海底管道面臨的內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)概述

2020-07-31 01:11:13 hualin

前言

海底管道是海上油氣田生產(chǎn)設(shè)施的重要組成部分，也是海底油氣能源運(yùn)輸?shù)淖钪匾獎(jiǎng)用}。隨著我國(guó)海洋石油天然氣的不斷開發(fā)，海洋油氣管道建設(shè)發(fā)展迅速，保證海底油氣管道安全運(yùn)行的重要性也日益凸顯。

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據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，造成海底管道失效主要由于腐蝕、工程質(zhì)量、第三方破壞、自然和地質(zhì)災(zāi)害等4個(gè)方面，由于腐蝕造成的失效占到總次數(shù)的37%。如下圖所示，海管內(nèi)腐蝕影響因素眾多、機(jī)理復(fù)雜，屬于腐蝕風(fēng)險(xiǎn)管控的重點(diǎn)和難點(diǎn)工作。

本文圍繞海管面臨的主要內(nèi)腐蝕類型，介紹其腐蝕機(jī)理、影響因素、防腐策略等方面。

01 CO2腐蝕

CO2作為天然氣和石油伴生氣的組分存在于油氣中。當(dāng)它是干燥氣體時(shí)，本身不具備腐蝕性。當(dāng)它溶于水或原油時(shí)具有很強(qiáng)腐蝕性。如在同樣pH下 ,CO2的總酸度比 HCl 高 , 對(duì)鋼鐵的腐蝕比HCl還嚴(yán)重。CO2會(huì)引起管道迅速的全面和局部腐蝕，最終造成失效。

CO2腐蝕過(guò)程主要受到溫度、壓力、流速、pH值、介質(zhì)組成、腐蝕產(chǎn)物膜等方面的影響，并且這些參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、狀態(tài)條件密切相關(guān)。

防控策略：

1、合理選材：選擇抗酸性低合金管線鋼管材如X65、X70；或者雙金屬?gòu)?fù)合管，如內(nèi)管316L不銹鋼，外管X65碳鋼；

2、藥劑保護(hù)：利用緩蝕劑成膜作用，在材料表面進(jìn)行防護(hù)，從而有效降低材料腐蝕速率。

02 H2S腐蝕

H2S對(duì)管道的損傷主要表現(xiàn)電化學(xué)腐蝕和氫致?lián)p傷兩種類型。H2S溶于水中后電離呈酸性，使管道受到電化學(xué)腐蝕，造成管壁減薄或局部點(diǎn)蝕穿孔。此外，腐蝕過(guò)程產(chǎn)生的氫原子被材料吸收后，在管材冶金缺陷區(qū)富集，可能導(dǎo)致鋼材脆化，萌生裂紋導(dǎo)致開裂。H2S一般來(lái)源于油氣儲(chǔ)層和微生物作用次生。

H2S腐蝕過(guò)程主要受到材料因素（顯微組織、硬度、合金元素）、環(huán)境因素（濃度、pH值、溫度、流速、Cl-）等方面的影響。一般情況下，CO2、H2S是共存的，腐蝕研究表明在海底管道中微量的H2S存在，對(duì)CO2腐蝕是有明顯的抑制作用。

防控策略：

1、合理選材：使用低合金管線鋼，如X65、X70；或者雙金屬?gòu)?fù)合管，如內(nèi)管316L不銹鋼，外管X65碳鋼；

2、緩蝕劑保護(hù)：利用緩蝕劑在材料表面的成膜作用，從而有效降低材料腐蝕速率。

3、微生物控制：通過(guò)殺菌等控制微生物繁殖速度，控制H2S次生。

03 微生物腐蝕

微生物主要通過(guò)材料表面的生物膜中微生物的生命活動(dòng)導(dǎo)致或促進(jìn)材料腐蝕破壞的形式。主要以局部點(diǎn)蝕為主，其發(fā)生、發(fā)展在時(shí)間和空間上具有不可預(yù)見(jiàn)性。大多數(shù)腐蝕都是微生物參與下的電化學(xué)過(guò)程，危害很大。典型微生物有硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細(xì)菌（FB）等。

微生物腐蝕過(guò)程主要受到生物膜生產(chǎn)期、輸送介質(zhì)組分、砂垢形成的外部環(huán)境等方面的影響，并且這些參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、狀態(tài)條件密切相關(guān)。

防控策略：

1、化學(xué)藥劑：在充分了解菌種、繁殖速度和存活期限的情況下，合理采用殺菌劑。藥劑見(jiàn)效快，但持久性弱；

2、清管作業(yè)：定期改變細(xì)菌生存體系，打破利于其繁殖的環(huán)境或狀態(tài)，切斷其營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)條件。

04 垢下腐蝕

垢下腐蝕是一種金屬表面沉積物形成的局部腐蝕，破壞性極大。當(dāng)管道物流中攜帶淤泥、砂和固體顆粒，殘留下來(lái)成為沉積物。在與CO2、H2S、微生物等腐蝕綜合作用時(shí)，會(huì)形成電偶腐蝕效應(yīng)，引發(fā)嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，而周圍區(qū)域的腐蝕很輕微。

由于腐蝕與結(jié)垢的雙重影響，其影響因素非常復(fù)雜。受到固體顆粒組成、沉積特性、沉積速率和沉積厚度、流體腐蝕性、流速、環(huán)境因素、不定期工藝操作、生產(chǎn)藥劑使用等。

防控策略：

1、清管作業(yè)：定期對(duì)管道內(nèi)壁上的積蠟、積液、污垢及銹蝕物有效清除，重建海管內(nèi)環(huán)境體系；

2、藥劑保護(hù)：利用緩蝕劑成膜作用，在材料表面起防護(hù)作用，從而有效降低材料腐蝕速率

3、工藝優(yōu)化：提高流速，增強(qiáng)物流攜砂能力；控制溫度，避開微生物繁殖活躍區(qū)間等。

05 沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是金屬表面與腐蝕流體之間由于高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的金屬損傷，多表現(xiàn)為腐蝕和沖刷的交互協(xié)同作用。流體高速運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞（減薄或去除）金屬表面的保護(hù)膜或腐蝕產(chǎn)物膜，加速金屬腐蝕過(guò)程。如果流體中含有固相顆粒，腐蝕會(huì)更為嚴(yán)重。

沖刷腐蝕的影響因素相對(duì)復(fù)雜，主要受到材料本身性質(zhì)、溫度、pH、溶解氧、流體流態(tài)、流速、第二相、腐蝕產(chǎn)物膜值、過(guò)流部件形狀等方面的影響。

防控策略：

1、優(yōu)化設(shè)計(jì)：控制表面流速在臨界流速之下，避免局部湍流的形成；

2、工藝控制：控制固相含量、pH值、溫度、氣體含量；

3、正確選材：選擇更為耐腐蝕、耐磨的材料。

06 頂部腐蝕

濕氣生產(chǎn)與輸送過(guò)程，當(dāng)熱傳導(dǎo)使管壁溫度低于水蒸氣露點(diǎn)時(shí)，濕氣中水蒸氣在管道側(cè)壁和頂部生成凝析水，且頂部液膜通常厚于側(cè)壁。濕氣中含有酸性氣體或可揮發(fā)腐蝕性物質(zhì)（如CO2、H2S、乙酸等），溶解于凝析水會(huì)對(duì)管道內(nèi)壁造成嚴(yán)重的腐蝕。一般液相緩蝕劑接觸不到的管道頂部，因此，頂部腐蝕速率會(huì)明顯大于底部。