海底管線投入正常使用前，要用清管器對海管進行物理方法清洗除去其中的雜物和內壁浮銹，目前絕大多數是用泵提天然海水（這樣可以節約大量淡水資源，而且綜合效益顯著）推動清管器進行清掃工作。這樣在整個工藝過程中需要向海管內注入大量的天然海水，一般為海管容水量的幾倍甚至幾十倍。

    由于海水中含有大量氯離子、硬度離子、溶解氧和微生物等，都會給海管內壁造成腐蝕破壞和結垢影響。數據表明，鋼在未除氧的海水中的腐蝕速率為 0.42 ~ 0.60mm/a，加之微生物的繁殖和一些鹽類的沉積更加劇了鋼的腐蝕破壞，并使海管內表面摩擦系數增加，導致以后輸氣、輸液時的阻力增大。雖然海管清管試壓時間較短（幾天至幾十天），但海水對海管的腐蝕破壞以及對以后運行帶來的影響是不能忽視的。

    早年研制的除氧殺菌緩蝕劑（IMC-901-B，為固－液雙組份產品）和緩蝕殺菌阻垢劑（IMC-932，為較強酸性液體），雖然都能將海管清管試壓過程中金屬的腐蝕速率降低到 0.076mm/a 以下水準，但是它們都存在著這樣或那樣的問題。而 IMC-932H 多功能防腐劑具有除氧緩蝕阻垢殺菌性能、保護效果好、防腐后效長、使用方便、無毒等特點。

    試驗方法

    試驗介質為模擬水和人造海水（按ASTMD-1141-75 標準配制），試驗材質為 A3 碳鋼，試 驗 溫 度 為 常 溫， 面 液 比 為7 ~ 10ml/cm 2 ，介質流速為 0 ~ 0.5m/s。

    緩蝕性能是采用掛片失重法，試驗裝置采用帶電磁攪拌的有閥蓋的單口試驗瓶（可進行封閉狀態調整）。阻垢性能是采用絡合滴定法測定溶液中硬度離子濃度的變化來計算其阻垢效率的。除氧性能是采用測氧儀來測定溶液中剩余氧含量來計算其除氧效率的。殺菌性能是采用絕跡稀釋法測定加藥和空白溶液中細菌個數來計算其殺菌效率的。

    試驗結果及分析

    1.氯離子濃度對鋼腐蝕的影響

    利用電化學測量技術研究了高含氯離子模擬水對鋼腐蝕的電化學行為。在較高濃度的 HCO 3 - 和 O 2 時，Cl - 對鋼的腐蝕電化學行為的影響結果列于表1.和圖 1、圖 2 中。

    從圖 1 看到，當溶液中只有 HCO 3 - 存在時，由于它的堿性使溶液具有一定的鈍化作用，此時鋼的腐蝕電位較正，為 -468mV，處于較弱的鈍化狀態（曲線 1）。當加入1000mg/L 的 Cl - 就足以使鋼表面的鈍化膜受到破壞，腐蝕電位大約負移了 300mV，成為活性溶解狀態，鋼的腐蝕過程開始進行。但繼續增加 Cl - 濃度，對應的電極電位沒有發生明顯變化。在較低的電位區域，陽極電流密度變化不大，短時間內可不產生明顯的點腐蝕。但當電極電位正移到一定區域 -500mV 左右時，陽極溶解電流密度會迅速上升，電極表面隨即出現肉眼可見的腐蝕點（曲線 2 ~ 4），繼續發展就會有潰瘍狀和孔狀的局部腐蝕發生。

    當工作電極在模擬水中處于動態時，溶液中溶解氧供應比較充分、均勻，可使金屬表面在較長時間內保持鈍化狀態。

    此時金屬電極在含和不含 Cl - 的 10000mg/L HCO 3 - 溶液中的腐蝕電位十分接近，都在鈍性區間內（如表 1）。由圖 2 中看到， 即使是動態條件下， 仍然是一種具有兩種可能的腐蝕電位，是不能發生自鈍化過程的體系。開始時電極電位處于鈍性電位區間，由于溶液中的大量活性 Cl - 存在，加劇了陰極過程的進行，而 Cl - 的引入不能改變溶解氧的擴散狀態，而是使金屬被鈍化的表面局部活化。[Cl - ] 越高，局部活化點就越多，陰極面積也就越大，加速陰極反應過程，以至于在極化曲線上看不到鈍化電流的存在（如圖 2 之曲線 5）?？墒沟媒饘俨糠直砻娴拟g化膜被破壞，使金屬表面進入活性溶解狀態，電極電位回到活性腐蝕區，發生如靜態條件的局部腐蝕。

    這類體系無論是靜態還是處于動態，都是由于存在大量的 Cl - 離子破壞金屬表面的鈍化膜而不能自動修補，引起溶解氧的局部腐蝕發生的體系。

    2.溶解氧對鋼腐蝕的影響

    海水中的溶解氧引起的氧腐蝕，以及在封存過程中逐漸繁殖起來的細菌引起的細菌腐蝕是金屬在海水中的主要腐蝕過程。考慮到各海域海水 pH 值存在著差別，將按照標準配制的人造海水調至不同的 pH 值得到不同的試驗溶液。試驗結果如表 2 和圖 3 所示。

    隨著海水 pH 值升高，腐蝕電位略向負移。而極化曲線的陽極部分基本重合，pH 值的變化對電極的陽極過程無明顯影響，極化曲線的陰極部分是典型的由氧作為陰極去極化劑的擴散控制過程。隨 pH 值升高，電極的陰極過程受到抑制。

    3.除氧劑對鋼腐蝕的影響

    當海水的溫度為 15 ~ 25℃時，水中氧的飽和溶解度為8 ~ 10mg/L。添加 100mg/L 除氧劑后的試驗結果如表 3 和圖 4所示。

    除氧劑的加入使腐蝕電位負移約 300mV，表現出陰極過程被控制的特征。除氧劑消耗掉了海水中的溶解氧，即使有大量氯離子存在，電極過程的陰極過程仍然受到強烈的抑制，碳鋼腐蝕速率大幅度降低，以至于≤ 0.076mm/a 指標要求。

    4.緩蝕劑對鋼腐蝕的影響

    （1）IMC-932H 緩蝕性能試驗

    在1L 試驗瓶中裝入 1000ml 試驗溶液，添加和不添加藥劑 IMC-932H 的腐蝕掛片試驗，試驗結果如表 4 所示。添加除氧緩蝕阻垢殺菌劑 IMC-932H 的碳鋼的腐蝕速率遠低于0.076mm/a 指標。

    （2）IMC-932H 預膜試驗

    ①選取最佳預膜時間

    預膜時間的長短對后效影響十分關鍵，預膜時間短收不到預期效果，預膜時間長對后效雖有增強效果，但給海水清管試壓工作帶來諸多不便。 試驗結果表明， 在藥劑濃度為1500mg/L，預膜時間 6 小時時表現出最佳預膜效果，此條件下腐蝕速率最低為 0.0000mm/a。

    ②預膜及后效試驗

    試驗是在選定的最佳 IMC-932H 預膜濃度 （1500mg/L） 和預膜時間（6 小時）條件下進行，預膜后的試片取出用蒸餾水沖洗 2 － 3 次，除去試片表面殘于的緩蝕劑，繼而轉入空白海水中進行后效試驗。試驗結果表明，后效試驗 5 天的Ａ 3鋼腐蝕速度為 0.0501mm/a。而帶氧化皮Ａ 3 鋼片后效試驗 5天的腐蝕速度僅為 0.0403mm/a，而且表面狀態與清管過程中海管內表面狀態極其相似，更能體現 IMC-932H 的特點。

    （3）IMC-932H 原液腐蝕性試驗

    IMC-932H 的原液 pH 為 3.5 ~ 4，顯弱酸性。這個試驗結果直接影響到該產品的包裝、運輸、存放以及投加設備等一系列問題。模擬金屬包裝物金屬掛片在 IMC-932H 原液中進行浸泡試驗，試驗時間 50 天，結果表明弱酸性 IMC-932H 對試片腐蝕速度非常小，僅為 0.0000 ~ 0.0020mm/a，對金屬包裝物是安全的（目前多為 200L 塑料桶包裝）。對加藥設備無特殊要求，雖為弱酸性，但也無需進行防酸處理。

    5.IMC-932H的阻垢性能評價

    該藥劑的阻垢性能評價試驗結果如表 5 所示，在正常使用濃度下，其阻垢效率達到 100%。

    6.IMC-932H的殺菌性能評價

    采用絕跡稀釋法進行該藥劑殺菌性能評價。取渤海天然海水在實驗室培養箱中進行細菌培養試驗，7 天試驗結果為空白海水中 SRB 含量為 25 個 /ml，添加 IMC-932H 1000mg/L 的海水中 SRB 含量為 0 個 /ml，因此其殺菌效率為 100%。

    現場試驗及應用效果

    1.現場試驗結果

    在現場制作兩個監測管段（Φ305×1900mm），內掛 3片 A3 監測試片（規格 200×50×4mm），管子兩端用盲板焊接封閉。由注液孔向其中注入 1000mg/L 的 IMC-932H 和海水直至注滿，封閉注液孔和排氣孔，密閉保存。將監測管段放入海水中，分期取出處理試片并觀察監測管內壁的腐蝕和微生物的生長情況。監測試驗結果如表 6 所示，腐蝕速率完全達標。

    2.現場應用效果

    該產品研制成功至今，在海洋石油工程——海底管線海水清管試壓及封存工藝中廣泛應用。既可以在注入海水的同時連續加注 IMC-932H 除氧緩蝕阻垢殺菌劑，也可以只在清管試壓關鍵步驟連續投加 6 小時，就可得到很好的保護效果，后效時間達 5 天以上，腐蝕速度仍小于0.076mm/a，同時還可控制微生物的繁殖。

    結論

    1.IMC-932H 在高氯離子、鹽類和溶解氧等的海水中可以形成很好的保護膜，碳鋼的腐蝕速率小于0.076mm/a 指標；2. 如果工藝要求預膜，則 IMC-932H 在海水中的最佳預膜濃度為 1500mg/L，最佳預膜時間為 6 小時；3.IMC-932H 作為連續添加劑使用時，添加劑量為1000mg/L；4.IMC-932H 除氧緩蝕阻垢殺菌劑具有效果好、毒性低、使用簡捷方便，而且原液對金屬包裝物及加藥設備的腐蝕性極小，安全可靠。

    參考文獻

    1. 我國陸地油氣開采和集輸系統的腐蝕及緩蝕劑控制——IMC 系列緩蝕劑的研究和應用（成果資料匯編，1990 － 1994），中國科學院金屬腐蝕與防護研究所，1995.6

    作者簡介

    祝英劍，研究員級高級防腐蝕工程師，沈陽中科腐蝕控制工程技術中心副總工程師，一直從事緩蝕劑研究與應用開發工作。