油气集输金属管道的腐蚀与防护

油气集输金属管道的腐蚀与防护

在油气集输中，造成金属管线的腐蚀包括两个方面，即管内腐蚀和管外腐蚀。而影响管内外腐蚀的因素是多方面的。例如，在石油炼制过程中CO2和H2S气体的腐蚀，埋地管线中的土壤类型、透气性、电阻率、可溶盐的含量及pH值等均是引起腐蚀的因素。

6。8．1金属管线的腐蚀机理

(1) CO2气体的腐蚀干CO2气体在常温下，对钢铁不发生腐蚀作用。在干CO2气体中碳钢生成的氧化物主要是Fe3O4或少量的Fe203。在温度高于1100F(43．3℃)时，与钢铁表面接触的氧化物Fe3O4和Fe203层有FeO，这种氧化物的增长速度通常认为是控制了氧离子在氧化膜上的扩散。

CO2气体中的湿气约为1000×10-6H2O，温度为1000F (37．8℃)时，引起钢腐蚀加快。其机理为在氧化膜上沉积炭和释放出CO，最后导致膜破裂。

3Fe+2 CO2＝Fe3O4+2C (6-1)

3Fe+4 CO2＝Fe3O4+4CO (6-2)

在水中的COz反应生成弱解离酸：

CO2+H20→←H2C03→←H++HCO3-

当环境的pH值减小时，铁腐蚀速率增大，在常温下，铁和CO2、H+之间腐蚀的最终

产物是

Fe(6-3)

—H2C03——FeC03+H2

碳酸铁不是很好的保护膜，它会导致坑洼型腐蚀。

CO2气体在100。F(37．8℃)，1个标准大气压(1atm一101325Pa)，pH=4时，CO2水溶液比强酸溶液腐蚀性更大。因为pH值反映了实际的氢离子浓度，反映了全部有效酸。

另一种解释认为：未解离的碳酸催化了反应[式(6-3)]，氢的释出和中间产物的反应为

Fe+2H2C03(6-4)

——Fe(HC03)2+H2

实验表明，在温度低于60℃时，反应速度受CO2水解生成碳酸的速率或CO2扩散到金属表面的速率控制。在温度高于60℃时，碳酸铁垢层在金属表面生成，腐蚀速率受穿过垢层的传质过程的影响。

(2)H2S和溶解氧的腐蚀H2S溶于水，溶解后形成弱酸，其影响比CO2严重。H2S相对高强度钢可引起自然的脆裂，即产生硫化应力破裂，是氢脆的一种形式。H2S在水中含量低于0．1×10

一6，分压低于

0．001个标准大气压时，就可导致硫化应力破裂。随着

HzS浓度和应力的增大，损坏程度下降。温度高于1800F (82．2℃)时，就不会出现硫化应力破裂。因此，保持高温是防止这种破裂的有效方法。在有可能的情况下使用低强度钢也可以避免破裂。

溶于水中的氧是引起注水系统腐蚀的主要原因，钢腐蚀方程为

2Fe+2H2O+O2(6-5)

—2Fe2++40H-=2Fe(OH)2

除造成注水系统管线腐蚀外，也造成管线堵塞。

控制的主要方法是采用真空除气器和净化剂来除去氧。用除气器可使氧含量降到0．3×10-6，剩余的氧用净化剂除去，通常用硫酸钠或脱水剂N2H4，反应式如下：

02+2Na2SO3——2Na2S04 (6-6)

N2H4+02——2H2O+N2

在常温下Na2S03与O2反应速度缓慢，当与其他化学剂起反应速度随温度升高而加快，即催化剂能加速氧与硫离子的反应速度。

当注水系统同时存在H2S和CO2时腐蚀加剧，因为CO2破坏了原有硫化铁保护层。氧能使亚铁离子(Fe2+)氧化为铁离子(Fe3+)，当pH>4时，由于发生氢氧化铁沉淀，反应加快。如反应不在金属表面发生，就需要更多的Fe2+离子进入溶液保持平衡。

正常情况 Fe→←Fe2+2e- (6-7)

如果 Fe2+→←Fe3++e- (6-8)

那么 Fe→←Fe2++2e-使腐蚀加剧。

如水中有足够的氧，能在金属表面形成2Fe(OH)。沉淀而起保护作用，如水中有适量的C1一(氯离子)，就会干扰这种保护膜的形成，使腐蚀持续发生。

在同一系统的两个不同区域存在氧浓度差异时，在氧浓度最低处发生腐蚀，如在水与空气界面、缝隙处最为明显。

6．8．2埋地管线的土壤腐蚀

埋地金属管线的土壤腐蚀是由多种因素决定的。土壤包括固态、液态和气态三项复杂体系，其物化性质变化较大。所以按一般规律应考虑引起腐蚀的主要因素，有土壤的类型、透气性、电阻率、电解失重、可溶盐的含量及国pH值等。

(1)土壤的类型埋地金属管线的腐蚀性和腐蚀程度，随土壤的结构与类型的差异而各不相同，腐蚀速率差异也很大。土壤潮湿紧密、透气性差、含盐碱多腐蚀程度严重。土壤干燥松散、透气性好、含盐碱少腐蚀程度轻。

(2)土壤的透气性受两个因素影响，即含水量和容重。土壤的含水量、容重越大，透气性越小，充气情况就越差。反之，透气性就越好。

(3)土壤的电阻率、电解失重土壤的电阻率是研究土壤腐蚀的基本参数，是评价土壤腐蚀性的重要依据之一。国内外防腐工作者普遍采用这个参数划定区域或土壤腐蚀等级，其大小主要由土壤的含水量和含盐量决定。土壤的电阻率越小，腐蚀越强；电流越大，腐蚀越强。评价土壤的腐蚀性，还可用电解失重的数据加以分析。它也是判断土壤腐蚀性较可靠的方法之一。电解失重量越大，土壤腐蚀越强。

(4)土壤的pH值一般说，中性和碱性土壤不是引起埋地金属管线腐蚀的因素。土壤中的pH值越小，腐蚀则越强。

(5)土壤可溶盐的含量根据土壤可溶盐含量(CI—+SO42—腐蚀等级，见表6-8。

土壤的腐蚀性分级标准对防护埋地管线的腐蚀是十分重要的，因此对所属的各条管线建立土壤腐蚀情况档案，做到有档可查、有据可依，使防腐工作者目标集中，有目的地对管线加强管理。

6．8．3集输油气金属管线的外防护措施

集输油气金属管线的防护可以参照埋地管线外防护处理。