長達10mm。2006年，英國石油（BP）公司在阿拉斯加州北部普拉德霍海灣地區發生重大石油洩漏事故，約有26。7萬加侖原油從輸油管中洩漏並汙染了附近約2英畝的苔原地帶，BP公司因此支付鉅額賠償。調查發現，這次事故是由於石油原油管道的腐蝕穿孔造成的。

1971年5月～1986年2月，四川天然氣管網因腐蝕導致爆炸燃燒事故83次。其中第一次事故就造成24人傷亡。1980年以後，透過加註緩蝕劑、加強清管等措施較有效控制了管道的內腐蝕，管道事故率有所下降，但20世紀90年代川渝地區輸氣管道的平均事故率仍達到了2。3次/（1000km·a）。1991年1月25日，川東油田H2S腐蝕造成井噴，死亡2人，受傷7人。腐蝕還破壞水資源、損害生態環境和造成資源浪費。

我國從20世紀90年代起，一直不斷加大對石油天然氣的勘探力度，先後在鄂爾多斯、塔里木、四川等盆地發現很多油氣田，並不斷拓展海水油氣田開發和海外油氣田開發。近幾年我國開發的羅家寨、普光、渡口河、龍崗等氣田都屬於高含硫、高含二氧化碳（CO2）的高酸性氣田，相繼發現了油管腐蝕穿孔或斷落等現象，嚴重影響到了生產安全。根據不完全統計，20世紀90年代在川東氣田修井作業中，有80%左右均與油管的腐蝕有關；生產油管1～2年中就會發生腐蝕破壞，其中最短的還不到10個月。

近年來，隨著我國油氣田深度開發和油氣管道建設飛速發展，油氣井、集輸管線和長輸管線的腐蝕問題日益突出，給腐蝕控制工作帶來極大挑戰，同時也要求更多專業技術人員充分了解石油天然氣工業中的腐蝕特點，透過不斷的技術進步和應用實踐，減輕或避免腐蝕帶來的危害。

1。1油氣工業的生產流程

油氣工業的生產大體包括油氣開採、油氣集輸和油氣儲運等過程。

油氣開採的任務是透過一系列可作用於油藏的工程技術措施，使油、氣由儲層暢流進入井筒，並高效率地將其舉升到地面進行分離和計量，其目標是經濟有效地提高油氣井產量和油氣採收率。採油工程系統有兩大組成部分：一是具有一定儲存和流動特性的孔隙或裂縫介質系統，即油藏；二是人工建造系統，包括井底、井筒、井口裝置、採油裝置、注水裝置以及地面集輸、分離和儲存裝置等。在油氣開採中，往往是油中含氣（伴生氣），或氣中含油，所以氣田開採工藝一般包括油的生產工藝。

在油田，將各油井生產出來的原油、天然氣等混合物進行收集、儲運、分離、淨化的各種工藝裝置和管路連線起來的完整系統稱為油氣集輸流程，簡稱集輸流程。

油井產出的多相混合物經單井管線（或經計量後的混輸管線）混輸至集中處理站（集中處理站也稱為油氣集輸聯合站），在聯合站內首先進行氣液的分離，然後對分離後得到的液相進一步進行油水分離，通常稱原油脫水；脫水後的原油在站內再進行穩定處理，穩定後的原油輸至礦場油庫暫時儲存或直接輸至長輸管道的首站；在穩定過程中得到的石油氣送至輕烴回收裝置進一步處理；從油水混合物中脫出的含油汙水及泥砂等，進入聯合站內的汙水處理站進行除油、除雜質、脫氧、防腐等一系列處理，使之達到油田地層回注或環境保護要求的質量標準，再根據需要，回注地層或外排；對從氣液分離過程中得到的天然氣（通常稱為油田伴生氣或油田氣），進行乾燥、脫硫等淨化處理後，再進行輕烴回收處理，將其分割為甲烷含量90%以上的幹氣和液化石油氣、輕質油等輕烴產品，其中幹氣輸至輸氣管道的首站，液化石油氣和輕質油等輕烴產品可直接外銷。

油氣儲運，簡單講就是油氣的儲存和輸運兩個過程。就是將油田各油井生產的原油和油田氣進行收集、處理，將符合外輸標準的原油儲存、計量後分別輸送至礦場、油庫或外輸站的過程。為了保證油田均衡、安全地生產，外輸站或礦場油庫必須有滿足一定儲存週期的油罐。儲油罐的數量和總容量應根據油田產量、工藝要求確定。管道輸送是用油泵將原油從外輸站直接向外輸送，具有輸油成本低、密閉連續執行等優點，是最主要的原油外輸方法。

天然氣儲運的流程包括：井場—集氣站—淨化廠（增壓站）—配氣站（首站—長輸管線的穿跨越、中間泵站等）—終點（門站）—使用者（居民、化工廠等）。目前，天然氣儲存技術主要包括液化天然氣（LNG）儲氣、地下儲氣庫（UNGS）儲氣、水合物（NGH）儲氣、吸附天然氣（ANG）儲氣和近臨界流體（NCF）儲氣。

石油儲運的流程包括：油田原油開採→（管）運輸（罐）儲集→預處理（脫水、輕烴回收）→罐儲→（管、船）運→中轉站（油庫）→煉油廠→產品罐儲→（管、船、火車、汽車）運→中轉站（油庫）→加油站→銷售、使用。原油從油井（自噴或抽油機井）經集油管線輸至集油站，在集油站進行適當的油氣分離、計量、增壓、加熱。由管道（油氣混輸或油氣分輸）輸至集油總站對原油進行輕烴回收、原油穩定、含油汙水處理、氣體脫水、脫CO2和脫硫等綜合處理。經處理質量合格後的原油，進入首站（或原油庫），由長輸管線輸至煉油廠或碼頭。

1。2油氣設施腐蝕失效形式

根據腐蝕失效的形式和腐蝕形貌，可以將導致油氣管道與設施失效的腐蝕型別分為全面腐蝕、區域性腐蝕和環境敏感斷裂。目前，油氣管道與設施的主要材料為碳鋼、低合金鋼和不鏽鋼及耐蝕合金。全面腐蝕和區域性腐蝕引起的失效主要發生於碳鋼和低合金鋼材料，而區域性腐蝕環境敏感斷裂引起的失效多發生於不鏽鋼。

油氣管道設施的腐蝕在宏觀上還可以分為內腐蝕和外腐蝕，內腐蝕主要是管體內部由於輸送的油氣水多相流動介質所導致的腐蝕，外腐蝕主要是管體外部遭受的土壤、地下水和微生物引起的腐蝕。油氣管材的腐蝕問題由於其接觸介質的多樣性，腐蝕形式複雜，往往給工程技術人員帶來諸多困惑。

為了能夠更好地使工程技術人員從不同層次瞭解腐蝕問題，本書後面的章節分別從油氣工業的腐蝕環境特點、腐蝕發生發展的不同層次，以及具體的腐蝕型別及其機理等方面介紹油氣工業典型的腐蝕問題，既包括人們熟知的CO2腐蝕、H2S腐蝕，也包括與管道執行相關的垢下腐蝕和頂部腐蝕，還包括環境敏感斷裂的多種形式。

1。3油氣設施腐蝕控制措施

由於石油管的腐蝕對石油工業造成了重大的損失，人們開發了許多防腐蝕措施來防止或減弱石油管的腐蝕。根據美國腐蝕工程師協會（NACE）管道腐蝕完整性培訓課程的建議，通常歸為六種主要的腐蝕控制方法，即材料選擇、保護塗層、陰極保護、電絕緣、環境控制、防腐設計。這些控制方法通常要聯合使用以達到預期的協同作用水平。例如，使用保護性塗層以儘量減少陰極保護的電流需求；在陰極保護中作為犧牲陽極的鋅，用於保護性塗層的新增劑；鈍化型緩蝕劑和耐蝕合金一起使用；在使用化學處理的管道內定期使用清管器以控制管道內部環境。

（1）材料選擇

腐蝕控制的材料選擇是一項複雜的經濟和技術決策，其中要考慮油氣工程整個壽命週期內的成本、施工實踐和操作程式。針對特定的應用場合選擇特定的材料很重要，選擇合適的加工方法（如焊接或塗鍍）也很重要。正確選擇對長期腐蝕控制和維持資本支出與運營支出之間的最佳平衡至關重要，這將最大限度地提高管道的完整性和執行安全。腐蝕裕量的使用是對選材中經濟考慮和技術考慮之間相互作用的最簡單示例。

一般的，預期壽命較長的管道通常傾向於選擇較昂貴的耐蝕合金（CRA），這大大降低了運營成本。龐大的管道系統則傾向於使用較便宜的材料但運營成本會很高，其中包括使用額外的腐蝕控制方法如化學處理、塗層、陰極保護。

針對特定應用的耐腐蝕材料選擇取決於預期的服役條件。例如，金屬材料在H2S介質存在開裂敏感性，選材取決於溫度、H2S分壓、原位pH值、氯離子含量、元素硫、溫度、應力以及與液態水相接觸的時長等諸多因素。這都是油氣工業腐蝕控制選材經常面臨的工作。

（2）保護塗層

（溫馨提示：全文小說可點選文末卡片閱讀）

很多情況下，最實用、最直接的腐蝕控制方法就是用合適的保護塗層塗覆管道表面。塗層是腐蝕控制的第一道防線。用於腐蝕控制的塗層可主要分為犧牲性塗層、緩蝕性塗層、導電性塗層、阻隔性塗層等。既包括金屬鍍層或包覆層、堆焊層，又包括非金屬的塗層、襯裡等。

（3）陰極保護

陰極保護對透過腐蝕控制維護管道完整性是十分重要的。陰極保護（CP）控制腐蝕，首先透過消除被腐蝕金屬結構的陽極和陰極之間的電位差，其次透過在陰極保護系統的陽極和被腐蝕金屬結構之間形成一個負電位差從而使被腐蝕結構成為新的電化學電池的陰極。本質上，陰極保護是透過使表面變為陰極從而控制金屬腐蝕的技術。

（4）電氣絕緣

當管道結構容易受到電偶腐蝕或交直流乾擾電流腐蝕的影響時，腐蝕控制的切實可行方法是確保結構的電氣隔離。管線系統設計應避免在直接接觸或穿過同一電解質的位置使用異種金屬。在使用異種金屬的情況下，需要採用電氣隔離手段來阻斷金屬電連續性以防止或顯著降低電偶腐蝕。

雜散電流並非同一結構的陽極和陰極之間的電偶腐蝕電流。流經正常電路之外的電通路的電流可歸為雜散電流，包括靜態電流或動態電流，交流電流或直流電流。雜散電流造成大多數金屬的嚴重腐蝕。雜散電流腐蝕可能是由系統造成，如電力系統、鐵路系統、電接地、鄰近埋地管道陰極保護系統、採礦作業、焊接作業等。如果不加以控制，雜散電流可能會很快地破壞結構或者造成潛在的災難性後果。

（5）環境控制

石油天然氣勘探和生產系統中的環境儘管具有腐蝕性，但仍可以透過環境或介質調節控制腐蝕。環境控制變數包括壓力、溫度、流體動力學、管道應力狀態等管道內部和外部環境條件。如脫水和除氧等處理的目的就是透過改變介質腐蝕性環境進而影響腐蝕，還包括化學處理、調整環境的導電性、調節pH，或者確保環境與潛在的腐蝕因素“隔絕”等方式。地床和回填也是改變埋地管道環境的例子，可以保護管道塗層並且最大限度地減少潛在的安裝應力。

使用緩蝕劑、除氧劑和殺菌劑等化學處理也是在石油天然氣開發生產中重要的環境控制方法。為了有效地控制微生物腐蝕，殺菌劑一般針對微生物的原始來源而非整個系統。應確定所有液體的來源以檢測細菌的存在並確定是否有可能出現腐蝕。化學藥劑可按批次使用或連續使用，要根據型別選擇應用方法。

水作為連續液體相存在才會引起嚴重的腐蝕。水蒸氣自身因其不是電解質而不造成腐蝕，但在蒸汽相形成凝結水的地方，假如存在其他環境條件就可能發生腐蝕。因此去除天然氣中的水蒸氣是透過環境控制實現腐蝕控制的一種可行方法。

清管也是改變管道內部環境的有效方法，清管一般採用清管器清除管道中積水、殘渣、汙泥和其他固體沉澱物。管道的內腐蝕通常與水有關，天然氣和凝析油管道容易受冷凝水積液和因操作擾動造成攜帶水分的影響，導致管道內部出現積水。同時管道內部累積的水和固體沉積也可能引起垢下腐蝕並且創造一個對區域性腐蝕有利的環境，包括微生物腐蝕，因此及時對管道進行清管作業也是重要的環境控制方法。

管道的製造、運輸、安裝和作業所產生的應力與惡劣的環境結合能夠引起應力腐蝕或環境敏感斷裂。透過科學選材、合理設計和最佳化焊接方法以減少殘餘應力，是控制硫化物應力腐蝕開裂的重要途徑。還應透過消除可能積聚氯化物的縫隙，來避免發生氯化物應力腐蝕開裂。因此，環境應力控制和減弱環境敏感斷裂的敏感環境條件，也是環境控制的重要手段之一。

（6）防腐蝕設計

設計是控制腐蝕的一種基本途徑。有效利用設計達到最大效果的例項包括工藝佈置設計、塗層設計、腐蝕監測設計、化學處理方法設計、有效清管作業設計，分水器、滴水槽、盲管段、截止管段的管道設計，以及流體動力學設計。透過設計也可以實現沉積物控制、除氧和微生物控制。

在管道設計中，應避免出現縫隙和不準確對接，因為這可能造成縫隙腐蝕。在一些設計中如搭接接頭設計，縫隙是固有的，應當對其進行妥善密封。為完全避免留下縫隙，可以使用彈性墊圈或使用壽命較長的密封劑。為避免溼氣進入縫隙也要求進行合理設計。假如溼氣積累不可避免，設計要力求為縫隙提供完備的排水體系。設施的有效排水對防止流體滯留在縫隙內至關重要，必須對此類區域進行定期檢查和徹底清潔。

在任何生產現場都不可避免會存在盲管段、截止管線、排水管道和滴水槽。這些管段的特點是其停滯或間歇流動的狀況，在這種狀況下腐蝕會蔓延但卻不容易被發現，從而危及管道完整性。避免流體停滯的恰當設計再加上監測可以改變這種狀況。另一種選擇就是透過設計盲管段和滴水槽以便更容易地對其進行檢查和清潔。

參考文獻

白新德。材料腐蝕與控制。北京：清華大學出版社，2005。

羅鵬，張一玲，蔡陪陪等。長輸天然氣管道內腐蝕事故調查分析與對策。石油與天然氣，2010，6。

SergioKapusta，DamodaranRaghu。ManagingCorrosioninSourGasSystems：Testing，Design，ImplementationandFieldExperience。NACECorrosion，2008，PaperNo。09641。

常宏崗，羅勤等。天然氣氣質管理與能量計量。北京：石油工業出版社，2008。

李臣生，趙斌，褚躍民等。硫化氫對氣田鋼材的腐蝕影響及防治。斷塊油氣田，2008，15（4）：126-128。

潘敏。高酸性氣田集輸系統的綜合防腐。集輸處理，2012，31（1）：40-41。

劉繪新，蘇永平。川東氣田油管腐蝕現象的基本特徵。天然氣工業，2000，20（5）：77-79。

油氣工業的腐蝕與控制

路民旭，張雷，杜豔霞

科技

免費閱讀

（點選上方卡片可閱讀全文哦↑↑↑）

感謝大家的閱讀，如果感覺小編推薦的書符合你的口味，歡迎給我們評論留言哦！

想了解更多精彩內容，關注小編為你持續推薦！