西气东输油气管道腐蚀分析

西气东输油气管道的的腐蚀与防护•PPT演讲：柴瑞•查阅资料：白雨泽，张浩川，魏盛强•论文撰写：唐俊，温洋•PPT制作：柴瑞，温洋一般油气管道的防腐措施输油管道在正常的运输过程中，会受到诸多因素的影响，经常会出现管道腐蚀的问题，由于输油管道铺设以后，地质构造与自然环境的影响比较大，而且，如果产生腐蚀，则管道的性能会产生巨大的变化。因此，一定要对具体的原因加以分析，确定各种预防腐蚀的措施，尽量延长石油管道的寿命，使得输送工程更加顺利。一般油气管道的防腐措施一般油气管道的防腐措施1输油管道腐蚀原因分析现阶段，我国的输油管道大多采用金属材料制作而成的，按照具体的腐蚀位置大体可为内壁的腐蚀与外壁的腐蚀。腐蚀的部位不一样，导致其腐蚀的主要原因也具有较大的差异。首先，管道外壁的腐蚀一般是由于二氧化碳与硫化氢和管道的金属发生化学反应而引起的。化学性的腐蚀指的是仅由化学作用引发的腐蚀。土壤里包含着一定数量的腐蚀介质，这些介质极易在管道的外表形成一层腐蚀膜。对于管道的大范围外表面与其腐蚀膜接触十分紧密，而且金属管道中的局部区域含有一定的孔隙，因此，腐蚀的介质则会经过这些孔隙，透过腐蚀的生物膜，到管道的外表，进而产生部分区域的腐蚀现象。一般油气管道的防腐措施其次，引起管道内壁的腐蚀通常因为输送的介质里包含着的少许水份在管道的金属内壁变成水膜，逐渐形成原电池的腐蚀条件，最后产生了电化学的腐蚀。相比化学性的腐蚀，电化学的腐蚀原因是形成了原电池引发的。实质上，在电解质溶液与金属相互接触的时候，因电化学的作用引发的腐蚀现象。如果输送的介质里带有一定量的水分时，加之金属的管道自身含有不同程度的杂质，而铁元素和杂质元素其电位存在差异，这会导致如同放于等离子的溶液里形成原电池一样，因为铁和杂质接触较为紧密，电化学的腐蚀现象会不断发生，从而加快了石油管道内壁腐蚀的进程。一般油气管道的防腐措施2检测管道腐蚀的方法2.1漏磁检测法漏磁通法检测仪器是现阶段使用最为常见、技术比较完备的检测设备，它的作用主要是在石油管道穿孔以前描述或者确定因腐蚀产生的壁厚状况，而且也可以测出管道壁本身的皱褶、凹痕等因腐蚀造成的外形特征。漏磁通法的检测仪器大体包括三个模块，即探测漏磁的传感模块、仪器模块、电池模块。这种检测方法主要基于铁磁材质具有高磁导率的特性。它的检测原理：钢管里由于发生了腐蚀形成的缺陷点的磁导率远远小于正常钢管的磁导率，受到了外界的磁场影响，钢管会被磁化。在钢管内没有任何缺陷的时候，很多的磁力线会经过钢管，这时的磁力线呈现均匀分布的特征，如果钢管的内部含有缺陷，则磁力线会变得更加弯曲，且有一些磁力线泄漏于钢管的外表，如果检测出被磁化的钢管外表逸出的漏磁通，则可以断定缺陷存在与否。一般油气管道的防腐措施检测原理图示一般油气管道的防腐措施2.2超声波裂纹检测器超声波检测法的特征主要：优势：其一，精度比较高数据信息简单，不用校验，十分适用于计算管道最大输送的压力方面，检测以后，可以确认管道的应用期限与维修方案；其二，适合直径比较大、厚管壁的检测，其三，以检测管道应力腐蚀的破裂与管壁内的缺陷。其四，超声波的检测方法花费的成本比较小，且应用方便，尤其适合检验偏厚的管道。缺陷：一是检测的时候通常需要借助声波的介质，如水或油质；二是需要液体耦合剂；三是对偏薄的管道其环缝的缺陷检测较难。一般油气管道的防腐措施一般油气管道的防腐措施一般油气管道的防腐措施3不同地质条件下管道腐蚀与防护研究3.1影响管道安全性因素为了实现石油管道工程防腐设备的高质量、高效率地使用，技术人员在石油管道工程建设过程中应当充分了解管道防腐技术，结合实践经验，对防腐设备的使用性能和石油管道工程建设的特点深入分析。施工单位在施工过程中应当重视经济效益和社会效益，防止盲目追求管道防腐设备的使用效率，降低工作人员长时间地超负荷工作。这种忽视管理石油管道防腐问题的行为和不愿支付高额的石油管道防腐问题的解决费用使得石油管道工程建设管道防腐设备受侵蚀的问题比较严重，其使用寿命和使用效能大打折扣。虽然为了保证石油天然气管道在使用过程中具有高度安全性和可靠性，在管道的外层设置了防腐绝缘层，然而在实际使用过程中，防腐绝缘层会很容易出现开裂情况，导致石油天然气管道与外界环境直接接触，如土壤、空气等，管道很容易被腐蚀。当石油天然气管道暴露在外界环境中，会因为腐蚀问题导致管道壁厚减薄，同时管道也会在各种压力的作用下出现变形和破裂，继而引发严重安全事故。一般油气管道的防腐措施一般油气管道的防腐措施3.2管道腐蚀3.2.1电流腐蚀大地的土壤中有各种各样的离子，说明其是一个复杂的电化学系统，埋在土壤中的管道涂覆有涂层时，不施加任何保护，一旦发生管道涂层缺陷或剥落的，管道本身将直接与接触大地，形成电化学结构。管道是阳极，土壤是阴极，管道将以电池原理产生电化学腐蚀。因为管道在不同的土壤其含氧程度、压力、离子浓度等情况不一，当在不同的土壤条件下管道防腐外层脱落时，有可能产生电偶腐蚀，在这种条件下腐蚀电池阳极和阴极都在管道上。这时存在杂散电流，管道的阴极保护的平台要被破坏，因为杂散电流产生的条件中，土地作为导体形成电流回路，也就是说杂散电流跟着阴极保护电流叠加在土壤和管道中传播。一般油气管道的防腐措施通过电流叠合原理可知，杂散电流能够增强阴极保护的效果条件是其电流的方向和阴极保护电流方向是相同的;但是两种电流方向相反时，就会降低原先的保护程度。现在我们用具体的电压数据来说明:当杂散电流进入点旁边的电压比管道电压小－0.74V，说明管道是在保护的环境中的;相反，则管道是在欠保护的环境中。杂散电流的强度与杂散电流流入点和管道附近电位绝对值成正比，他们的值越大管道被腐蚀的情况就越强。一般油气管道的防腐措施3.2.2电化学腐蚀在油田管道内部，腐蚀介质包含了水、原油和伴生气。原油含水量高达40%～90%，腐蚀主要和介质的含水量相关。由于各地区采出水水质情况不同，而且同一地区不同区块的水质差别各异，以及原油脱水工艺及处理效率的差异，水中的主要指标在不同时期的测定结果变化较大。以某些区块采出水为例进行水质检测，分析影响含水油管道使用寿命的影响因素。由采出水水质分析结果来看，水型以CaCl2为主,兼有Na2SO4,NaHCO3等，NaHCO3,Na2SO4型地层水以富含SO4(2－),HCO3为主，CaCl2型地层水以富含Cl－等离子为主，水中矿化度、氯根含量高。含水油管道发生穿孔部位，主要是由局部腐蚀导致，多种因素共同作用是管道内腐蚀严重、使用寿命短。一般油气管道的防腐措施3.2.3化学腐蚀管道的化学腐蚀是指管道的表面与土壤等非电解质直接发生纯化学反应作用而引起的破坏。在化学腐蚀过程中，电子的传递是管道与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。但单纯化学腐蚀的例子是很少的见的，很多金属在空气中的氧作用，在金属表面而形成一层氧化物薄膜，表面膜的性质对于化学腐蚀速率有直接的影响。他作为保护层而具有保护作用，首先必须是紧密的、完整的。以金属在空气中氧化为例，只有当生成的氧化物膜把金属表面全部遮住，即氧化物的体积大于所消耗的金属的体积时，才能保护金属不至于进一步被氧化。否则，氧化膜就不能够盖没整个金属表面，就会成为多孔疏松的膜。一般油气管道的防腐措施3.3管道的防腐措施3.3.1涂层保护由于埋地管线是在土壤的介质中进行工作，要防止土壤中成分的腐蚀，需要对管线外涂防腐层，隔离管线金属表面和土壤，通过提高防腐电池回路电阻，起到有效的防腐蚀保护。涂层材质可以选择绝缘性能较好、材质坚固的，有效抗击微生物腐蚀、电绝缘等。一般油气管道的防腐措施3.3.2管线敷设质量管线敷设质量的检测一般是通过人工进行，检查的注意问题有:防腐层是否出现剥离;管线材质规格是否与敷设要求一致;管线的中间部位是够存在翻新的不良现象等，通过人工仔细的检查，来控制管线的质量不达标现象。一般油气管道的防腐措施3.3.3阴极保护利用电化学原理中的阴极保护，也可以很好的防止管油田管道的腐蚀。一般阴极保护是通过两种方式来实现的:a牺牲阳极法，具体操作方式是选择管线外面点位更负的金属，例如铝合金、镁合金等，以此作为外涂层的材质，利用新的外涂层可以产生新的电化学反应。真实的管油田管道材料电池的阳极比外涂层材料的阳极要低，两者相比较之下，管道成为了阴极，就可以起到防腐蚀的作用;b外加电流阴极保护腐蚀法，具体操作步骤是首先将外加的电源负极直接连接在需要保护的金属上，这样电源的正极和辅助阳极就连接在一起，形成电流。通过外加电源和辅助阳极之间的点位差，与牺牲阳极和管道内的点位差进行比较，得出前者低于后者的结论，从而可以起到保护管油田管道的阴极作用。该方式的最大优点就是拥有较长的保护距离以此保护电流，同时不会对金属造成任何的消耗。当然该方式最大的缺点就是外设电源的持续和维护性，脱离的外设电源，是无法实现的。一般油气管道的防腐措施3.3.4内防腐技术针对集油管道腐蚀情况，设计使用特加强级防腐标准，在施工过程中严格控制施工质量，严格执行质量检测，使管道经过内除油、除垢、在线喷砂除锈、风送内挤涂等工艺，将环氧玻璃纤维复合防腐材料完整、均匀的涂覆在管道内壁，在内壁形成厚度≥1mm的连续、平整、光滑、坚硬的内衬防腐层，防腐层连续，表面光洁、平整、无气泡。西气东输管道规划及其防腐措施西气东输管道规划及其防腐措施1线路走向该管道横贯我国东西,起点是塔里木的轮南,终点是上海市西郊的白鹤镇,自西向东途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、上海等9个省(区)市,全长4167公里。全线按地形地貌等划分,大致可分为4段:(1)轮南———武威线路1993km,大部分地区为平原、台地和高原、戈壁,沿线基本傍公路,大部分有铁路伴行,交通运输条件好。总体看来,该段建设条件好,便于施工。(2)武威———靖边线路长592km,地势平坦,基本为黄土高原地区,局部有沙漠(甘塘附近),有黄河穿跨越工程,该段线路大部分地段有公路伴行,建设条件较好。(3)靖边———郑州线路长692km,该段基本为山区,局部有黄土,翻越吕梁山和太行山两座大山,两次穿跨越黄河。总之,该段施工条件差。西气东输管道规划及其防腐措施(4)郑州———上海线路长890km,为平原地区,水网密集,大、中型城市较多,穿跨越铁路和公路频繁,施工工程量较大,大部分地段有公路伴行,总体施工条件好,其中的难点为管道穿越长江,水面宽、水深,施工相对困难。西气东输管道干线共穿跨越长江、黄河等大型河流6次,中型河流穿跨越542次,干线公路542次,干线铁路46次,新建公路长度224km,扩建公路长度266km。线路截断阀室190座,预留头阀室14座。由于西气东输管道经过靖边,通过同陕京管道相连,一方面可增加了长庆气田供气的灵活性,不需再建支线即可实现向北京和上海供气的调配;另一方面还将陕甘宁气区和塔里木气区串在一起,可实现北京和上海多气源供气,从而保证两大城市的供气安全性。西气东输管道规划及其防腐措施2.1防腐蚀的环境及工程特点从防腐蚀工程的角度出发,西气东输管线途经的地理环境及工程有以下几个特点:(1)途经的土壤环境复杂,环境腐蚀性差别比较大。(2)存在着强、较强的腐蚀区(如沼泽区,盐渍土区等)。(3)存在着高电阻率的地区(如石方区、砂石区等),有的高达几百Ψ·m。(4)由于要经过一些大城市、工业区或人口稠密区,将有可能存在着各种杂散电流腐蚀。(5)整个工程管线将有多处河流、公路等穿越,这些环境对保护提出特殊要求。需指出的是本工程的一个突出特点之一就是管线的口径大,这无论对防腐蚀工程设计,还是对防腐蚀工程施工均需有特殊的考虑及新的问题需要探讨。西气东输管道规划及其防腐措施3.1.1防腐原则及措施该长距离输送管线由于管输介质是处理后的介质,腐蚀性不强,所以主要考虑外壁的保护。外壁保护原则是采用外防腐涂层与阴极保护相结合的联合保护方式,并根据不同的环境腐蚀性等特点,因地制宜地采用不同的保护方案。西气东输管道规划及其防腐措施3.1.2防腐层保护防腐层保护是基础,所以防腐层的正确选用和施工将关系到整个管线