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油氣集輸管道在海洋環(huán)境中的腐蝕與防護

文檔作者：鞠虹，王君，唐曉，王麗飛文檔來源：中國油大學(華東)機電工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月30日
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第39卷第5期
2Ol0年9月
石油化工設(shè)備
PETR()-CHEM ICAI EQUIPMENT
Vo1．39 NO．5
Sept．2010
，‘-卜” ” ” ” 一 ”、
i技術(shù)綜述i
+ ．．+ ．．+ ．．+ ．．+ ．．+ ．
文章編號：1000—7466(2010)05—0041 08
油氣集 輸管道在海洋環(huán)境中的腐蝕與防護
鞠 虹，王 君，唐 曉，王麗飛
(中國 油大學(華東)機電工程學院，山東東營257061)
摘要：對油氣集輸管道在海洋環(huán)境中存在的內(nèi)、外腐蝕的機理及其影響因素進行了分析，在此基礎(chǔ)
上對海洋環(huán)境中油氣集輸管道的用材、防腐涂層的使用以及目前腐蝕防護措施存在的問題進行了
探討。
關(guān)鍵詞：油氣管道；海洋；腐蝕；防護
中圖分類號：TE 988．2；TE 980．45 文獻標志碼：A
Corrosion and Preventive M easures Research of Oil and Gas Gathering and
Transp0rtati0n Pipelines in Ocean Environm ent
JU Hong， W ANG Jun， TANG Xiao， W ANG Li—fei
(College of M achinery and Electronic Engineering，China U niversity of
Petroleum ，Dongying 257061，China)
Abstract：The internal or external corrosion mechanism and influential factors of oil and gas
gathering and transportation pipelines in ocean environm ent are analyzed． On the basis of these
analyses，the pipe’S corrosion protection m easurements were discussed．Some basis for the corro—
sion prevention of oil and gas gathering and transportation pipelines could be provided． And it
could also have a certain practical significance for ensuring smooth progress of anti—corrosion
work．
Key words： oil and gas pipeline；ocean；corrosion；prevention
l958年，我國建成克拉瑪依至獨山子的輸油管
道，拉開了管道建設(shè)的序幕[1 j。此后，全國各地相繼
建成了數(shù)萬公里的陸上原油管道和干線輸氣管道、
數(shù)千公里的成品油管道及海底油氣輸送管道，形成
了一個龐大的管道運輸網(wǎng)uj。目前，我國石油、天然
氣資源的輸送主要依靠管道來實現(xiàn)，管材一般為鋼
制螺旋焊管。由于管道穿越的地段地形復(fù)雜，所處
環(huán)境不僅在空間上不同，而且還會隨時間的變化遭
受各種介質(zhì)的侵蝕。架空管道易受大氣腐蝕，土壤
或水中的管道則要遭受土壤腐蝕、細菌腐蝕和雜散
電流腐蝕。根據(jù)文獻[2-4]，近1O年來，這些管道
的泄漏事故中有28 是由于腐蝕穿孔造成的。管
道的腐蝕不僅會造成因穿孔而引起的油、氣跑漏損
失以及由于維修所帶來的材料和人力的浪費，而且
還可能因腐蝕穿孔引起火災(zāi)。
近幾十年來，隨著我國海上油(氣)田的不斷開
發(fā)和海洋石油工業(yè)的發(fā)展，海上采油平臺、浮式生產(chǎn)
設(shè)施(FPSO)及海底管道也在不斷增加。海底輸油
收稿日期：2O1O—O5—17
基金項目： 山東省自然科學基金(ZR2OOgBQ016)
作者簡介：鞠虹(1980)，女，山東青島人，講師，博士，主要從事金屬腐蝕與防護研究。
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· 42 · 石油化工設(shè)備 2O1O年第39卷
(氣)管道已成為海上油(氣)田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要
組成部分，成為連續(xù)輸送大量油(氣)最快捷、最安全
和經(jīng)濟可靠的運輸方式，是廣泛應(yīng)用于海洋石油工
業(yè)的一種有效運輸手段。通過海底管道不僅能把海
上油(氣)田的生產(chǎn)集輸和儲運系統(tǒng)聯(lián)系起來，而且
可以使海上油(氣)田和陸上石油工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)系起
來。但是，這些大規(guī)模的海底油氣運輸管道，必然會
受到海洋環(huán)境的腐蝕侵害。因此，研究油氣集輸管
道在海洋及灘涂環(huán)境中的腐蝕行為與防護技術(shù)，對
采取有效的防腐措施，預(yù)防開發(fā)設(shè)施遭受意外破壞，
具有十分重要的現(xiàn)實意義。
l 海洋環(huán)境對油氣集輸管道的腐蝕及其影
響因素
1．1 外環(huán)境腐蝕類型及影響因素
1．1．1 腐蝕類型
(1)電偶腐蝕海水是一種極好的電解質(zhì)，電阻
率較小。因此，在海水中不僅有微觀腐蝕電池的作
用，還有宏觀腐蝕電池的作用。在海水中由于2種
金屬接觸引起的電偶腐蝕有重要破壞作用。大多數(shù)
金屬或合金在海水中的電極電位不是一個恒定的數(shù)
值，而是隨著水中溶解氧含量、海水的流速、溫度以
及金屬的結(jié)構(gòu)與表面狀態(tài)等多種因素的變化而變
化。在海水中，不同金屬之間的接觸，將導(dǎo)致電位較
低的金屬腐蝕加速，而電位較高的金屬腐蝕速度將
降低。海水的流動速度和陰、陽極電極面積的大小
都是影響電偶腐蝕的因素。
(2)縫隙腐蝕 管道金屬部件在電解質(zhì)溶液中，
由于金屬與金屬或金屬與非金屬之問形成的縫隙，
其寬度足以使介質(zhì)進入縫隙而又處于停滯狀態(tài)。若
縫隙內(nèi)滯留的海水中的氧為彌合鈍化膜中的新裂口
而消耗的速度大于新鮮氧從外面擴散進上的速度，
則在縫隙下面就有發(fā)生快速腐蝕之趨勢。腐蝕的驅(qū)
動力來自氧濃差電池，縫隙外側(cè)與含氧海水接觸的
面積起陰極作用。因為縫隙下陽極的面積很小，故
電流密度或局部腐蝕速率可能是極高的。這種電池
一旦形成就很難加以控制。縫隙腐蝕通常在全浸條
件下或者在飛濺區(qū)最嚴重。在海洋大氣中也發(fā)現(xiàn)有
縫隙腐蝕。凡屬需要充足的氧氣不斷彌合氧化膜的
破裂從而保持鈍性的那些金屬，在海水巾都有對縫
隙腐蝕敏感的傾向。
(3)點蝕海水環(huán)境中大量C 的存在可能會
對管道金屬表面形成點蝕。
(4)沖擊腐蝕 在渦流清況下，常有空氣泡卷入
海水中，夾帶氣泡且快速流動的海水沖擊金屬表面
時，保護膜可能被破壞，金屬便可能產(chǎn)生局部腐蝕。
(5)空泡腐蝕在海水溫度下，如果周圍的壓力
低于海水的蒸汽壓，海水就會沸騰，產(chǎn)生蒸汽泡。這
些蒸汽泡破裂，反復(fù)沖擊金屬表面，使其受到局部破
壞。金屬碎片掉落后，新的活化金屬便暴露在腐蝕
性的海水中，所以海水中的空泡腐蝕造成的金屬損
失既有機械損傷又有海水腐蝕。
1．1．2 影響因素
海水腐蝕是金屬在海水環(huán)境中遭受腐蝕而失效
破壞的現(xiàn)象。海水是豐富的天然電解質(zhì)，海水中幾
乎含有地球上所有化學元素的化合物，成分非常復(fù)
雜。除了含有大量鹽類外，海水中還含有溶解氧、海
洋生物和腐敗的有機物，這些都為發(fā)生腐蝕創(chuàng)造了
良好的條件。此外，海水的溫度、流速以及pH值等
因素都對海水腐蝕有很大的影響 J。
(1)含鹽量海水區(qū)別于其他腐蝕環(huán)境的一個
顯著特征是含鹽量大。世界性的大洋中，水的成分
和含鹽量是相對恒定的，而內(nèi)海的含鹽量區(qū)別較大，
因地區(qū)條件的不同而異。水中含鹽量直接影響到水
的導(dǎo)電率和含氧量，因此必然對腐蝕產(chǎn)生影響。隨
著水中含氧量的增加，水的導(dǎo)電率增加而含氧量降
低，所以在某一含氧量時將存在一個腐蝕速度的最
大值，而海水的含鹽量剛好接近腐蝕速度最大值所
對應(yīng)的含鹽量。
(2)溶解氧海水中的溶解氧是海水腐蝕的重
要因素，因為絕大多數(shù)金屬在海水中的腐蝕受氧去
極化作用控制。海水表面始終與大氣接觸，而且接
觸面積非常大，海水還不斷受到波浪的攪拌作用并
有劇烈的自然對流，所以，通常海水中含氧量較高。
可以認為，海水的表層已被氧飽和。隨著海水中鹽
濃度的增大和溫度的升高，海水中溶解的氧量將下
降。自海平面至海平面以下80 m，含氧量逐漸減少
并達到最低值。這是因為海洋動物要消耗氧氣，從
海水上層下降的動物尸體發(fā)生分解時也要消耗氧
氣。然而，通過對流形式補充的氧不足以抵消消耗
了的氧，所以出現(xiàn)了缺氧層。從海平面以下80 rn
至海平面以下100 rn，溶解氧量又開始上升，并接近
海水表層的氧濃度。這是深海海水溫度較低、壓力
較高的緣故。
(3)溫度 海水溫度隨緯度、季節(jié)和海水深度的
不同而發(fā)生變化。愈靠近赤道(即緯度愈小)，海水
的溫度越高，金屬腐蝕速率愈大。而海水越深、溫度
越低，則腐蝕速度愈小。海水溫度每升高10℃ ，化
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第5期 鞠虹，等：油氣集輸管道在海洋環(huán)境中的腐蝕與防護
學反應(yīng)速度提高大約14 ，海水中的金屬腐蝕速率
將增大1倍。但是，溫度升高后氧在海水中的溶解
度下降，溫度每升高1O ℃ ，氧的溶解度約降低
20 ，可使金屬腐蝕速率減小。此外，溫度變化還給
海水的生物活性和石灰質(zhì)水垢沉積層帶來影響。由
于溫度的季節(jié)性變化，鐵、銅及其多種合金在炎熱的
季節(jié)里腐蝕速度較大。
(4)pH值海水的pH值在7．2～8．6，接近中
性。海水深度增加，pH值逐漸降低。海水的pH值
因光合作用而稍有變化。白天，植物消耗CO。，影響
pH值。海面處，海水中的CO。同大氣中的Co 互
換，從而改變CO 含量。海水pH值遠沒有含氧量
對腐蝕速度的影響大。海水中的pH值主要影響鈣
質(zhì)水垢沉積，從而影響到海水的腐蝕性。盡管海水
pH值隨海水深度的增加而減小，但由于表層海水
含氧量高，所以表層海水對鋼的腐蝕性大。
(5)流速許多金屬發(fā)生腐蝕時與海水流速有
著較大關(guān)系，尤其是鐵、銅等常用金屬存在一個臨界
流速，超過此流速時金屬腐蝕明顯加快，促使溶解氧
擴散到金屬表面。所以，流速增大后氧的去極化作
用加強，使金屬腐蝕速度加快。但鈍態(tài)金屬在高速
海水中更能抗腐蝕。浸泡在海水中的鋼樁，其各部
位的腐蝕速度是不同的。水線附近，特別是在水面
以上0．3～1．0 m 的地方由于受到海浪的沖擊，供
氧特別充分而腐蝕產(chǎn)物不斷被帶走，因此該處的腐
蝕速度要比全浸部位大3～4倍。
(6)海洋生物微生物的生理作用會產(chǎn)生氨、二
氧化碳、硫化氫等，這些產(chǎn)物都能使腐蝕加速。海底
泥區(qū)，由于氧氣缺乏、電阻率較大等原因，腐蝕速率
一般是各種環(huán)境中最小的。但對有污染物質(zhì)和大量
有機物沉積的軟泥區(qū)，由于微生物存在、硫酸鹽還原
菌繁殖等原因，其腐蝕量也可達到海水的2～3倍。
1．2 內(nèi)環(huán)境對油氣集輸管道的腐蝕
1．2．1 C()，腐蝕
C() 常作為油田伴生氣或天然氣的組分之一
存在于油氣中，采用C() 混相驅(qū)技術(shù)提高原油采收
率，也會將CO 帶入原油的生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，油氣
工業(yè)中廣泛存在著CO 及其腐蝕的問題。油氣采
輸系統(tǒng)中管道和設(shè)備的CO。腐蝕時有發(fā)生。
C() 溶于水對鋼鐵有極強的腐蝕性，在同樣的
pH值條件下，因CO 摩爾濃度比鹽酸高，因此它對
鋼鐵的腐蝕比鹽酸嚴重，低碳鋼的腐蝕速率可達3
～ 6 mm／a，有的甚至達7 mm／a，其中CO 在管道
內(nèi)腐蝕占的比例較大。CO 的存在，能促使污垢和
腐蝕產(chǎn)物在管道內(nèi)壁沉積，使管道內(nèi)壁粗糙度增大，
表現(xiàn)為結(jié)蠟、結(jié)瀝青和氣泡等問題，造成能量的額外
消耗。
根據(jù)文獻[6]，我國東部9個油田各類管道腐蝕
穿孔每年達2萬次，更換管道數(shù)量達400 km，每年
每臺容器腐蝕平均穿孔率為0．14次，平均更新率為
1 ～7o ，每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失約2億元，
其中管道內(nèi)腐蝕主要是CO 腐蝕。例如，華北油田
自l984—04開采到】985—07，就有3口高產(chǎn)井因油管
和套管受CO 腐蝕而報廢，直接經(jīng)濟損失上萬元。
渤海油田渤中13 11井的套管內(nèi)側(cè)在水蒸氣冷凝形
成水膜并有CO 存在時，發(fā)生了嚴重的腐蝕破裂。
此外，CO 對抽油桿和四通等部件嚴重的局部腐蝕
也屢見報道。1971—05，威成管道越溪段由于脫硫凈
化氣中的CO 及殘留硫化氫的腐蝕破壞引起爆炸
燃燒，直接經(jīng)濟損失7 000萬元，間接經(jīng)濟損失數(shù)倍
于此數(shù)。
1．2．2 H2 S腐蝕
管道輸送介質(zhì)為油、氣、水多相介質(zhì)，H。S是其
中含有的酸性氣體，在溫度、壓力、流速以及交變應(yīng)
力等多種因素的影響下，管道內(nèi)的H s腐蝕十分嚴
重，即使采取防腐措施也收效甚微。因此，對油氣管
道內(nèi)H。S腐蝕作用規(guī)律及腐蝕機理進行研究，是實
施有效的內(nèi)防腐措施的關(guān)鍵。
H。S只有溶解在水中才具有腐蝕性 ]，其離解
產(chǎn)物HS 、S 吸附在金屬表面，形成吸附復(fù)合物離
子Fe(HS )。吸附的HS一、S ～使金屬的電位移向
負值，促進陰極放氫的加速，而氫原子為強去極化
劑，易在陰極得到電子，可大幅削弱鐵原子間金屬鍵
的強度，進一步促進陽極溶解而使鋼鐵腐蝕。
在H S腐蝕引起的管道破壞中，H s應(yīng)力腐蝕
開裂造成的破壞最大，所占比例也最大。金屬管道
在應(yīng)力和特定的環(huán)境介質(zhì)共同作用下所產(chǎn)生的低應(yīng)
力脆斷現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)。輸送介質(zhì)
中酸性H s含量超過臨界值和拉應(yīng)力的存在是SS
CC產(chǎn)生的條件。自20世紀5O年代發(fā)現(xiàn)由于硫化
物的存在導(dǎo)致了諸多油田管道發(fā)生斷裂以來[{ ，
這種腐蝕破壞才被定性為硫化物SSCC。油氣管道
硫化物SSCC過程是一個復(fù)雜的過程，它涉及電化
學、力學以及金屬物理等多個層面。首先，該管道表
面比較粗糙，存在劃痕、凹坑和鈍化膜的不連續(xù)性，
由于其電位比其它部位低，存在電化學的不均勻性
而成為腐蝕的活潑點，以致成為裂紋源。在H：S的
作用下，發(fā)生如下反應(yīng)：
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石油化工設(shè)備 2010年第39卷
Fe— Fe +2e(陽極)
H2S— H +HS一(陰極)
H S — H ’+ S
2H + 2e— H 十
由于H 的存在而消除了陰極極化，有利于電
子從陽極流向陰極，加強了腐蝕過程，即氫去極化腐
蝕。這些裂紋源在電化學腐蝕和制造過程中產(chǎn)生的
高應(yīng)力作用下很快形成裂紋，這時應(yīng)力集中于裂紋
尖端，起到撕破保護膜的作用。在應(yīng)力與腐蝕的交
替作用下，致使裂紋向縱深方向發(fā)展，直至斷裂。
1．2．3 物理沖刷形成的腐蝕
沖刷腐蝕又稱為磨損腐蝕，是金屬表面與腐蝕
流體之間由于相對高速運動而引起的金屬損壞現(xiàn)
象，是材料受沖刷和腐蝕交互作用的結(jié)果，是一種危
害性較大的局部腐蝕。沖刷腐蝕在石油、化工、水電
等工業(yè)過程中廣泛存在 ，暴露在運動流體中的所
有類型的設(shè)備，都會遭受到?jīng)_刷腐蝕的破壞。在含
固相顆粒的雙相流中，破壞更為嚴重，它將大幅縮短
設(shè)備的壽命。
多相流沖刷腐蝕是一個非常復(fù)雜的過程 ，主
要影響因素可分為流體力學因素、材料因素、兩相流
體中的固相顆粒因素、液相方面的因素等4個方面，
這些因素交織在一起，影響材料沖刷腐蝕性能。
沖刷能加速傳質(zhì)過程，促進去極化劑(如氧)到
達材料表面和腐蝕產(chǎn)物脫離材料表面，并且會刮去
鈍化膜，從而加速腐蝕 。此外，沖刷的力學作用
是產(chǎn)生磨痕(或沖蝕坑)，若來不及修復(fù)則露出新鮮
的活性金屬表面，使痕內(nèi)外構(gòu)成腐蝕原電池而進一
步加速腐蝕。即使不存在表面膜，摩擦或沖刷除去
腐蝕產(chǎn)物也會露出新表面，磨損會增加表面粗糙度，
還會使表層發(fā)生塑性變形、位錯聚集或誘發(fā)微裂紋
使之處于高能區(qū)，在腐蝕原電池中成為陽極區(qū)，從而
加速材料的腐蝕。
2 防護對策及展望
2．1 外腐蝕防護措施
2．1．1 方法
(1)合理選材 “ 鈦及鎳鋁合金的耐腐蝕性
最好，鑄鐵和碳鋼較差，銅基合金如鋁青銅、銅鎳合
金也較耐蝕。不銹鋼雖耐均勻腐蝕，但易產(chǎn)生點蝕。
(2)電化學保護_i ～ 陰極保護是防止海水
腐蝕常用的方法之一，但只是在全浸 才有效?？?
在船底或海水中金屬結(jié)構(gòu)上安裝犧牲陽極，也可采
用外加電流的陰極保護法。
(3)涂層保護『1 在鋼材上加保護層既可以節(jié)
約材料，又可達到高防護性能。隨著抗靜電涂料和
重防腐蝕涂料的問世與不斷發(fā)展，涂層防護技術(shù)愈
來愈被白化行業(yè)所重視。工程中，一般采用耐腐蝕
性較高的合金鋼貴金屬(如鐵、鎳、鉻等)、涂料涂層
或其他非金屬材料作保護層。在鋼材表面進行熱噴
涂Al或A1系粉芯絲材可以起到很好的防護效果，
其使用壽命可提高10倍以上。若在粉芯中加人
A1203、Ni以及微量稀土元素，其防腐效果會更佳。
2．1．2 不同區(qū)域的特殊保護
根據(jù)不同的腐蝕環(huán)境，在某個區(qū)域可采用一種
或多種防腐蝕方法來達到最佳的保護效果_5]。
(1)灘涂區(qū)灘涂區(qū)的防腐蝕應(yīng)采用陰極保護
和涂層相結(jié)合的方法。
(2)海洋大氣區(qū) 海洋大氣區(qū)的防腐蝕多采用
涂層保護，也可采用鍍層保護或噴涂金屬層保護。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量采用無縫、光滑的管形構(gòu)件，
應(yīng)選用耐大氣腐蝕的材料，如海上平臺的生活模塊
應(yīng)盡量采用鋁合金、工程塑料及其他非金屬材料；導(dǎo)
管架、甲板、支撐件和鋼樁應(yīng)選用類似于ASTM
A537A C1 1鋼較為合適。
(3)飛濺區(qū)特殊保護對海洋金屬構(gòu)件，飛濺區(qū)
的腐蝕是最為嚴重的。當其他方法還不能確保成功
之前，增加結(jié)構(gòu)壁厚或附加防腐蝕鋼板是飛濺區(qū)有
效的防腐蝕措施。至今，為了防止腐蝕失效，有關(guān)規(guī)
范仍要求飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)要有防腐蝕鋼板保護，厚度達
13～l9 mm，并且要用防腐層或包覆層保護。含有
玻璃鱗片或玻璃纖維的有機防腐層可用于對飛濺區(qū)
結(jié)構(gòu)進行保護，其膜厚度為l～5 mm，厚度為250～
300 fm 的重防腐涂層在平臺飛濺區(qū)也能維持較長
的時間。
比較經(jīng)典的防護措施是使用包覆層。7O／30Ni—
Cu合金或90／10Cu—Ni合金已有較長的使用歷史。
用箍扎或焊接的方法把這種耐蝕的合金包覆在飛濺
區(qū)的平臺構(gòu)件上，有很好的防腐蝕作用。但由于容
易受沖擊破壞，并且材料和施工費用較高，現(xiàn)已較少
采用。包覆6～16 mm 的硫化氫丁橡膠效果也很
好，但不能在施工現(xiàn)場涂敷，應(yīng)用受到一定的限制。
熱涂層在海洋大氣中很好的防腐效果，在飛濺
區(qū)也有較好的防腐作用。通常在其表面上要涂封閉
層。對飛濺區(qū)進行保護時，必須了解金屬構(gòu)件周圍
的風浪情況，準確確定飛濺區(qū)的范圍。
(4)全浸區(qū) 全浸區(qū)的防腐蝕應(yīng)采用陰極保護
與涂層結(jié)合或單獨用陰極保護。當單獨采用陰極保
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第5期 鞠虹，等：油氣集輸管道在海洋環(huán)境中的腐蝕與防護 · 45 ·
護時，應(yīng)考慮施工期的防腐蝕措施。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，
形狀應(yīng)盡量簡單，宜選用環(huán)形斷面，避免L型、T型
斷面，不要設(shè)螺栓或鉚釘。焊接要采用連續(xù)焊，要特
別重視焊縫質(zhì)量。結(jié)構(gòu)設(shè)計還要盡量避免產(chǎn)生電流
屏蔽現(xiàn)象，施工完畢后不需要的管子應(yīng)盡量拆除。
2．2 內(nèi)腐蝕防護措施
2．2．1 采用耐腐蝕合金鋼
油氣田工業(yè)中主要采用碳鋼和低合金鋼。近年
來，耐蝕性能較好的馬氏體13Cr不銹鋼、22—25Cr
雙相不銹鋼等在含CO 的油井中的應(yīng)用也在逐漸
增多E ， ]。
直到2O世紀50年代末，輸送管道用鋼一直是
碳錳硅型的普通碳鋼，隨著管道斷裂事故的發(fā)生，為
了提高材料的綜合性能，認為應(yīng)控制含碳量，就以錳
代碳，進一步提高了管道的強度。后來美國開始以
釩、鈮、鉭作為鋼材的增強劑，發(fā)展了按API標準劃
分等級的X56、X60、X65號鋼，廣泛用作輸送管道
鋼管。上世紀70年代以來，推出了錳一鉬一銀型的
X7D號鋼，碳質(zhì)量分數(shù)控制在0．23 以下，具有較
好的綜合質(zhì)量指標，并可用于低溫條件下。在國外
用這種鋼材制造的鋼管已廣泛用于輸送管道。我國
管道直徑一般小于1 000 mm，在保證管道最小完全
壁厚的前提下，采用APIX56一X65強度級別的鋼管
再加上適當?shù)姆栏g措施，一般就能滿足需求。近
來，日本發(fā)明了TS52K新型的控扎管道鋼板，用于
制造油氣管道中CO 等介質(zhì)腐蝕嚴重的地方。
(1)馬氏體不銹鋼 常用的馬氏體不銹鋼碳質(zhì)
量分數(shù)為0．1 ～0．45 ，鉻質(zhì)量分數(shù)為12 9／6～
l4 9／6，屬于鉻不銹鋼，通常所說的馬氏體不銹鋼指的
是Crl3不銹鋼。這類鋼常用的典型鋼號有1Crl3、
2Crl3、3Crl3和4Crl3等，其特點是既有較好的強
度又具有耐蝕性。耐蝕原因主要是由于鋼中加入
鉻，提高了電極電位，從而使鋼的耐蝕性能大幅提
高，尤其是鉻質(zhì)量分數(shù)超過11．7 時，絕大部分鉻
都溶于固體中，使鋼電極電位躍增，基體的電化學變
化緩慢，當金屬表面被腐蝕時，會形成一層與基體金
屬結(jié)合牢固的鈍化膜，使腐蝕過程受阻，進而提高了
鋼的耐蝕性。
由于碳質(zhì)量分數(shù)越高其耐蝕性越差，因此，
1Crl3和2Crl3的耐蝕性優(yōu)于3Crl3和4Crl3，常
用1Crl3和2Crl3作為耐蝕的結(jié)構(gòu)鋼來制造含CO
等介質(zhì)的鋼管。
(2)鐵素體不銹鋼 常用的鐵素體不銹鋼的碳
質(zhì)量分數(shù)低于0．15 ，鉻質(zhì)量分數(shù)為12 ～13 ，
也屬于鉻不銹鋼，其典型鋼號有0Crl3、1Crl7、
1Crl7Ti、1Cr28等。由于碳質(zhì)量分數(shù)降低，鉻質(zhì)量
分數(shù)又相應(yīng)地提高，其耐蝕性、塑性以及焊接性均優(yōu)
于馬氏體不銹鋼。對于高鉻鐵素體不銹鋼，其抗氧
化性介質(zhì)腐蝕的能力較強，隨鉻質(zhì)量分數(shù)的增加，耐
蝕性會進一步提高，但這類鋼的強度比馬氏體鋼的
強度低。因此，選材時應(yīng)根據(jù)強度和耐蝕性兩方面
綜合考慮。
(3)奧氏體不銹鋼 在Cr質(zhì)量分數(shù)18 的
鋼中加人8 ～10 的Ni，就是18—8型的奧氏體不
銹鋼，典型鋼號1Crl8Ni9。由于Ni的加入，擴大了
奧氏體區(qū)域，從而在室溫下就能得到亞穩(wěn)的單相奧
氏體組織。這類鋼中含有較高的鎳和鉻，因而具有
比鉻不銹鋼更高的化學穩(wěn)定性，有更好的耐蝕性，而
且鋼的冷加工性和焊接性也很好，是目前制造輸送
油氣管道應(yīng)用最廣的一類不銹鋼。在有應(yīng)力的情況
下，在某些介質(zhì)特別是含氯化物的介質(zhì)中，常產(chǎn)生應(yīng)
力腐蝕破裂，而且溫度越高越明顯。
(4)雙相不銹鋼 所謂雙相不銹鋼是在其固溶
組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，一般含量
較少的相質(zhì)量分數(shù)也需要達到30 。在含C較低
的情況下，cr質(zhì)量分數(shù)在18 ～28 ，Ni質(zhì)量分數(shù)
在3 ～10 ，有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等
合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特
點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐
晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高 ，同時還
保持有鐵素體不銹鋼的475。C脆性、導(dǎo)熱系數(shù)高以
及具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度
高且耐晶問腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。
雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能 ]，也是一種節(jié)
鎳不銹鋼。
2．2．2 改變金屬的使用環(huán)境_1 j
(1)乙二醇和甲醇的作用 油氣管道中的冷凝
水是產(chǎn)生管內(nèi)腐蝕的直接因素，但向管內(nèi)加入單乙
基甘醇(MEG)、二乙基甘醇(DEG)和甲醇，能夠沖
淡游離水并防止水合物的生成，從而降低腐蝕速率。
在實踐中，乙二醇和一些緩蝕劑也可結(jié)合起來使用。
由于許多腐蝕數(shù)據(jù)都是從實驗室獲得，所以在實際
生產(chǎn)中人們最關(guān)心的是需加人多少緩蝕劑才能對金
屬起到完全的保護作用。
(2)pH 值的控制 從pH 值對FeCO。溶解度
的影響中可以看出，在pH值為6～7時，F(xiàn)eCO。的
溶解度可降低很多，故Fe 可在局部高pH 值下沉
積為FeCO。，這種FeCO。沉積物的不均勻性會引發(fā)
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石油化工設(shè)備 2010年第39卷
局部腐蝕，因此，必須人為地除去這些沉積物。向管
內(nèi)添加pH 值穩(wěn)定劑或同時使用水合物抑制劑在
EIF Aauitaince公司和挪威北海的里氟哥油田得到
了實際應(yīng)用，可使高達10～20 mm／a的腐蝕速率降
低到合乎要求的程度。
(3)溫度的控制 在80|c以內(nèi)，隨溫度升高，腐
蝕速率增大，因此降低溫度也是抑制管內(nèi)C() 或者
H S腐蝕的一種措施。在管道的前面溫度較高部
分使用無隔熱層的不銹鋼，后面溫度較低部分則使
用碳鋼管材。這種方法使得溫度降低的碳鋼部分有
較多的冷凝水，當直接接觸后其pH值為4，CO 的
分壓為0．5 MPa、溫度為30 C的條件下，腐蝕速率
為5～10 mm／a，則這一部分應(yīng)使用更耐蝕的涂層，
可降低腐蝕速率。
2．2．3 使用專用緩蝕劑
使用含有表面活性劑的緩蝕劑能夠達到一定的
緩蝕效果l2 ，對油氣生產(chǎn)和輸送過程中的腐蝕控
制起著重要的作用，而添加緩蝕劑可以有效、經(jīng)濟地
達到腐蝕控制的目的，尤其在長距離輸油、輸氣管道
上更是如此。
對油、氣、水共存體系，要求緩蝕劑無乳化作用
或乳化傾向小、無起泡傾向。緩蝕劑的乳化傾向嚴
重，將增加油水分離的技術(shù)難度和成本。緩蝕劑易
起泡，將增加氣液分離的技術(shù)難度和成本。環(huán)境保
護要求緩蝕劑低毒，此低毒緩蝕劑易于生物降解，在
生物體內(nèi)無殘留。在油氣水混輸過程中，要求緩蝕
劑與甲醇等防凍劑配合。在低溫條件下，要求緩蝕
劑流動性能好、不沉積、可以泵注且不引起管道堵
塞。在油氣水混輸過程中，要求緩蝕劑在水相中分
配系數(shù)高，起到緩蝕劑水相防腐。
2．2．4 電化學保護
從輸油氣管道中co。或者H。s腐蝕的機理得
知，此腐蝕過程在本質(zhì)上是一種電化學腐蝕。因此，
可以利用電化學方面的基礎(chǔ)知識對輸油氣管道進行
電化學保護，進而更好地抑制腐蝕介質(zhì)在其內(nèi)部的
腐蝕。在應(yīng)用電化學保護時，還要注意以下問題：①
在犧牲陽極的陰極保護中，犧牲陽極必須滿足有足
夠負值的穩(wěn)定電位，但負值又不宜過小，否則陰極上
會析氫并導(dǎo)致氫脆。要有高而穩(wěn)定的電流效率。原
料來源應(yīng)充足，價格低廉，不會引起公害。加工制造
簡單，具有合乎要求的力學性能。常用的犧牲陽極
材料是由鎂基、鋅基或鋁基的合金制造。② 要根據(jù)
實際情況來確定是使用外加電流保護法還是犧牲陽
極保護法。如果輸油氣管道內(nèi)大部分防腐狀況良
好、腐蝕輕微、僅有局部管段腐蝕點多且分散保護時
宜采用犧牲陽極保護方式。③ 陰極保護適用于中性
或堿性電解質(zhì)溶液中的金屬材料的腐蝕問題，使用
中也存在一些缺陷，如管內(nèi)中部的保護電流達不到
要求，不能起到保護作用，要采用聯(lián)合防腐的措施來
解決。
2．2．5 采用保護性覆蓋層
保護性覆蓋層指經(jīng)過相應(yīng)工藝處理 ，在金屬
表面形成一層具有抑制腐蝕的覆蓋層，可直接將金
屬和腐蝕介質(zhì)分離開，這是防止金屬腐蝕普遍采用
的一種方法。保護性覆蓋層分為金屬涂層和非金屬
涂層兩大類。對保護性覆蓋層有以下基本要求：結(jié)
構(gòu)緊密、完整無孔、不透過介質(zhì)、與基體金屬有良好
的結(jié)合力不容易脫落、覆蓋層具有高的硬度與耐磨
性、能均勻分布在整個被保護金屬表面。
(1)金屬涂層 大多數(shù)金屬涂層采用電鍍或熱
鍍的方法實現(xiàn)，還有的涂層用滲鍍、噴鍍、化學鍍等
方法形成。其他方法還有金屬包覆、離子鍍、真空蒸
發(fā)鍍及真空濺射等物理方法。
(2)非金屬涂層 騶 非金屬涂層絕大多數(shù)是
隔離性涂層，它的主要作用是把金屬材料與腐蝕介
質(zhì)隔開，防止鋼材因接觸腐蝕介質(zhì)而遭受腐蝕。這
類涂層致密、均勻，并與金屬基體結(jié)合牢固，因此在
石油和天然氣行業(yè)的金屬腐蝕與防護中應(yīng)用極其廣
泛。非金屬涂層可分為無機涂層和有機涂層。無機
涂層包括搪瓷或玻璃涂層、硅酸盆水泥涂層和化學
轉(zhuǎn)化膜涂層 j。常用的涂料有環(huán)氧樹脂防腐漆、
酚醛樹脂改性的環(huán)氧樹脂漆、聚氨基甲酸脂防腐漆
和環(huán)氧聚氨醋漆。這些防腐漆還常添加一些特殊填
料，它們除了隔離腐蝕介質(zhì)外，還具有化學緩蝕作
用，有時借助涂料中某些成分與金屬的化學反應(yīng)，使
金屬表面鈍化或形成保護膜，也有緩蝕的效果，或者
這些成分發(fā)生電化學保護作用。常用的填料有磁性
氧化鐵粉末、鋅粉、玻璃鱗片及活性石棉粉[2。 。
使用中應(yīng)當注意涂層厚度的均勻性，整個涂敷
表面應(yīng)當100 無針孔，否則管道內(nèi)表面上會形成
小陽極大陰極的腐蝕電池導(dǎo)致金屬管道內(nèi)部遭受局
部腐蝕。
此外，管道內(nèi)壁加一層襯里，使襯里直接粘結(jié)在
管道內(nèi)表面上，這樣也可以達到防腐的效果。襯里
的類型有：① 橡膠襯里(分為軟橡膠、硬橡膠和半硬
橡膠)。② 塑料襯里(聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、
聚四氟乙烯、尼龍、丙烯酸樹脂、聚氟乙烯等)。③玻
璃鋼襯里。④ 搪瓷襯里。
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第5期 鞠虹，等：油氣集輸管道在海洋環(huán)境中的腐蝕與防護
2．2．6 電偶效應(yīng)的抑制
在我國金屬管道的腐蝕控制中大多忽視了對電
偶效應(yīng)的抑制，其實電偶效應(yīng)的抑制也是金屬輸油
氣管道防腐的一項重要措施，已經(jīng)引起國內(nèi)外的重
視，尤其是介質(zhì)中含有CO 氣體時。
(1)電偶效應(yīng)機理 兩種不同的金屬浸在電解
質(zhì)溶液中時，由于兩者自然電位的不同產(chǎn)生了電位
差。兩者相接觸時，較低電位金屬中的電子就要向
高電位金屬流動，與此同時，在電位較低的陽極金屬
表面發(fā)生氧化反應(yīng)，在電位較高的陰極金屬表面發(fā)
生還原反應(yīng)。在這一過程中，電位較低的陽極金屬
腐蝕就要加劇，這一現(xiàn)象稱電偶效應(yīng)，由電偶效應(yīng)引
起的腐蝕稱為電偶腐蝕(或異種金屬接觸腐
蝕)E 39,4o]。
(2)控制金屬管道內(nèi)電偶腐蝕措施 ,39,40] 管
道系統(tǒng)盡量選用單一材料，避免用復(fù)合材料進行組
合，如必須選用復(fù)合材料時，應(yīng)選電極電位相接近的
材料。管道系統(tǒng)所用的焊接、鉚釘、螺栓和螺母等材
料的電極電位要比被保護的金屬高。接觸的異種金
屬之間要用電氣絕緣，或者選用絕緣性粘合劑進行
粘合。注意陽極面積不能太小，不能將面積小的陽
極與面積大的陰極材料相接觸。在管道內(nèi)表面進行
涂層時，可在陰極表面進行涂敷，但不能涂敷陽極。
如果涂敷陽極，一旦出現(xiàn)針孔，陽極面積就變得很
小，就會產(chǎn)生集中腐蝕，使管道系統(tǒng)處于危險狀態(tài)。
在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，選用易于更換的犧牲陽極材料。
采用電氣防腐，該方法對各種材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)都適
用。即使在使用其它方法不能充分減少異種金屬接
觸的場合下，電氣防腐方法也有很好的效果。電極
極化性能對電偶腐蝕也有很大的影響。如極化大，
即使開路電位差大，腐蝕也不大；反之，如極化小，電
位差雖不大，也能促進陽極腐蝕。
3 展望
到目前為止，對于海洋油氣集輸管道防護措施
的研究工作雖然已經(jīng)取得了很大的進展，但是仍然
存在許多難題。以噴涂防腐為例，管匯結(jié)構(gòu)空間狹
小和一些小的部件無法用機械噴涂，只能采用手工
涂刷，施工質(zhì)量難以控制。一些小容器的內(nèi)防腐，因
人無法進入，現(xiàn)場噴涂較難操作，這方面的技術(shù)急需
突破。此外，工廠化預(yù)制的裝置在現(xiàn)場連接的補口
防腐保溫技術(shù)需要深入研究，現(xiàn)場焊接時的接口和
補口的外防問題還有待解決，一些內(nèi)防腐的使用效
果也有待時間的檢驗，內(nèi)噴涂設(shè)備有待改進提高。
因此，研究海洋油氣集輸管道的腐蝕問題和防護措
施任重而道遠，許多防護手段中細節(jié)和難關(guān)的攻克
對減少腐蝕造成的危害及損失具有重要的意義。海
洋油氣集輸管道防護措施的開發(fā)具有廣闊的發(fā)展和
應(yīng)用前景。
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第39卷第5期
2010年9月
石油化工設(shè)備
PETRO CHEMICAI EQUIPMENT
Vo1．39 No．5
Sept．2O10
文章編號：1000—7466(2010)05 0048 05
電場強化氣體對流傳熱研究進展與場協(xié)同原理
陳志靜
(茂名學院機電工程學院，廣東茂名 525000)
摘要：全面論述了國內(nèi)外利用電水動力學強化氣體對流傳熱的研究進展情況，分別從理論和實驗
兩個方面分析電暈放電對電水動力學強化傳熱的影響，指出了當前研究中的問題，對以后的研究提
出了建議。介紹了場協(xié)同原理及應(yīng)用該原理分析電場作用下通過流場和溫度場的協(xié)同進行強化傳
熱的問題。
關(guān)鍵詞：電水動力學；電暈放電；對流傳熱；場協(xié)
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收稿日期：2010-04—26
作者簡介：陳志靜(】984)．男．安徽蚌埠人，助教，碩 f==，從事強化傳熱與節(jié)能技術(shù)的研究。

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