浅议天然气集输系统腐蚀影响及应对措施

浅议天然气集输系统腐蚀影响及应对措施
作者：汤淼
来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第16期
【摘要】在天然气的开发和运输过程中，金属腐蚀一直是一个普遍而又严峻的问题。

本文详细介绍了天然气集输系统防腐工作的原则，腐蚀发生的机理以及影响因素，应对腐蚀的有效措施，以及做好防腐工作的重要意义。

【关键词】腐蚀缓蚀剂集输系统防腐措施
随着我国勘探开采工艺的快速发展，自上世纪60年代起，我国相继发现了大庆、胜利、辽河、克拉玛依等大油气田，我国也跻身为国际原油开采的技术先进大国。

四川大气田的发现，为我国填补了油气资源种类单一的空白，开启了气田开采的序幕，截止目前，四川气田已经在四川盆地建立了南部、西南部、西北部、东部四个气区，以占全国天然气50%的产量位居中国第一大气田。

随着开采程度的不断加大，采出天然气中CO2、H2S和水的含量逐渐增加，并且由于输气要在高温高压的环境下进行，因此天然气集输系统存在的腐蚀风险不容忽视，它关系到天然气生产的顺利进行和现场工作人员的人身安全。

1 天然气集输系统防腐工作的原则
（1）管道、设备和其它金属构筑物的防腐蚀工程建设，必须依靠科学技术进步，提高我国气田防腐蚀的水平。

（2）因地制宜，立足国情和专业发展水平，运用系统工程管理方法，提出技术上可靠，经济上合理的一整套设计方案。

（3）防腐蚀施工方案的选择应考虑其技术可行性、经济合理性及施工简化等方面的因素。

要针对具体工程、具体工艺、环境条件和管线、设备的设计寿命，结合各种方案的特点及发展现状，提出可满足管线、设备施工、运行条件的防腐蚀施工对策。

2 腐蚀的机理和影响因素
2.1 腐蚀机理
无论是CO2还是H2S，他们能够发生腐蚀的前提都是在有水存在的情况下，否则他们的腐蚀作用都很微弱。

在有水的情况下，无色无味的CO2和水发生反应，生成了碳酸，碳酸经过两次电离。

电离出的碳酸根能够和管道材质中的铁离子发生反应，生成碳酸铁，产生了腐蚀；
H2S是一种淡黄色、有臭鸡蛋气味的有毒气体，它在有水的情况下，显弱酸性，具有腐蚀性，H2S经过两次电离产生的S2-与铁离子发生电化学反应生产FeS沉淀，腐蚀管道和设备。

2.2 影响因素
对于CO2腐蚀，影响因素包括两大类：
（1）周围的环境，包括温度、压力、PH值、矿化度、细菌以及其他离子的影响。

其中温度和PH值的影响最大，温度主要是通过影响化学反应的速度和反应生成物的特性来影响腐蚀的，温度越高，反应速度越快，反应生成物越疏松，能够加速腐蚀；PH值通过影响CO2在水中的存在形式来影响腐蚀，当PH值大于10时，能够生成稳定的腐蚀产物。

（2）管道材料的影响，实验证明，当外界环境不同时，氯离子对腐蚀的影响也不相同。

常温下，随着氯离子含量的增加，碳钢管道的腐蚀速度逐渐下降，但是当CO2和H2S同时存在时，腐蚀速度反而上升，由此可以知道，CO2和H2S是否同时存在、存在时的比例都对腐蚀的速度有很大的影响。

3 防腐措施及方法
3.1 提纯天然气成分，减少水分含量
由腐蚀原理知道，管道腐蚀发生的一个必要条件是有水的存在，因此可对天然气进行干燥脱水，从源头杜绝腐蚀反应的发生。

原料气首先在分离器中分离出游离的水，经计量后通过压空阀进入原料器压缩机吸入分离器，再次进一步进行水分分离后，进入原料器压缩机一段。

原料气被原料气压缩机一段压缩后，空气冷却器中进行冷却，分离器中分离出冷凝液后进入压缩机二段压缩。

从压缩机二段出来的原料气进入二段空气冷却器冷却。

冷却后的原料气，一部分进入洗涤塔再到洗涤塔冷凝器，原料气在略高于水化物的温度下被冷降温；另一部分重组分级水被冷凝，冷凝液在洗涤塔收集器中与原料气分离，分离出来的气体进入分子筛干燥器脱水，脱水后的原料气进入压缩机三段。

经过洗涤塔和塔顶收集器中分离出的液体，进入三相分离器进行油、气、水分离，分离出的气体返回到压缩机吸入分离器，轻烃由轻烃泵打回洗涤塔中作为塔顶回流，水依靠压力输送到含油污水罐，进而对天然气完成了三次油水分离及干燥处理，试验证明，经过分离干燥后的天然气与未处理的天然气比较，腐蚀发生率降低了40%，这也使天然气的脱水干燥成为最基本的防腐措施。

3.2 选用耐腐蚀的材料
对于含硫较高的输气系统，在选择材料时应首先考虑材料的抗氢脆及硫化物应力腐蚀破裂性能，目前常用C环应力腐蚀试验法、U型弯曲试验法、慢应变速率腐蚀试验法、高温高压恒负荷应力腐蚀试验法等，目前普遍使用高合金钢和玻璃钢来作为含硫天然气的管道材料，玻璃钢的耐腐蚀效果很好，但是费用较高，大范围推广难度大。

3.3 使用缓蚀剂进行保护
在腐蚀介质中加入少量某种物质，使金属的腐蚀速度大大降低，那么这种物质就称为缓蚀剂，即腐蚀抑制剂。

缓蚀剂的工作原理是使发生腐蚀的电化学的阴极过程或者阳极过程减慢。

按照对电极的影响，可以将缓蚀剂分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂三大类。

在选用缓蚀剂时，我们一般遵循的原则是：
（1）用量少，保护效率高；
（2）毒性小，对环境污染少；
（3）原料易得，成本低廉；
（4）使用方便，溶解性和分散性好；
（5）不会造成工艺过程中的起泡、乳化、沉淀、堵塞等副作用。

缓蚀剂使用方便，可以连续和批量的注入，对于缓解CO2的腐蚀是一种行之有效的方法。

3.4 管道涂层保护
管道涂层是在金属表面形成覆盖层，实现金属表面与外界物质隔离，防止金属腐蚀的一种方法。

对涂层的基本要求是要结构致密，介质不能透过、耐磨、与金属有良好的结合力，不易脱落、能够均匀的分布在整个被保护的金属表面。

涂层分为金属涂层和非金属涂层。

金属涂层一般采用电镀和热镀的方法实现，包括锌镀层、锡镀层、铬镀层等，非金属涂层包括搪瓷或玻璃涂层、硅酸盐水泥涂层、化学转化涂层和涂料涂层等。

管道的涂层保护可应用于所有天然气管道，种类多、易操作，可行性强。

4 结论与意义
（1）金属腐蚀在天然气集输系统的各个环节普遍存在，对金属管道和构件造成破坏，成为影响国民经济的灾难性问题，应引起人们的足够重视。

（2）在气田的开发建设中，要积极开展防腐工作，延长设备使用寿命，节约成本，保护环境，保证天然气集输系统的平稳有序运行。

（3）做好防腐工作能够控制腐蚀灾害的发生和发展，消除腐蚀事故和环境污染，增产节约，促进新技术和新工艺的开发应用。

参考文献
[1] 胡士信，董旭.我国管道防腐层技术现状[J].油气储运，2004.23（7）：4-6
[2] SY/T 5918-2004，埋地钢质管道外防腐层修复技术规范[S]。