长输管道内腐蚀与防护综述

长输管道内腐蚀与防护综述

摘要：本文简要综述了CO2、H2S、O2腐蚀机理、内腐蚀监测与检测技术、内腐蚀防腐措

施，通过对内腐蚀的了解从而对其进行研究和控制。在现有防腐措施的基础上，通过合理的安全评估判断，进一步提高了长输管道的剩余寿命和运行安全。

关键词：内腐蚀、机理、检测、监测、防腐、长输管道

Abstract:This paper briefly summarizes the CO2, H2S, O2 corrosion mechanism, corrosion

monitoring and testing technology, internal corrosion and corrosion protection measures, through the understanding of internal corrosion and to study and control. On the basis of the existing corrosion protection measures, through the reasonable safety evaluation judgment, to further improve the long-distance pipeline residual life and operation safety.

Key words:Internal corrosion, mechanism, detection, monitoring, anti-corrosion, long distance

pipeline

1、引言............................................................................................................................................. 3 2、内腐蚀......................................................................................................................................... 4

2.1 内腐蚀类型 ........................................................................................................................ 4 2.2内腐蚀机理 ......................................................................................................................... 4

2.2.1 H2S腐蚀 .................................................................................................................. 4 2.2.2 CO2 腐蚀 .............................................................................................................. 5 2.2.4 O2腐蚀 .................................................................................................................. 6

3、内腐蚀监测技术 ......................................................................................................................... 7

3.1离线监测 ............................................................................................................................. 7

3.1.1涡流法 ...................................................................................................................... 7 3.1.2漏磁法 ...................................................................................................................... 7 3.1.3超声波测厚法 .......................................................................................................... 7 3.1.4挂片法 ...................................................................................................................... 7 3.1.5氢探头监测技术 ...................................................................................................... 8 3.1.6电化学阻抗谱 .......................................................................................................... 8 3.1.7 光电化学方法技术 ............................................................................................... 8 3.1.8 拉曼光谱 ............................................................................................................... 8 3.2 在线监测方法 .................................................................................................................... 9

3.2.1监测孔法 .................................................................................................................. 9 3.2.2电阻法 ...................................................................................................................... 9 3.2.3 线性极化法 ............................................................................................................. 9 3.2.4 电位法 ..................................................................................................................... 9 3.2.5磁阻法 ...................................................................................................................... 9 3.2.6 电化学噪声技术 ................................................................................................... 10 3.2.7薄层活化技术 ........................................................................................................ 10 3.2.8场图像技术 ............................................................................................................ 10 3.2.9恒电量技术 ............................................................................................................ 10

4内腐蚀检测技术 .......................................................................................................................... 12

4.1 漏磁法 .............................................................................................................................. 12 4.2超声波法 ........................................................................................................................... 12 4.3 检测技术应与安全评价技术相结合 .............................................................................. 13 5、内腐蚀控制措施 ....................................................................................................................... 14

5.1添加缓蚀剂 ....................................................................................................................... 14 5.2内涂层防护与衬里防腐技术 ........................................................................................... 14 5.3 复合管技术 ...................................................................................................................... 14 参考文献......................................................................................................................................... 15

1、引言

腐蚀是引起埋地管道破坏和失效的主要原因之一，长输管道的腐蚀情况不能直接观察到，发生泄漏等情况时不容易及时发现且不便维修，所以，如何防止管道的腐蚀破坏一直是管道工程中重要的环节。由于长输管道输送的介质不同从而导致管道的内腐蚀，因此，管道内腐蚀机理和防护技术引起广泛的关注。研究管道的腐蚀与防护技术，关系到管道可靠性和使用寿命的关键因素，对延长管道的使用寿命以及保证工业生产的顺利进行具有重要意义。

2、内腐蚀

管道的内腐蚀是由管道输送的介质含有腐蚀性成分引起的输送的介质不同，腐蚀的因素也就不同。目前，国内外对CO2或H2S单独作用下腐蚀的研究比较充分，而对H2S、CO2共存体系中，尤其是高温高压条件下多相流动介质中H2S、CO2腐蚀的研究比较少，对于实际工况条件下有针对性的研究就更少，尚无法满足实际防腐应用的需要[1]。因此，对管道内腐蚀的研究是具有很重要意义。

2.1 内腐蚀类型

基于油气管道内腐蚀环境的特点，油气管道的内腐蚀主要包括溶解氧腐蚀、H2S腐蚀、 CO2腐蚀、多相流冲刷腐蚀和硫酸盐还原菌(SRB)腐蚀等几种类型。其中溶解氧腐蚀主要指对钻柱系统的腐蚀，H2S腐蚀、CO2腐蚀、多相流冲刷腐蚀和SRB腐蚀则主要发生在油套管、集输管线和长输管线上[2]。

2.2内腐蚀机理

2.2.1 H2S腐蚀

(1)硫化氢电化学腐蚀过程。 硫化氢在水中离解：

H2S→ H++HS- HS- →H++S2- 阳极反应：Fe→Fe2++2e 阴极反应：2H+2e→H2

H2S离解产物HS- , S2-吸附在金属的表面，形成加速的吸附复合物离子Fe(HS)。吸附

一

HS- ,S2-使金属的电位移向负值，促进阴极放氢的加速，而氢原子为强去极化剂，易在阴极得到电子，同时使铁原子间金属键的强度大大削弱，进一步促进阳极溶解反应而使钢铁腐蚀

[3]

。

(2)硫化氢导致氢脆过程。

氢在钢中的存在状态而导致钢基体开裂的过程，至今还尚无统一的定论。但普遍认为，

萌生裂纹的部位必须富集足够的氢。钢材的缺陷处(晶界、相界)、位错、三维应力区等，这些缺陷与氢的结合能力很强，可将氢捕捉，这些缺陷处便成为氢的富集区。通常把这些缺陷叫陷阱。当氢在金属内部陷阱富集到一定程度，便会沉淀出氢气。据估算这种氢气的强度可达300MPa，于是促进钢材的脆化，局部区域发生塑性变形，萌生裂纹导致开裂[3]。

2.2.2 CO2 腐蚀

CO2对碳钢的腐蚀是一个不可低估的因素。钢铁在含CO2水溶液的溶解过程中有两个不同的还原过程。其一是HCO3-直接还原析出氢；其二是金属表面的HC0 3-离子浓度极低时，H2O被还原析出氢。

(1)CO2的腐蚀机理[3]。

CO2(溶液)←→CO2(吸附) CO2(吸附)+H2O ←→H2CO3(吸附) H2CO3(吸附)+e- ←→ H(吸附)+HCO3- (吸附)

H2CO3(吸附)+H2O ←→H3+O+HCO3-

H3+O+e- ←→ H(吸附)+H2O

HCO3-(吸附)+ H3+O←→H2CO3(吸附)+H2O

腐蚀开始时，金属表面早已形成结合力较强的Fe(HCO3)2，该膜可发生变化：Fe ( HCO3 )

2+Fe→2FeCO3+

H2↑，从而形成和金属基体结合力较差的FeCO3膜。该转化过程中，FeCO3

的体积较Fe(HCO3)2的体积小，转化过程中体积收缩，形成微孔的保护性较差的FeCO3膜，因而引发碳钢的腐蚀(主要为点蚀)。所以，虽然碳钢在较宽的pH值范围内、在饱和的CO2盐溶液中可形成一层牢固的Fe( HCO3 )2膜，该膜对碳钢有一定的保护作用，但随着时间的延长，Fe(HCO3 )2会逐渐转化为与金属结合力较差的FeCO3而失去保护作用。钢铁表面覆盖的不同产物的区域和不同腐蚀产物的边界处可能因为电偶作用而导致局部腐蚀。

2.2.3 多相流腐蚀

多相流按其腐蚀环境有以下几种类型：清洁环境(无固体、无腐蚀)；冲蚀环境(固体(沙)存在、无腐蚀)；腐蚀环境(无沙、有腐蚀)；冲蚀和腐蚀运行(固体和腐蚀介质都存在)。

流动型态对腐蚀也有很大的影响。而流态与许多因素有关，如流速、流体粘度、介质组成及含量、管子倾角等。对于油田油、气、水多相流，按流态可分为分层流、波状流、段塞流、环状流和环雾流等类型。在低的气、液(相)速度下，常出现平滑的或波状的层状流，特别是在水平和稍微倾斜的管流中，由于重力的作用，相态趋于分层，水层常出现在管底，而油流在其上；当气相速度较低而液相速度较高时，会产生段塞流；当气相速度较高时，会观察到段塞—一种间歇流态。在段塞流的前面形成一个夹带着气体的高紊流混合区。研究表明，在各种多相流型态中，段塞流对管道腐蚀最严重。这是由于高速紊流造成管壁出现很高的剪应力，在流体冲刷和剪切的共同作用下，管壁表面膜(缓蚀剂膜和腐蚀沉积物)被损坏剥落，加剧了腐蚀及冲蚀效应，使腐蚀显著增大[3]。

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