油气管道及其腐蚀教材课件

油气管道及其腐蚀油气管道的防腐技术油气管道的防腐技术油气管道的检测技术油气管道的检测技术 油气管道的腐蚀机理油气管道的腐蚀机理油气管道腐蚀背景及意义油气管道腐蚀背景及意义油气管道的发展现状及趋势油气管道的发展现状及趋势我国油气管道未来技术展望我国油气管道未来技术展望目录目录1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%。截至2004年底，全世界油气管道干线长度已超过200104km。1.世界油气管道基本现状及特点世界油气管道基本现状及特点一、油气管道的发展现状及趋势2图图1 美国油气管道管网示意图美国油气管道管网示意图图图2 俄罗斯油气管道管网示意图俄罗斯油气管道管网示意图成品油管道天然气管道原油管道成品油管道天然气管道原油管道图图3 我国油气管道管网示意图我国油气管道管网示意图一、油气管道的发展现状及趋势3 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。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中国油气管道现状及发展历程4二、油气管道腐蚀背景及意义目前，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油气管道的安全，成为越来越突出的问题。1 1、课题的提出、课题的提出Reference:http:/ 所以分析油气管道分析油气管道腐蚀的原因，研究腐蚀的原因，研究管道腐蚀的原理管道腐蚀的原理显得尤为重要。Reference:http:/ 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，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。重要课题。二、油气管道腐蚀的背景及意义2 2、研究的背景、研究的背景101）腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素美国45%管道损坏是由于外壁腐蚀引起的；19811987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12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。3 3、研究的意义、研究的意义二、油气管道腐蚀背景及意义所以，分析油气管道腐蚀的原因分析油气管道腐蚀的原因，研究管道腐蚀的原理研究管道腐蚀的原理显得尤为重要。-意义重大！意义重大！Reference:http:/ 1）外腐蚀环境）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 2）内腐蚀环境）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；三、油气管道的腐蚀机理1.1.油气管道腐蚀环境：油气管道腐蚀环境：12三、油气管道的腐蚀机理2.2.油气管道腐蚀机理：油气管道腐蚀机理：细菌腐蚀电化学腐蚀腐蚀腐蚀化学腐蚀气体腐蚀气体腐蚀非电解质溶液非电解质溶液中的腐蚀中的腐蚀硫酸盐还原硫酸盐还原菌腐蚀导致菌腐蚀导致原电池腐蚀原电池腐蚀电解腐蚀电解腐蚀131 1）化学腐蚀）化学腐蚀（整个金属表面的流失比较均匀，一般腐蚀较轻）（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。三、油气管道的腐蚀机理 3.具体腐蚀过程具体腐蚀过程(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。142）电化学腐蚀）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：三、油气管道的腐蚀机理(1 1)原电池腐蚀原电池腐蚀 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：情况一情况一：新旧管线连接时引起的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。情况二情况二：不同金属成分连接引起的。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。情况情况三：三：金属物理状态不均匀引起的。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。情况情况四：四：由金属表面差异引起的。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。15情况情况五：五：产生微电池。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。三、油气管道的腐蚀机理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腐蚀穿孔的主要原因。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：FeFe2+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16情况六情况六：由氧浓度差引起的由氧浓度差引起的。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，在氧浓度大氧浓度大的部位金属的电极电位高，是金属腐蚀的阴极阴极；氧浓度小氧浓度小的部位，金属电极电位低，是腐蚀电极的阳极阳极，遭受腐蚀。主要有以下两种情况：三、油气管道的腐蚀机理(1)管道在土壤中埋的深浅不同。管道上部分接近地面,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。172.2 2.2 电解腐蚀电解腐蚀 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。三、油气管道腐蚀机理 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。流入流入（受保护）（受保护）流出流出（受腐蚀）（受腐蚀）18 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。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。三、油气管道的腐蚀机理193）细菌腐蚀）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。三、油气管道的腐蚀机理案例：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。20 （1 1）水及其中的溶解物。）水及其中的溶解物。干燥的气体不易和钢发生直接的化学腐蚀反应，而是通过凝结水膜，在有害气体如H2S、SO2、CO2、O2等的作用下，形成了腐蚀原电池的反应。在中性或微酸性溶液中，溶解氧是促进腐蚀的有害成分，即使是在氧浓度很低的情况下，也能引起严重的腐蚀。（2 2）微生物。）微生物。与腐蚀有关的微生物主要是细菌类，其中最主要的是直接参与自然界S、Fe循环的细菌，即硫氧化细菌、硫酸盐还原菌、铁细菌等。腐蚀往往是多种微生物共生、交互作用的结果。三、油气管道的腐蚀机理 3.影响管道腐蚀的因素影响管道腐蚀的因素21四、油气管道腐蚀检测技术管道检测技术主要包括内腐蚀检测技术和外腐蚀检测技术两种：1 1.内腐蚀检测技术内腐蚀检测技术内腐蚀检测技术主要是针对管道内壁几何形状（如壁厚的腐蚀减薄、椭圆度、弯曲、环焊缝等）的变化来进行测量和分析的，其主要包括漏磁通法、超声波法、涡流检测法和激光检测法等。其中使用较为广泛是漏磁通法和超声波检测法。2.2.外腐蚀检测技术外腐蚀检测技术外腐蚀检测技术是对阴极保护进行检测，通过检测出的参数来判断管道防护层的损坏程度，从而可对管道受腐蚀的情况进行了解。如：RD400-PCM检测法22四、油气管道腐蚀检测技术基本原理如图1：钢管中因腐蚀而产生缺陷处的磁导率远小于钢管的磁导率；钢管在外加磁场作用下被磁化，当钢管中无缺陷时，磁力线绝大部分通过钢管，此时磁力线均匀分布；当钢管内部有缺陷时，磁力线发生弯曲，并且有一部分磁力线泄漏出钢管表面，检测被磁化钢管表面逸出的漏磁通，就可判断缺陷是否存在，通过分析磁敏传感器的测量结果，即可得到缺陷的有关信息。优点：适用于中小型管道的细小缺陷检测，操作简单、检测速度快、检测费用较低，对管道输送的介质不敏感，可以进行油气水多相流管道的腐蚀检测，可以覆盖管道的整个圆周。缺点：容易产生虚假信号，检测灵敏度低。不能检测轴向缺陷。23Reference:石永春,刘剑锋,王文娟,管道内检测技术及发展趋势.工业安全与环保,2006,32(8):46-48.四、油气管道腐蚀检测技术超声波检测超声波检测是用灵敏的仪器接收和处理采集到的声发射信号，通过对声发射源特征参数的分析和研究，推断出材料或结构内部活动缺陷的位置、状态变化程度和发展趋势。基本原理基本原理如图2所示。该方法是利用超声波的脉冲反射原理来测量管壁腐蚀后的厚度，检测时将探头垂直向管道内壁发射超声脉冲，探头首先接受到由管壁内表面的反射脉冲,然后超声探头又会接受到来自管壁外表面的反射脉冲，这两个反射脉冲之间的间距反映了管壁的厚度。优点：测量精度高,被测对象范围广、检测数据简单，适用于大直径、厚管壁管道的检测；能够准确检测出管道的应力腐蚀破裂和管壁内的缺陷如夹杂等。因因此超声检测技术是国内外应用最广泛、此超声检测技术是国内外应用最广泛、使用频度最高且发展最快的一种无损检使用频度最高且发展最快的一种无损检测技术。测技术。24Reference:石永春,刘剑锋,王文娟,管道内检测技术及发展趋势.工业安全与环保,2006,32(8):46-48.中国特种设备检测研究院（CSEI)压力管道事业部顺利完成中石化茂名石化分公司某输油管线变形及腐蚀内检测工作，取得阶段性成果。腐蚀检测器发球腐蚀检测器发球Reference:http:/ 此方法成本低，效果较好，既可在单井井口加，也可以在管道系统内加。在一些以SRB 腐蚀为主的油套管内，加杀菌剂可有效防腐。（2）加缓蚀剂 加缓蚀剂是减少腐蚀的主要方法之一，大部分缓蚀剂具有成本低、性能稳定、功能性强、效果明显的特点。2.2.表面处理技术表面处理技术 良好的基层是防腐工程的基本保证，长期生产实践证明：除锈质量好的比除锈质量差的或未经除锈处理的防腐涂层的使用寿命要长35倍。因此，在防腐施工之前，必须将钢管、容器表面的氧化皮、铁锈彻底除掉。五、油气管道防腐方法27五、油气管道防腐方法3.3.涂层防腐蚀技术涂层防腐蚀技术 涂层是防止管道腐蚀最基本同时也是最有效的措施之一。涂层可以有效阻止金属与外界物质的化学反应或电化学反应的进行，从而达到防止金属腐蚀的目的。常用的涂层类型有：熔结环氧粉末防腐层；双层（胶粘剂+聚乙烯）、三层PE（环氧粉末+共聚物+聚乙烯）防腐层；煤焦油瓷漆防腐层（底漆+瓷漆+内外包扎带）；石油沥青防腐层等。4.4.阴极保护法阴极保护法 阴极保护有两种方法：牺牲阳极法和强制电流保护法。对于大口径的长输管道，国内多采用强制电流为主、牺牲阳极为辅的阴极保护方法。28经过几十年的艰苦发展，我国石油和天然气行业腐蚀与防护技术已经取得了显著成绩，未来的发展方向主要有以下几点：未来的发展方向主要有以下几点：（1）深化阴极保护和防腐层选材等应用技术，开发新型防腐层材料。进一步加强导向性的应用基础研究，加强预防性防腐蚀生产管理，提高管理决策水平。（2）深入研究埋地管道防腐层修复技术，加快检测、监测技术的更新换代，完善环境腐蚀开裂的评价及应用技术。（3）开发、应用钢筋混凝土设施保护新技术。随着海洋和滩涂油气田的快速开发，混凝土钢筋的腐蚀已日趋明显。国外在此方面已发展了相应的防腐层技术、阴极保护技术及缓蚀剂技术。目前应用较多的有阴极保护技术，特别是开发了多种结构的阳极新材料，得到较好的应用。（4）开展CO2腐蚀与防护技术的深入研究。我国需加快CO2腐蚀机理、测试技术、评价技术、应用技术的研究，引进国外的先进技术，加快此方面的技术发展。六、我国油气管道未来技术展望29请老师和同学批评指正！请老师和同学批评指正！THANKTHANK YOUYOU！