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對硫化氫二氧化碳腐蝕天然氣管道如何防護(hù)的探討

文檔作者：王安寧何長樂文瑞文檔來源：長慶油田公司第三采氣廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月30日
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上一篇：對油田集輸管道腐蝕監(jiān)測與防護(hù)的對策研究

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2014 年9 月
對硫化氫、二氧化碳腐蝕天然氣管道如何防護(hù)的探討
王安寧何長樂文瑞（長慶油田公司第三采氣廠）
摘要：本文主要介紹天然氣生產(chǎn)過程中伴生的硫化氫、二氧
化碳對輸氣管道的腐蝕機(jī)理和近年來油氣企業(yè)應(yīng)用于天然氣管
道的幾種常用防腐技術(shù)的基礎(chǔ)上，對我國伴生硫化氫、二氧化碳
氣田管輸防腐工藝進(jìn)行綜述，提出添加藥劑的內(nèi)防腐技術(shù)。
關(guān)鍵詞：腐蝕；防腐機(jī)理；防腐技術(shù)；防腐探討
引言
在自然界中，除少數(shù)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬（如Au、Pt）外，其它性
質(zhì)活躍的金屬在酸性環(huán)境下都會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致固態(tài)的
金屬單質(zhì)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的金屬離子被侵蝕掉，這種現(xiàn)象叫金屬腐
蝕。輸氣管道被蝕漏后會造成天然氣泄漏、污染環(huán)境，遇明火會
爆炸、引起火災(zāi)，造成惡性事故。嚴(yán)重威脅企業(yè)及人民的生命安
全，給國家和人民造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，2013年11月22日，發(fā)生
在我國山東青島的油氣管道泄漏爆炸事故就是管道腐蝕泄漏的
典型案例，它造成了62人死亡和30多億的經(jīng)濟(jì)損失，因此作好天
然氣管道的防腐蝕工作是非常有必要的。
一、硫化氫、二氧化碳對輸氣管道腐蝕的成因及類型
干硫化氫、二氧化碳?xì)怏w不會對金屬管道產(chǎn)生腐蝕，但是它
們?nèi)苡谒缶托纬闪怂嵝缘腍+離子，在天然氣生產(chǎn)過程中伴生
出的硫化氫、二氧化碳溶于伴生出的水后產(chǎn)生H+離子，通過沖刷
管道壁與Fe單質(zhì)反應(yīng)，生成H2氣及游離態(tài)的Fe+ 離子，對管道
產(chǎn)生腐蝕。降低管道的應(yīng)力，加快管道的老化，增加安全隱患。
硫化氫、二氧化碳對輸氣管道的腐蝕有以下幾種類型：
1. 均勻腐蝕是由于天然氣中含有一定的水汽，水汽凝結(jié)在管
壁形成水膜, 硫化氫和二氧化碳等酸性氣體溶于水膜中, 對管
道產(chǎn)生腐蝕;
2. 管道鋼在氣相和液相環(huán)境中都有可能發(fā)生坑蝕, 如管壁
腐蝕物不均勻、硫及多硫化物的沉積、腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜部分出
現(xiàn)結(jié)晶剝裂，在不均勻及剝裂處可能產(chǎn)生坑蝕，形成沙眼。
3. 在含濕硫化氫的天然氣介質(zhì)中應(yīng)力腐蝕主要是硫化物應(yīng)
力腐蝕開裂, 硫化氫水解后吸附在鋼表面的HS- 會加速陰極
放氫, 從而導(dǎo)致材料韌性下降、脆性增加, 在應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料
屈服強(qiáng)度的情況下發(fā)生滯后斷裂; 形成氫脆。
4. 二氧化碳對鋼材的腐蝕主要是天然氣中的二氧化碳溶于
水生成碳酸而引起電化學(xué)腐蝕所致, 同硫化氫一樣, 只有與水
共存時, 二氧化碳才會腐蝕鋼材, 二氧化碳水溶液對鋼材的腐蝕
存在多種不同的形式, 其腐蝕速度也不相同, 可能出現(xiàn)的腐蝕
類型是: 無碳酸鹽覆蓋膜情況下的均勻腐蝕、有碳酸鹽覆蓋膜
情況下的均勻腐蝕、流動引起的臺面狀腐蝕、無膜區(qū)局部腐蝕
等。
二、天然氣管道的防護(hù)機(jī)理及常用防腐蝕技術(shù)
1．金屬管道的防腐機(jī)理
金屬管道的防腐蝕的方法很多，目前主要使用的方法有兩種
（1）是作防護(hù)膜，把被保護(hù)金屬與腐蝕介質(zhì)隔開，（2）是改善腐蝕
環(huán)境使用電化學(xué)保護(hù)等。
2. 常用防腐技術(shù)及局限性
目前在國內(nèi)處理輸氣管道防腐的技術(shù)主要有（1）管道做內(nèi)防
腐( 一般為環(huán)氧粉末內(nèi)涂層)（2）作陰極保護(hù)兩種方式。
管道內(nèi)防腐的局限性主要表現(xiàn)在：
①、管道做內(nèi)防腐對施工過程中如沖洗、除銹、清洗、磷化、干
燥、內(nèi)涂裝及現(xiàn)場襯里等各個環(huán)節(jié)的工藝要求較為嚴(yán)格, 施工質(zhì)
量難以控制。特別是異形管的內(nèi)防腐處理質(zhì)量就更難保證了。
②、管道內(nèi)防腐涂料易脫落。
內(nèi)防腐涂料普遍存在脫落問題, 內(nèi)防涂料的脫落不僅易造
成管線的堵塞, 同時給集氣站、處理廠的分離、脫水等設(shè)備的處
理過程亦帶來了一定問題。
由于目前常規(guī)的防腐技術(shù)效果不好，筆者所在單位在作業(yè)區(qū)
試驗了緩蝕劑防腐保護(hù)技術(shù)效果還比較好。
三、對天然氣管道使用緩蝕劑防腐技術(shù)的初步探討
因為不論是管道做內(nèi)防腐或者作陰極保護(hù)；各有其優(yōu)缺點。
在現(xiàn)運行的長輸管線中，由于受到管線生產(chǎn)任務(wù)時間的制約，不
適合對現(xiàn)役管線進(jìn)行上述兩種防腐處理。筆者提出一種不影響
生產(chǎn)運行的現(xiàn)役管線防腐的方法，即使用添加“緩蝕劑+PH 調(diào)節(jié)
劑”的內(nèi)防腐技術(shù)。
（1）緩蝕劑保護(hù)的防護(hù)機(jī)理
在緩蝕機(jī)理上，緩蝕劑是通過緩蝕劑分子上極性基團(tuán)的物理
吸附作用或化學(xué)吸附作用，使緩蝕劑吸附在金屬表面。這樣，一
方面改變金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使金屬表面的能量狀
態(tài)趨于穩(wěn)定化，從而增加腐蝕反應(yīng)的活化能，使腐蝕速度減慢；另
一方面被吸附的緩蝕劑上的非極性基團(tuán)，尚能在金屬表面形成一
層疏水性保護(hù)膜，此膜阻礙著與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)的轉(zhuǎn)
移，故能使腐蝕速度減小。
（2）緩蝕劑保護(hù)在油氣田防腐中的應(yīng)用
目前, 已開發(fā)并應(yīng)用于油氣田管道輸送的緩蝕劑種類很
多, 如脂肪胺、咪唑啉、炔醇、季醇鹽、含N、S 的雜環(huán)化合物以及
復(fù)合配方的緩蝕劑等。如加拿大的氣田多采用胺類、咪唑啉型緩
蝕劑, 在四川含硫氣田管輸中, 就用較成功的緩蝕劑有CT
2- 1、CT 2- 4等, CT 2- 1 緩蝕劑是一種油溶性的有機(jī)多胺
鹽化合物，在氣體中分散性較好，但缺乏PH 調(diào)節(jié)功能，對酸性氣
體管道的防腐效果具有局限性。
（3）添加PH 調(diào)節(jié)劑的作用
研究表明，pH 值在7~ 8之間為碳鋼的鈍化區(qū)，在中性或堿
性條件下, 碳鋼的腐蝕主要受溶解氧的影響, 溶解氧含量越高,
腐蝕越嚴(yán)重。對于含二氧化碳和硫化氫的天然氣管線，提高溶液
pH 值降低溶液中H+含量可提高鋼材對二氧化碳和硫化氫的耐
蝕能力。維持pH 值在7～8之間，這樣不僅可有效預(yù)防硫化氫腐
蝕，又可同時提高鋼材疲勞壽命。
（4）“緩蝕劑+PH 調(diào)節(jié)劑”保護(hù)的應(yīng)用選擇
對緩蝕劑的正確應(yīng)用應(yīng)考慮以下幾點: 選配合適宜的緩蝕
劑, 只要很少的用量就可獲得較高的緩蝕效率; 不改變金屬制
品或設(shè)備構(gòu)件的材料性質(zhì)和表面狀態(tài); 緩蝕劑的保護(hù)效果與使
(下轉(zhuǎn)第125 頁)
設(shè)備管理
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2014 年9 月
用的金屬材料、嚴(yán)格參考適用的環(huán)境介質(zhì)種類及工況條件(溫度、
流速等) 密切相關(guān)。
對于抗二氧化碳、硫化氫的腐蝕緩蝕劑而言, 由于二氧化
碳、硫化氫所引起的腐蝕為酸性介質(zhì)腐蝕, 所以對于含二氧化碳、
硫化氫氣體的天然氣的輸送, 多選用吸附膜型緩蝕劑，并適量添
加PH 調(diào)節(jié)劑。
（5）“緩蝕劑+PH 調(diào)節(jié)劑”的加注時間選擇
在大多數(shù)長輸天然氣管道一般發(fā)生的是層流，根據(jù)層流理
論，液體積聚大多發(fā)生在管道的底部，內(nèi)腐蝕主要發(fā)生在某些特
定的地段和部位，主要是在低洼地段（尤其是四季積水變化段），
而且往往分布在管線的側(cè)面約四五點和八九點位置處的水分聚
集區(qū)域。按照傳統(tǒng)的添加緩蝕劑的方法，其防腐效果是很有限
的，因為管道內(nèi)常常出現(xiàn)的段塞流中混和區(qū)產(chǎn)生大量的氣泡脈沖
向管道底部運動，在管壁或管壁附近破滅，使緩蝕劑膜被撕裂，二
次成膜作用也因之喪失。甚至?xí)霈F(xiàn)緩蝕劑不能成膜的情況，使
金屬完全暴露在惡劣的腐蝕沖蝕環(huán)境中。綜上，最佳的加注時間
應(yīng)為管線投產(chǎn)初期及清管后加注緩蝕劑。
結(jié)語
天然氣在現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中, 起著重要作用, 由于其環(huán)境
的復(fù)雜性, 在天然氣輸送過程中, 備受金屬腐蝕問題的困惑,
據(jù)調(diào)查, 我國東部九個油氣田各類管道因腐蝕穿孔達(dá)2萬次每
年, 更換管道數(shù)量達(dá)400km每年, 因此, 加強(qiáng)對腐蝕及防腐問題
的研究, 具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。
參考文獻(xiàn)：
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(上接第123 頁)
確保機(jī)組正常運行。
從運行數(shù)據(jù)曲線上看，動力1、2缸缸溫變化趨勢保持一致、
室外、PLC、燃?xì)馍峡諟囟茸兓厔荼３忠恢?，表明室?nèi)溫度受室
外環(huán)境溫度（晝夜溫差）影響。期間室外溫度在10~40Co之間，燃
氣上空溫度在20~60Co之間變化，動力缸溫在360Co- 405Co之間。
其一從曲線圖中可以看出，兩次單機(jī)運行期間，室外與室內(nèi)
環(huán)境溫度差值分別為10Co、12 Co，雙機(jī)運行時室外與室內(nèi)環(huán)境溫
度差值為17 Co，說明，雙機(jī)運行時，兩臺機(jī)組散發(fā)熱量造成機(jī)房
內(nèi)溫度升高5 Co左右。
其二在室外環(huán)境溫度整體未發(fā)生變化的情況下，室內(nèi)環(huán)境溫
度明顯高于之前趨勢（由平均36 Co上升至平均42Co），動力缸溫
也明顯高于之前單機(jī)運行溫度（由平均377 Co上升至384 Co），
表明動力缸溫度變化與環(huán)境溫度的變化有一定關(guān)系。
其三在單機(jī)運行期間進(jìn)氣量8000方左右，日處理量19萬，室
外環(huán)境溫度在10 CO - 30 CO 之間，室內(nèi)燃?xì)馍峡諟囟仍?0
CO - 40 CO 之間，動力缸溫在370 CO - 405 CO 之間，后因缸溫
高，進(jìn)行減載處理，減載至30%后產(chǎn)量由8000方降至6000方，轉(zhuǎn)
速也由345降至320轉(zhuǎn)，動力缸排溫由406降至400CO，此階段環(huán)
境溫度基本不變，說明降低負(fù)荷可降低排溫。
其四在試驗雙機(jī)運行情況下，進(jìn)氣量3000- 6500方左右，日
處理量7 - 16萬方左右，室外環(huán)境溫度在10 CO - 40 CO 之間
（較單機(jī)運行時高溫上升5 CO），室內(nèi)燃?xì)馍峡諟囟仍?0 CO -
57CO（較單機(jī)運行時，低溫上升10 CO、高溫上升12CO）之間，動
力缸溫在370 CO - 405 CO 之間（ 較單機(jī)運行時，低溫上升
10CO、高溫上升10CO），表明隨著環(huán)境溫度的整體提高，以及雙機(jī)
運行溫度的升高，動力缸溫運行范圍也整體上升，動力缸溫與環(huán)
境溫度存在正比關(guān)系。
四、結(jié)論
1. 從數(shù)據(jù)分析中看出，壓縮機(jī)動力缸排溫與環(huán)境溫度變化規(guī)
律一致，受環(huán)境溫度影響。分析認(rèn)為，室外環(huán)境溫度升高，壓縮機(jī)
在運行中產(chǎn)生大量的輻射熱。由于缺少空氣對流致使熱氣不能
迅速的從機(jī)房散發(fā)出去，動力缸排氣管上空溫度不斷聚集，造成
散熱效果不理想，影響排溫升高。
2. 室外溫度升高1 Co，燃?xì)馍峡諟囟壬? Co，動力缸排溫
升高0. 54 Co。
3. 轉(zhuǎn)速變化與動力缸排溫變化關(guān)系不明顯。
4. 吸氣壓力（進(jìn)氣負(fù)荷）與動力缸排溫變化存在一定關(guān)系，排
溫與進(jìn)氣負(fù)荷變化成正比，外界溫度恒定的情況下，進(jìn)氣負(fù)荷較
低時，排溫運行范圍較低，反之，較高（負(fù)荷每降低2. 4萬方，排溫
下降4 Co）。
5. 雙機(jī)運行室內(nèi)溫度受雙機(jī)排溫散熱影響，溫度高于單機(jī)運
行狀態(tài)，平均提高5 Co。
設(shè)備管理
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