管道石油天然气腐蚀防护的相关技术研究进展.pdf
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1、第 5 0卷第 1 期 2 0 1 3年 2月 化工设置与管道 P R O C E S S E Q U I P ME NT&P I P I NG V_0 1 5 0 No 1 Fe b 2 0 1 3 管 道 与 管 件 管道石油天然气腐蚀防护的相关技术研究进展 何仁洋 ,唐鑫 ,赵雄 ,裴廷刚 ( 1 中国特种设备检测研究院压力管道事业部 ,北京1 0 0 0 1 3 ;2 中石油塔里木油田公司,新疆 库尔勒8 4 1 0 0 0 ) 摘要:腐蚀是影响石油天然气管道可靠性和使 用寿命的关键 因素之一。近年来,石油天然气集输和长输 管道建设发展迅速,输送介质成分复杂、腐蚀性强,致使 管道腐蚀
2、问题 日益 突出。针对石油天然气长输 管道和集榆管道 内腐蚀和外腐蚀的特点 ,总结了相 关腐蚀防护技 术,并介 绍了腐蚀防护检测监测技术的 研 究进 展及 应 用现状 。 关键词:石油天然气管道;腐蚀防护 ;内腐蚀 ;外腐蚀 ;检测;监测 中图分类号:T Q 0 5 0 9 ;T H 1 7 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9 3 2 8 1 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 5 3 0 0 3 石油天然气管道简称油气管道,是我国国家公 共安全的重要组成部分,是我国特种设备八大类产品 之一,是国民经济建设的重要基础设备和人民生活的 重要基础设施,在国民经济中占有极为重要的战略地 位
3、,被称为国家重大生命线。据统计,我国现有油气 长输管道约 1 0 k m,集输管道约 3 0 1 0 k m。近几 年国内将处于管道建设的高峰期, 至 “ 十二五”末期 , 我国油气长输管道总长度将达到 1 5 1 0 k m。 目前,我国油气 田的开发条件已 日益苛刻,川 渝气 田、大庆气田、塔里木油田和长庆油田等多处油 气 田开采出的石油天然气中腐蚀性介质的含量大大 增加。在含水情况下,H S 、C O : 等腐蚀性介质将致 集输管道和长输管道首段面临更加严重的腐蚀形势。 例如,川东北地区发现的气 田群所储藏的天然气 中 H2 s含 量 为 8 8 1 7 1 ,C O 2 含量 为 0
4、5 1 0 4 。 大庆油 田原油综合含水率达到 9 0 以上。塔里木油 田地表多为盐浸土,地下水和油田采出水为苦咸水, 具有高矿化度, c 1 一 、 F e 、 C O : 含量高, p H值低等特点, 对金属的腐蚀性很强。 鉴于管道业的迅猛发展以及管道输送面临的严 重腐蚀形势,管道安全成为首要问题,而恰当的管道 防腐措施和可靠的防腐质量是保证管道安全的基础。 因此 ,对于石油天然气管道,采取有效的腐蚀防护控 制技术和腐蚀防护检测监测技术,十分紧迫。 1 油气管道腐蚀防护技术综述 石油天然气长输和集输管道的腐蚀形式可分为内 腐蚀和外腐蚀。针对石油天然气管道内腐蚀的机理和 特 ,目 前主要采
5、用加注缓蚀剂 、采用内涂层 。 或 内衬管等方法,或是将几种防护技术有机结合。外腐 蚀主要采用防腐层与阴极保护系统联合作用。 1 1 内防腐技术 1 1 1 缓蚀剂技术 石油天然气管道防腐用缓蚀剂 的主要类别有: 咪唑啉类、胺类 ( 包括胺、亚胺、季胺、胺酰等 ) 、 有机磷酸盐类、吗啉类、炔醇类等等。这些缓蚀剂的 共 同特点是其分子 的基本化学结构是由极性基与非 极性基所组成 。 1 1 2内涂层技术 经过几十年的应用发展,管道 内涂层的涂料生 产和施工技术已日趋成熟,我国也开展了大量的管道 内涂层技术研究。但与国外相比,在涂料生产、涂覆 工艺、施工机具、施工标准规范和涂层质量检验等方 面还
6、存在一定的差距。目前,石油天然气管道防腐 蚀内涂层主要有环氧型、改进环氧型、环氧酚醛型、 聚氨酯型或尼龙等系列的涂层。 1 1 3 复合管技术 目前采用的复合管技术主要有玻璃钢内衬复合 管,双金属复合管和陶瓷内衬复合管道。玻璃钢内衬 复合管具有较好的防腐、防垢、 耐温、 抗蠕变等性能。 双金属复合管既大大提高了钢管的耐腐蚀性能,又保 留了钢管的机械强度。陶瓷内衬复合管具有 良好的耐 收稿日期:2 0 1 2 0 9 1 7 基金项目:“ 十_-2 i ”国家科技支撑计划课题 ( 2 0 1 I B A K 0 6 B 0 1 ) 。 作者简介:何仁洋 ( 1 9 7 O 一) ,男,重庆人,研
7、究员。研究方向 为压力管道完整性技术 。 化工设置与管道 第 5 0卷第 1 期 蚀、耐磨、耐高温及高强度等性能。 1 2 外 防腐技术 外防腐技术主要包括防腐层和阴极保护。目前, 国内外常用的防腐层主要有环氧粉末、煤焦油瓷漆、 聚乙烯、环氧煤沥青和石油沥青;阴极保护方法主要 有牺牲阳极 、外加电流和排流保护。 2 油气管道腐蚀防护检测监测技术应用现状1 1 油气管道腐蚀防护检测监测技术包括环境腐蚀 性检测、外防腐层检测、阴极保护效果检测、环境应 力腐蚀开裂检测、管道本体腐蚀检测以及管道变形监 测技术等。 2 1 环境腐蚀性检测 埋地油气管道的环境腐蚀主要包括土壤腐蚀和 杂散电流腐蚀。对于土壤
8、腐蚀性检测,主要集中于确 定土壤腐蚀性的单项评价参数及其测量手段和建立 各种管材的土壤腐蚀模式与规律;对于杂散电流腐蚀 性工程检测,通常采用管道对地电位的偏移量或管道 附近土壤中的电位梯度来判断杂散电流的影响。在 “ 十二五 ”期间,国家 “ 油气管道用高强钢寿命预测 关键技术研究”课题 ( 以下简称 8 6 3 课题) ,将开展 典型酸碱性土壤环境油气管道用高强钢腐蚀评价方 法研究和应力作用下高强钢油气管道直流杂散电流 腐蚀评价方法研究。 2 2 外防腐层不开挖检测评价 外防腐层的破坏主要有破损和剥离两种形式。 外防腐层破损检测技术相对成熟,不开挖检测的常 用技术包括交流电流衰减技术、密 间
9、隔电位测试 ( C I P S ) 、人体 电容 法 ( P e a r s o n ) 、直 流 电流 电压法 、 直流电位梯度法 ( D C VG)等。目前研究的重点在于 防腐层剥离的检测评价。 2 。 3 阴极保护系统检测评价 在阴极保护状况检测方面,主要包括管地 电位 测量和管道沿线电位分布。管地电位测量的关键在于 分析和消除 降误差,常用的方法是断电测量法和 近参比法。管道沿线阴极保护电位分布模式已有不少 国内外研究报道, 但相关理论尚需完善。在 “ 十二五” 期间,8 6 3 课题将开展不同土壤电阻率条件下油气管 道用高强钢外防腐层与阴极保护联合保护准则研究。 2 4 环境应力腐蚀
10、开裂评价 环境应力腐蚀开裂 ( S C C )事故具有突发性,是 灾害最大的腐蚀形态之一。对土壤环境,目前可确 定的 S C C有高 p H值 S C C和近中性 p H值 S C C两种。 它们的发生介质条件与实际土壤有关,国外采用不 同的模拟介质研究不同土壤环境下的 S C C ,已经建 立起一套适合国外土壤环境的标准方法体系。国内 在效仿国外研究思路的基础上做了一定量的 S C C研 究,但对适合我国土壤环境 S C C研究方面尚需完善。 在 “ 十二五”期间,8 6 3 课题将开展油气管道用高强 钢环境应力腐蚀寿命预测方法研究。 2 5 腐蚀防护系统综合评价 在腐蚀防护系统综合评价方面
11、,发达国家已建 立了遥测和计算机管理等管道综合评价系统。该系统 除具有存储数据功能外,还具有分析判断管道腐蚀、 外防腐层老化、破损点、管体安全裕量等功能。我国 针对埋地钢质管道腐蚀防护系统,研发了一些专项综 合评价软件。 2 6 管道本体腐蚀检测技术 管道本体腐蚀检测包括内腐蚀预测技术、智能 内检测技术以及管体腐蚀外检测技术三大类。国内外 在方法和检测仪器等方面进行了大量的研究和应用, 不断涌现出新的管体腐蚀检测技术。 2 6 1 内腐蚀预测技术 油气管道内腐蚀通常是局部腐蚀,虽然具有随 机性,但其分布存在一定的规律性,通常受输送介 质的腐蚀性、管件 的结构形状以及具体位置的流速、 流型等影响
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