腐蝕嚴(yán)重威脅到國民經(jīng)濟及社會可持續(xù)發(fā)展，為了全面摸清我國的腐蝕狀況，減少腐蝕帶來的經(jīng)濟損失，促進我國腐蝕與防護領(lǐng)域高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2016 年 1月 19 日-20 日，中國工程院重大咨詢項目“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”會議在青島隆重召開。會議期間，中國腐蝕與防護網(wǎng)記者有幸采訪到中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院付安慶博士，下面付博士為大家解讀石油管道及裝備防腐的重要方式和未來趨勢。

中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院付安慶博士
 

    孜孜不倦  力創(chuàng)碩果

    記者了解到付博士長期從事石油管材腐蝕與防護研究，研究領(lǐng)域包括超高溫高壓氣井油套管選材及腐蝕完整性、油田地面集輸系統(tǒng)管道及壓力容器內(nèi)腐蝕監(jiān)/檢測及評價、長輸管線交流雜散電流腐蝕和高壓直流雜散電流腐蝕、微區(qū)電化學(xué)腐蝕、石油管材及裝備腐蝕失效分析等工作，近年來在石油管工程腐蝕與防護領(lǐng)域取得了可觀的成果。

    中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院是中國石油集團（CNPC）直屬科研機構(gòu)，也是國內(nèi)石油行業(yè)在石油管工程技術(shù)領(lǐng)域唯一集“科學(xué)研究、質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督、工程技術(shù)服務(wù)”為一體的綜合性技術(shù)中心與核心科研機構(gòu)，是為中國石油集團石油管工程技術(shù)提供決策支持的“參謀部”，開展石油管工程技術(shù)創(chuàng)新的“研發(fā)中心”，保障石油管質(zhì)量安全的“檢測評價中心”，為重大管道工程和油氣田勘探開發(fā)項目提供石油管技術(shù)支持與服務(wù)的“技術(shù)中心”。研究方向包括油井管與管柱力學(xué)、輸送管與高性能管線鋼、管道安全評價與風(fēng)險評估、石油管腐蝕與防護、非金屬及復(fù)合材料等。同時，還承擔(dān)著石油管工程標(biāo)準(zhǔn)化、石油管材的質(zhì)量檢驗和評價、石油管及裝備的失效分析、石油管材的研究開發(fā)及駐廠監(jiān)造、石油管道及壓力容器的檢測與安全評價、石油工業(yè)防腐設(shè)計和防腐工程、石油管工程技術(shù)咨詢等質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督和工程技術(shù)服務(wù)工作。2015年底，依托石油管工程技術(shù)研究院的石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點實驗室獲國家科技部批復(fù)建設(shè)，這將進一步提升石油天然氣工業(yè)腐蝕與防護研究能力和水平。

    找準(zhǔn)腐蝕要害  放大招

    “11·22”中石化東黃輸油管由于石油管道腐蝕失效導(dǎo)致泄漏重大爆炸事故給石油天然氣工業(yè)的安全生產(chǎn)和運行敲響了警鐘。隨著西氣東輸管道工程的建設(shè)和運行，管道橫跨南北，穿越東西，管道一旦腐蝕造成泄露，無論是對國民經(jīng)濟還是人民的生命安全，都會造成巨大損失。

    石油和天然氣工業(yè)歷來是腐蝕比較嚴(yán)重的幾個行業(yè)之一，且?guī)缀跎婕暗礁鞣N腐蝕類型，每年因腐蝕問題造成巨大損失。隨著我國對石油天然氣需求的日益增長，石油管材及裝備面臨著前所未有的（超）高溫高壓、高含H2S/CO2、交變載荷、高流速、復(fù)雜作業(yè)工藝、惡劣地質(zhì)帶等極端苛刻服役環(huán)境帶來的腐蝕難題，成為當(dāng)今迫切需要解決的問題。加之近年來我國新《安全生產(chǎn)法》和新《環(huán)境保護法》的實施，腐蝕導(dǎo)致的石油管材及裝備的“跑、冒、滴、漏”問題直接關(guān)系到油氣生產(chǎn)安全和環(huán)境保護，腐蝕與防護工作已受到了前所未有的重視和關(guān)注。

    付博士按照石油天然氣勘探開發(fā)、輸送儲運和煉油化工三大領(lǐng)域系統(tǒng)闡述了存在的主要腐蝕難題和現(xiàn)有的防護技術(shù)。

    第一，在勘探開發(fā)過程中，油氣田井下油套管和地面集輸系統(tǒng)管道和壓力容器腐蝕問題非常突出且普遍存在。

    我國現(xiàn)有油氣井約40萬口，每年新鉆油氣井約3萬口，使用各類管材超過350萬噸，油套管損壞井已超過3萬口，并且每年以15-20%的速度增加，鉆采過程中管材失效年均達3000多起。

    （1）高含硫油氣田的應(yīng)力腐蝕開裂，川渝地區(qū)的高含硫油氣田，天然氣中高達百分之十幾的H2S導(dǎo)致井下油套管和地面集輸系統(tǒng)面臨極高的硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險，井下管柱及工具主要采用G3、028、825、625等鎳基耐蝕合金，其防腐方法主要靠管材本質(zhì)防腐；而地面集輸系統(tǒng)管道防腐主要采用碳鋼+抗硫緩蝕劑的方式，即對新建管道在運行前進行預(yù)膜，然后定期定量的加注緩蝕劑。

    （2）超高溫高壓氣田的CO2和酸液腐蝕，新疆地區(qū)的塔里木油田庫車山前區(qū)塊是我國最具代表性的超深高溫高壓氣田，其井下系統(tǒng)管柱腐蝕環(huán)境極端苛刻，具體表現(xiàn)為井底最高溫度達到200℃、井底關(guān)井壓力最高達140MPa、天然氣中CO2分壓達4MPa、氯離子含量在100000~200000mg/L、地層水礦化度很高、加之部分井進行酸化壓裂導(dǎo)致的酸液腐蝕和頻發(fā)開關(guān)井引起的交變和振動載荷，其防腐方法主要靠管材本質(zhì)防腐（主要為超級13Cr馬氏體不銹鋼）和酸化緩蝕劑配合使用；地面集輸系統(tǒng)管線在過去幾年腐蝕穿孔較為嚴(yán)重，自2012年起通過加強腐蝕綜合治理后得到有效控制，大量引進新的防腐技術(shù)如雙金屬復(fù)合管（碳鋼基管+內(nèi)襯316L不銹鋼）、非金屬管（玻璃鋼、柔性復(fù)合管、聚乙烯、鋼骨架復(fù)合管等）、內(nèi)涂層管、緩蝕劑等，但是這些技術(shù)均面臨不同層面的技術(shù)瓶頸，如雙金屬復(fù)合管焊接接頭的腐蝕和開裂、非金屬管接頭連接頻發(fā)失效、內(nèi)涂層管焊縫處內(nèi)補口問題沒有很好解決、緩蝕劑緩蝕效果差等。

    （3）其它特殊的腐蝕形式，老油田在開發(fā)中后期采用注氣驅(qū)或混合驅(qū)導(dǎo)致的氧腐蝕和超臨界CO2腐蝕問題，以及稠油井在注熱蒸汽引起的高溫蒸汽腐蝕問題都丞需解決。

    第二，在油氣輸送儲運過程中，長輸管道的腐蝕情況相對于勘探開發(fā)環(huán)節(jié)要輕一些，但管道的腐蝕問題也仍然普遍存在。

    我國陸上油氣管道總里程已超過12萬公里，到2020年我國油氣管道總里程預(yù)計將達到20萬公里，覆蓋31個省區(qū)市和特別行政區(qū)，其中30%以上運行已超過10年，千公里泄漏事故率年均4次，遠遠高于美國和歐洲，2014年已查出的隱患29000多個，長輸管道將面臨嚴(yán)峻的安全問題。

    （1）應(yīng)力腐蝕開裂，在上世紀(jì)八十年代，全世界很多國家（特別是北美地區(qū)）的油氣長輸管道受到應(yīng)力腐蝕開裂的威脅，主要包括近中性pH值稀碳酸鹽溶液應(yīng)力腐蝕開裂和高pH值濃碳酸鹽溶液應(yīng)力腐蝕開裂，但是隨著管道外防腐層和管材質(zhì)量的不斷改進和優(yōu)化，長輸管道的應(yīng)力腐蝕開裂已少有發(fā)生。

    （2）存續(xù)試壓水內(nèi)腐蝕，由于長輸管道輸送的是成品油氣，其BS&W<0.5%的情況下在理論上是沒有內(nèi)腐蝕發(fā)生的，但由于一些特殊的工藝導(dǎo)致內(nèi)腐蝕時有發(fā)生，如在采用水介質(zhì)試壓后，管道未及時投用導(dǎo)致存續(xù)試壓水在管道投用前的氧腐蝕和投用后的腐蝕產(chǎn)物膜下腐蝕，該類型的腐蝕已在一些重點管道上一定程度的普遍存在。

    （3）交/直流雜散電流腐蝕，隨著我國（特）高壓交/直流輸電工程和石油天然氣管道工程的快速發(fā)展，由于二者的選址原則相近或者實際現(xiàn)場的制約，導(dǎo)致（特）高壓輸電線路與石油天然氣管道不可避免的共用公共走廊或者交叉并行。（特）高壓輸電線路的雜散電流引起長輸管道的腐蝕問題已成為威脅油氣輸送管道安全運輸生產(chǎn)的重要因素之一，根據(jù)雜散電流的來源可以將雜散電流腐蝕分為兩類：交流雜散電流腐蝕和直流雜散電流腐蝕。盡管交流雜散電流腐蝕當(dāng)量僅為直流雜散電流腐蝕的1%左右，但是長輸管道的交流雜散電流不可忽視，主要有兩方面原因：一方面絕大部分輸電線路為高壓交流輸電方式，其具有普遍存在性；另一方面隨著特高壓（110kV）交流輸電技術(shù)的發(fā)展，其引起的交流雜散電流腐蝕將更為嚴(yán)重，目前交流雜散電流腐蝕基本上可以得到較為有效的控制，主要采用固態(tài)去耦合器排流的方式。近幾年，隨著我國引進（特）高壓直流輸電技術(shù)，該輸電方式引起的雜散電流腐蝕受到較為普遍關(guān)注，例如，西三線與葛洲壩-上海、天生橋-廣州、三峽-常州、三峽-廣州、貴州-廣東±500kV 高壓直流輸電線路相交；“十二五”期間建設(shè)的 11 條±800kV 高壓直流輸電線路中，與西三線相交的就有 7條。高壓直流輸電有兩種運行方式，雙極運行方式和單極運行方式，正常雙極運行入地電流為不平衡電流，這種線路的輸送電流會達到幾千安培，1～2%的不平衡電流就是幾十安培；故障或調(diào)試時單極運行，入地雜散電流數(shù)值是輸電線路中的輸出電流，數(shù)值高達幾千安培。如果有埋地金屬管道位于其接地極之間，則會受到腐蝕干擾，嚴(yán)重時會燒毀陰極保護電源設(shè)備。在感應(yīng)和傳導(dǎo)雙重作用下，極有可能在附近金屬管道上瞬間激發(fā)上幾千伏的瞬間沖擊電壓，該瞬間沖擊電壓可能致使管道保護層老化和擊穿。目前，對（特）高壓直流雜散電流管道腐蝕主要采用敷設(shè)鋅帶、增加絕緣接頭分段絕緣和旁路電流通道方法等來降低腐蝕危害，但是都沒有達到較為理想的效果。

    第三，在煉油化工過程中，煉化管道及裝備的腐蝕非常嚴(yán)重，特別是換熱器管束的腐蝕。

    我國原油加工能力約7億噸/年，其中75%以上原油是含硫或高硫原油，其中30%是超高含硫原油。劣質(zhì)原油和設(shè)備老化都給煉化裝置的安全生產(chǎn)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在我國，老油田進入穩(wěn)產(chǎn)、衰減階段，為了提高產(chǎn)油量，在三次、四次采油的過程中，加入一定數(shù)量的增油劑在所難免，這樣采得的原油，不但原油本身質(zhì)量較差﹙密度較大、含硫、含酸、含鹽相對增加﹚，而且加入的增油劑﹙含氯、氮的有機物﹚會給原油帶入一些氯、氮等雜質(zhì)，給原油的加工帶來了很大的影響，造成了設(shè)備和管道的嚴(yán)重腐蝕。中國石油煉化企業(yè)設(shè)備腐蝕的總體情況是：加工高（含）硫的進口原油﹙如；俄羅斯原油、哈薩克斯坦原油、中東原油﹚及高酸值的稠油﹙如：遼河原油、克拉瑪依九區(qū)稠油﹚的煉油裝置設(shè)備腐蝕嚴(yán)重；加工低硫、低酸原油﹙如：大慶原油、長慶原油﹚的煉油裝置設(shè)備腐蝕相對較輕，但各企業(yè)的煉油裝置都存在不同程度的腐蝕問題。

    根據(jù)腐蝕介質(zhì)分類目前主要的腐蝕類型有：HCl+H2S+H2O 型腐蝕、HCN+H2S+H2O 型腐蝕、RNH2（乙醇胺）+CO2+ H2S+H2O型腐蝕、NH4Cl+NH4HS 結(jié)垢腐蝕、高溫環(huán)烷酸腐蝕等。目前，煉化企業(yè)主要的防腐措施有：（1）工藝防腐措施：包括原油混煉、電脫鹽、注水、注氨、注中和劑、注緩蝕劑、注中和緩蝕劑等；（2）材質(zhì)升級，該方法是最簡單有效的設(shè)備防腐措施，但材質(zhì)升級也要付出昂貴代價，原則上低溫部位選材以碳鋼為主，高溫部位多采用Cr-Mo鋼、Cr13和300系列不銹鋼等或300系列不銹鋼內(nèi)襯、316L等；（3）表面處理技術(shù)：包括滲鋁滲鋅、非金屬涂層、Ni-P鍍層、聚四氟乙烯內(nèi)襯等。目前我國煉化企業(yè)丞需解決的問題主要包括以下幾個方面：重催裝置的銨鹽腐蝕、臨氫裝置不銹鋼管焊縫區(qū)域腐蝕開裂、硝酸裝置塔體和換熱器的腐蝕、PTA裝置反應(yīng)系統(tǒng)的腐蝕等。

    據(jù)付博士介紹，2014年石油管工程技術(shù)研究院建成了具有國際領(lǐng)先水平的全尺寸實物管柱拉伸腐蝕實驗系統(tǒng)和全尺寸管柱沖刷腐蝕實驗系統(tǒng)，目前在石油管材及裝備腐蝕與防護研究領(lǐng)域主要攻關(guān)方向是開展全尺寸實物管柱/道腐蝕和應(yīng)力腐蝕行為研究。在全尺寸腐蝕實驗系統(tǒng)投用一年的時間里，已成功為塔里木油田公司超級13Cr油管、西南油氣田公司耐蝕合金油管、中海油非金屬管進行了研究和評價實驗。

    機遇與挑戰(zhàn)并存

    腐蝕的影響牽涉到經(jīng)濟、環(huán)境、安全等多方面問題。腐蝕防護本身不產(chǎn)生任何經(jīng)濟、環(huán)境和安全增量，但是不控制腐蝕卻會增加發(fā)生經(jīng)濟損失、環(huán)境污染和不安全事件的概率，因此，通過開展腐蝕防護降低經(jīng)濟損失、環(huán)境污染和不安全事件的發(fā)生概率應(yīng)該是開展腐蝕防護研究的意義所在。早些年美國、日本等國家都做過腐蝕調(diào)查，90年代，柯偉院士寫過關(guān)于各行業(yè)腐蝕調(diào)查的書籍來說明腐蝕的嚴(yán)重性，通過腐蝕調(diào)查可讓領(lǐng)域以外的人普遍意識到腐蝕的危害性和腐蝕防護工作的重要性。“腐蝕調(diào)查”對于石油天然氣工業(yè)來說面臨如下的機遇和挑戰(zhàn)：

    第一，“腐蝕調(diào)查”促進石油天然氣行業(yè)各級人員對腐蝕防護工作的重視。

   上世紀(jì)90年代中國腐蝕與防護學(xué)會、中國石油學(xué)會和中國化工學(xué)會聯(lián)合調(diào)查數(shù)據(jù)表明腐蝕在石油與化工行業(yè)造成的經(jīng)濟損失約占國民生產(chǎn)總值的6%左右，而其它各行業(yè)由于腐蝕造成的損失平均約占國民生產(chǎn)總值的3%，可見石油石化行業(yè)腐蝕防護工作的重要性。但是隨著油氣資源比例變化、油氣產(chǎn)能增加、行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新等因素的影響，上世紀(jì)的腐蝕調(diào)查數(shù)據(jù)急需更新，通過本次對石油天然氣行業(yè)的腐蝕成本和腐蝕損失的調(diào)查，調(diào)查結(jié)果必將引起石油天然氣行業(yè)各級人員的重視和關(guān)注，同時為石油管材及裝備的防腐選材提供方向性的決策依據(jù)。

    第二，“腐蝕調(diào)查”促進國家和石油天然氣行業(yè)部門腐蝕防護立法和標(biāo)準(zhǔn)化。

    隨著我國新《安全生產(chǎn)法》和新《環(huán)境保護法》的實施，腐蝕引起的石油管材及裝備的失效已不僅僅是經(jīng)濟損失問題，而是關(guān)系到公共安全和環(huán)境的問題，安全和環(huán)境兩大主題是我國在21世紀(jì)實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要保障。因此，通過腐蝕調(diào)查向全社會公布腐蝕調(diào)查結(jié)果必將引起國家和石油天然氣行業(yè)相關(guān)部門的腐蝕防護立法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂。

    第三，“腐蝕調(diào)查”促進石油天然氣行業(yè)腐蝕防護研究和新技術(shù)發(fā)展。

    盡管我國石油天然氣行業(yè)的腐蝕與防護研究已有長足的發(fā)展，但是在一些關(guān)鍵防護材料和新技術(shù)方面仍有提升的空間，目前我國在研發(fā)極端苛刻工況下特殊油套管管材、耐高溫高含H2S/CO2涂鍍層、耐高溫緩蝕劑、雙金屬復(fù)合管/板焊接等方面還和美國、加拿大以及歐洲部分國家存在一定的差距。通過本次腐蝕調(diào)查讓我們找到差距和認(rèn)識我們工作的努力方向，從而增加經(jīng)濟投入、人才投入、技術(shù)投入、裝備投入，最終促進腐蝕防護研究和新技術(shù)的大發(fā)展。

    第四，精確的“腐蝕調(diào)查”數(shù)據(jù)收集面臨挑戰(zhàn)。

    腐蝕調(diào)查人員需要收集防腐投入和腐蝕損失兩方面的數(shù)據(jù)，個人認(rèn)為存在兩方面的困難，第一，對于防腐投入方面，因部分?jǐn)?shù)據(jù)涉及財務(wù)和商業(yè)保密，所以在精確數(shù)據(jù)獲取上存在一定的難度。第二，對于腐蝕損失方面，如前所述，腐蝕在石油天然氣行業(yè)引起的石油管材及裝備失效問題已不再是簡單的經(jīng)濟損失問題，而是關(guān)系到社會公共安全和環(huán)境問題。因此，腐蝕調(diào)查人員要了解一個油田、管道公司、煉化企業(yè)的腐蝕事故存在一定的困難。但是，我們腐蝕調(diào)查人員不畏困難，轉(zhuǎn)換思路和變換方法，在腐蝕調(diào)查過程中引入統(tǒng)計的思想和全新的數(shù)學(xué)方法來開展工作。最終為中國工程院“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”重大咨詢項目提供盡可能精確的數(shù)據(jù)。

    總之，“腐蝕調(diào)查”是一件很有意義的事情，它石油天然氣工業(yè)發(fā)展的“推進劑”。

    個人簡介

    付安慶，工學(xué)博士，高級工程師，現(xiàn)就職于中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院腐蝕與防護研究所，主要從事石油管材腐蝕與防護研究，研究領(lǐng)域包括超高溫高壓氣井油套管選材及腐蝕完整性、油田地面集輸系統(tǒng)管道及壓力容器內(nèi)腐蝕監(jiān)/檢測及評價、長輸管線交流雜散電流腐蝕和高壓直流雜散電流腐蝕、微區(qū)電化學(xué)腐蝕、石油管材及裝備腐蝕失效分析等工作。碩士研究生期間在中國科學(xué)院海洋研究所侯保榮院士課題組從事海洋腐蝕與防護研究，博士就讀于加拿大卡爾加里大學(xué)，師從北美管道首席科學(xué)家Dr. Frank Cheng教授。先后主持或作為骨干成員承擔(dān)了陜西省自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金、中石油集團應(yīng)用基礎(chǔ)項目、中石油和中石油油氣田及管道公司委托的各類橫向科研項目20余項。在超深高溫高壓氣井油管柱腐蝕防護方面的研究成果為塔里木油田超級13Cr油管選材提供了重要的技術(shù)支持。獲省部級二等獎2項，三等獎1項，局級獎勵6項。發(fā)表論文20余篇（其中SCI收錄7篇），申請并授權(quán)專利5項，先后在國內(nèi)外參加IPC國際管道會議、NACE年會、中國石油石化行業(yè)年會并做大會報告發(fā)言。


 

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