油气管道及其腐蚀

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三、油气管道的腐蚀机理
3）细菌腐蚀（硫酸盐还原菌腐蚀导致）
当土壤中含有硫酸盐时, 在缺氧的情况下, 一种厌氧性细菌--硫酸盐还原菌就 会繁殖起来, 在它们的生活过程中需要氢或某些还原物质, 将硫酸盐还原成为硫 化物, 利用反应的能量来繁殖。硫化物与钢管表面形成的氢膜相互作用, 消耗了 氢膜而使更多的铁从钢管溶解下来。细菌本身并不侵蚀钢管, 但随着它们的生长 繁殖, 消耗了有机质, 最终构成管道严重腐蚀的化学环境而腐蚀管道。
部分接近地面, 氧气充足, 氧的浓度大,相比较而言 管道下部则氧浓度小。因此,管道底部的电位低,是腐 蚀电池的阳极区,遭受腐蚀。 (2) 管道通过不同性质的土壤。尽管管道是 同一种金属, 但由于沿管道土壤的种类或土壤条件的 差异,土壤含氧量差别很大。由于土壤性质及其结构 的不均匀性, 在小块土壤内形成腐蚀电池。因不同土 壤交接而形成的腐蚀电池腐蚀最严重, 有时可达数十 公里远。
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二、油气管道腐蚀背景及意义 1、课题的提出 目前，中国的大地下正埋藏着长达7万多公里的油气管道
这张“地下长城”规划图还在不停地扩张,未来10年内,“地下长城” 的主干线、支线增加的长度将可能再绕地球一到两周。 因此，如何保障蔓延中国大地的油气管道的安全，成为越来越突出
的问题。
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一、油气管道的发展现状及趋势 2.中国油气管道现状及发展历程
20世纪50年代，第一条原油管线，新疆克拉玛依至独山子； 20世纪70年代，原油产量剧增，相应建成一批输油管线； 十一五期间，输气管道建设迅猛增长，新建管道总长超过8000km； 目前中国油气骨干管道里程已突破7万公里。管道运输已经成为继公 路、铁路、水运和航空之后第五大交通运输方式，承担着我国70%的原 油和99%的天然气运输。 随着X80、X100管线钢的应用和中国油气管网的进一步完善、陆上进 口油气管道的建成和沿海LNG大规模引进，建立全国性调度中心及区域 调度中心将是今后管网系统发展的方向。
例如：碳钢在酸性环境腐蚀时，在阳极区Fe被氧化成Fe2+，所 放出的电子自阳极（Fe）流至钢表面的阴极区（如Fe3C）上， 与H+作用而还原成氢气，即 阳极反应：Fe→Fe2++2e 阴极反应：2H++2e →H2↑ 总反应：Fe+2H+ →Fe2++H2 ↑
管体局部发生严重坑蚀
、石油沥青防腐层大面积剥离 防腐层下管体明显锈蚀
中石化鲁皖成品油管道柴油泄漏,方圆百里的老百姓抢油,其原因就 是盗油引起。2003年“12·19”兰成渝输油管道打孔盗油案中,喷发 的油柱高达40余米,导致宝成铁路停运6小时,管线停输近15小时。事 后,主犯被处以死刑。
•人为破坏
（主观避免）
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据介绍,目前盗油分子不仅盗窃油管道,而且开始伸向天然 气管道,天然气管道压力大,造成的伤害也必将更严重。 2009年10月底，《石油天然气管道保护法草案》正式由全 国人大审议。这也标志着，油气管道立法被提上议事日程。
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二、油气管道腐蚀的背景及意义
目前,中国新建管线几乎都是长距离输送油气,施工地 质条件恶劣,诸如洪水、泥石流滑坡、地震等自然灾 害都极有可能导致管道泄漏。譬如在新疆果子沟,几 乎是人迹罕至之地,经常发生雪崩,在这样的自然环境 之下,更是要考验管线的自身质量以及安全运营。
•自然灾害
（不可避免）
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但是，中石油规划总院的专家强调说，在管线建设 过程中一般均会充分考虑出现事故如何处理等意外 情况。
降低使用寿命，影响管道输送。在油气田开发生产中，从油气井到管道
和储罐以及各种工艺设备都会遭受严重的腐蚀，造成了巨大的经济损失。
管道腐蚀的问题也广泛凸显在采油、储运等石化行业的各环节中，是
保证油气输送和安全、控制油气成本所面临的重要课题。
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二、油气管道腐蚀背景及意义 3、研究的意义
1）腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素
油气管道及其腐蚀
目录
油气管道的发展现状及趋势 油气管道腐蚀背景及意义
油气管道的腐蚀机理
油气管道的检测技术 油气管道的防腐技术 我国油气管道未来技术展望
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一、油气管道的发展现状及趋势 1. 世界油气管道基本现状及特点
管道运输是五大运输方式之一，在世界已有100多年的历史，至今发达国家的原 油管输量占其总输量的80%，成品油长距离运输基本也实现了管道化；天然气管 输量达95%。美国和前苏联是世界最大的油气消费国，已建油气管线长度分别占 世界第一位和第二位，占世界石油管道总长度的60%。
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二、油气管道腐蚀背景及意义
除了自然的不可抗力之外,近几年,“打孔盗油”、“打孔盗 气”等人为破坏因素导致油气管道事故频发。2009年9月中旬,
流出
（受腐蚀）
流入
（受保护）
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三、油气管道的腐蚀机理
综上所述，油气管道在潮湿的大气中、海水中、土壤中以及油气田的污 水、注水系统等环境中的腐蚀均属腐蚀原电池。 当管、罐金属表面受到外界的交、直流杂散电流的干扰产生电解电池的
作用时，腐蚀金属电极的阳极溶解，即发生所谓的杂散电流腐蚀。(电解
池的正极进行阳极反应，负极进行阴极反应，其电极的正、负极性与腐 蚀原电池相反) 故电化学反应是借助于原电池和电解池进行的。电化学腐蚀较普遍和常 见，是油气田设备及管道腐蚀的主要类型。
所以，分析油气管道腐蚀的原因，研究管道腐蚀的原理显得 尤为重要。 ---- 意义重大！
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三、油气管道的腐蚀机理 1.油气管道腐蚀环境：
（1）外腐蚀环境 穿越各种不同类型的土壤、河流湖泊、气温、地下水位的变化以及 杂散电流时，土壤中有水、盐、微生物，干旱的沙漠地区，土壤中尽管 含水量少，但含盐量高，透气性好，土壤潮湿或少量降雨都会在短时间 内造成钢制管道腐蚀破坏，所以也有很强的腐蚀性。 （2）内腐蚀环境 输送天然气时，会有有害物质H2S和CO2； 输送原油时，含S和H2O； 输送成品油时，含有O2和H2O；
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三、油气管道的腐蚀机理 2.油气管道腐蚀机理：
气体腐蚀 化学 腐蚀
非电解质溶液 中的腐蚀
腐蚀
细菌 腐蚀
硫酸盐还原 菌腐蚀导致
电化 学腐 蚀
原电池腐蚀 电解腐蚀
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三、油气管道的腐蚀机理 3. 具体腐蚀过程
1）化学腐蚀（整个金属表面的流失比较均匀，一般腐蚀较轻）
指金属表面与周围介质发生化学作用而引起的破坏。特点是在化学作用进行过 程中没有电流产生。化学腐蚀又可分为两种。 (1) 气体腐蚀 指裸金属表面暴露在空气或其它气体中, 形成氧化膜和化合物, 在较高温度下 氧化膜生长速度通常较快, 空气或气体中的水分会加快这类腐蚀的速度。 (2) 在非电解质溶液中的腐蚀 油气管道内除常含有一定的水分外, 有时也含有一定的H2S, SO2, CO2等易腐蚀 管道的化学物质。它们与管道内壁发生化学作用而腐蚀管道。
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二、油气管道腐蚀的背景及意义
自然灾害（不可避免）
危害管道 安全因素
所以分析油气管道
人为破坏（主观避免）
腐蚀的原因，研究 管道腐蚀的原理显
得尤为重要。
管道腐蚀（最为严重）
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三、油气管道的腐蚀机理
2）电化学腐蚀（影响最为严重）
管道主要腐蚀是电化学腐蚀。特点是在腐蚀进行过程中有电流产生。可分为： (1) 原电池腐蚀
指金属在电解质溶液中形成原电池而发生的腐蚀。对于管道来说, 其外围的湿润土壤 和大气,都含有电解质溶液。原电池腐蚀可分为以下几种情况：
情况一：新旧管线连接时引起的。最常见也最容易忽视的原电池腐蚀是将一 节新管焊接在一条旧管道上时发生的。此时，新管总为阳极。 情况二：不同金属成分连接引起的。钢管本体的金属和焊缝金属成分不一样， 两者的电位差有的可达0.275V, 埋入地下后电位低的部位遭受腐蚀。 情况三：金属物理状态不均匀引起的。在机械加工和施工过程中会使金属各 部分的变形和内应力不均匀, 变形和应力大的部位, 负电性增强，常成为腐蚀电 池的阳极, 而受腐蚀。 情况四：由金属表面差异引起的。管道埋地后, 表面的伤痕、刮痕、管箍及 管件上表面光洁的螺纹形成活泼的阳极区, 光洁表面一般为阳极区,而其余管道 表面为阴极区, 这样的腐蚀非常活泼且破坏性强。
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100 80 60 40 20 0
33 3.5
美国
前苏联
中国
截至2004年底，全世界油气管道干线长度已超过200×104km。
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一、油气管道的发展现状及趋势
图1 美国油气管道管网示意图
图2 俄罗斯油气管道管网示意图
天然气管 天然气管道 道 成品油管 成品油管道 道 原油管道 原油管道
图3 我国油气管道管网示意图
美国45%管道损坏是由于外壁腐蚀引起的；1981～1987年前苏联输气管道事故统
计表明，总长约24万km的管线上曾发生事故1210次；我国地下油气管道投产1～2
年后即发生腐蚀穿孔的情况已屡见不鲜；
2）带来灾难性的事故
1965年3月美国一输油管线因应力腐蚀破裂而着火，造成17人死亡。
1980年3月北海油田一采油平台发生腐蚀疲劳破坏，致使123人丧生。
案例： 在2004年4月，在伊朗北部传输石油产品的API5L X52管线管发生破裂，导致 油气泄漏。对腐蚀的原因进行了研究发现，除了SCC外，SRB微生物的参与在微 观结构上对SCC在裂纹扩展中起到了重要作用，从而加强管道点蚀和裂纹萌生过 程。
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三、油气管道腐蚀机理
2.2 电解腐蚀 指外界杂散电流使处在电解质溶液中的金属发生电解而形成的腐蚀。 当管道铺设在电气铁路、电厂附近时，就会发生杂散电流腐蚀。 多数情况下，大地被作为电流的回路。在寻求电阻最小的回路时， 电流常常偏离其直接通道，而以地下管道等其它构筑物作为旁路。其干 扰范围大，腐蚀速度快，且受多种因素的影响，防护难度较大。
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三、油气管道的腐蚀机理
情况六：由氧浓度差引起的。地下管道最常见的腐蚀现象就是由于氧浓度不同 而形成的氧气浓差电池。由于在管道的不同部位氧的含量不同，在氧浓度大的部 位金属的电极电位高，是金属腐蚀的阴极；氧浓度小的部位，金属电极电位低， 是腐蚀电极的阳极，遭受腐蚀。主要有以下两种情况： (1) 管道在土壤中埋的深浅不同。管道上
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二、油气管道腐蚀背景及意义
“几百吨石油值不了什么钱,但是抢修维护需要几十倍甚至上百倍的代价。”中石油 的一位人士说,“现在需要优化发生事故的几率与抢修的成本。”
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三、油气管道的腐蚀机理
情况五：产生微电池。由于在施工过程中受碰撞、表面划痕和刮痕等影响，使埋 地管线的防腐层破损而露出金属表面。在下雨或积水时，管线外壁常形成薄水膜。 这些裸露的金属与管线外壁的水溶液可形成许多阴极和阳极, 构成许多个微电池 而腐蚀管道。 这种腐蚀由管线下表面开始, 然后逐渐向里渗透、扩张, 从而形成氧化层鼓起 并分层。随着腐蚀的不断加深和扩展, 防腐层也逐渐成片脱落, 进而形成管线 底部的大面积锈蚀区域。这是埋地管线防腐层脱落后腐蚀穿孔的主要原因。
东营市孤岛采油厂特大盗油案 (胜过懒昌星案件)(2012-11-30)
主犯:李爱诚、刘玉柱、李大国在不到六年的时间，就因盗油，拥有资产上亿元。
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二、油气管道腐蚀的背景及意义 2、研究的背景
目前，石油及天然气资源主要依靠埋地管道(通常为低合金钢)进行输 送。在管道运营过程中，各种因素带来的管道腐蚀常造成管道的失效，