腐蝕嚴重威脅到國民經濟及社會可持續發展，為了全面摸清我國的腐蝕狀況，減少腐蝕帶來的經濟損失，促進我國腐蝕與防護領域高新技術產業的發展。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略研究”會議在青島隆重召開。會議期間，中國腐蝕與防護網記者有幸采訪到中國石油集團石油管工程技術研究院付安慶博士，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研究院付安慶博士
 

    孜孜不倦  力創碩果

    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、油田地面集輸系統管道及壓力容器內腐蝕監/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、微區電化學腐蝕、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域取得了可觀的成果。

    中國石油集團石油管工程技術研究院是中國石油集團（CNPC）直屬科研機構，也是國內石油行業在石油管工程技術領域唯一集“科學研究、質量技術監督、工程技術服務”為一體的綜合性技術中心與核心科研機構，是為中國石油集團石油管工程技術提供決策支持的“參謀部”，開展石油管工程技術創新的“研發中心”，保障石油管質量安全的“檢測評價中心”，為重大管道工程和油氣田勘探開發項目提供石油管技術支持與服務的“技術中心”。研究方向包括油井管與管柱力學、輸送管與高性能管線鋼、管道安全評價與風險評估、石油管腐蝕與防護、非金屬及復合材料等。同時，還承擔著石油管工程標準化、石油管材的質量檢驗和評價、石油管及裝備的失效分析、石油管材的研究開發及駐廠監造、石油管道及壓力容器的檢測與安全評價、石油工業防腐設計和防腐工程、石油管工程技術咨詢等質量技術監督和工程技術服務工作。2015年底，依托石油管工程技術研究院的石油管材及裝備材料服役行為與結構安全國家重點實驗室獲國家科技部批復建設，這將進一步提升石油天然氣工業腐蝕與防護研究能力和水平。

    找準腐蝕要害  放大招

    “11·22”中石化東黃輸油管由于石油管道腐蝕失效導致泄漏重大爆炸事故給石油天然氣工業的安全生產和運行敲響了警鐘。隨著西氣東輸管道工程的建設和運行，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。

    石油和天然氣工業歷來是腐蝕比較嚴重的幾個行業之一，且幾乎涉及到各種腐蝕類型，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、復雜作業工藝、惡劣地質帶等極端苛刻服役環境帶來的腐蝕難題，成為當今迫切需要解決的問題。加之近年來我國新《安全生產法》和新《環境保護法》的實施，腐蝕導致的石油管材及裝備的“跑、冒、滴、漏”問題直接關系到油氣生產安全和環境保護，腐蝕與防護工作已受到了前所未有的重視和關注。

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

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

    我國現有油氣井約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）高含硫油氣田的應力腐蝕開裂，川渝地區的高含硫油氣田，天然氣中高達百分之十幾的H2S導致井下油套管和地面集輸系統面臨極高的硫化氫應力腐蝕開裂風險，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防腐；而地面集輸系統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，新疆地區的塔里木油田庫車山前區塊是我國最具代表性的超深高溫高壓氣田，其井下系統管柱腐蝕環境極端苛刻，具體表現為井底最高溫度達到200℃、井底關井壓力最高達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致的酸液腐蝕和頻發開關井引起的交變和振動載荷，其防腐方法主要靠管材本質防腐（主要為超級13Cr馬氏體不銹鋼）和酸化緩蝕劑配合使用；地面集輸系統管線在過去幾年腐蝕穿孔較為嚴重，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如雙金屬復合管（碳鋼基管+內襯316L不銹鋼）、非金屬管（玻璃鋼、柔性復合管、聚乙烯、鋼骨架復合管等）、內涂層管、緩蝕劑等，但是這些技術均面臨不同層面的技術瓶頸，如雙金屬復合管焊接接頭的腐蝕和開裂、非金屬管接頭連接頻發失效、內涂層管焊縫處內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，老油田在開發中后期采用注氣驅或混合驅導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環節要輕一些，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計將達到20萬公里，覆蓋31個省區市和特別行政區，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，長輸管道將面臨嚴峻的安全問題。

    （1）應力腐蝕開裂，在上世紀八十年代，全世界很多國家（特別是北美地區）的油氣長輸管道受到應力腐蝕開裂的威脅，主要包括近中性pH值稀碳酸鹽溶液應力腐蝕開裂和高pH值濃碳酸鹽溶液應力腐蝕開裂，但是隨著管道外防腐層和管材質量的不斷改進和優化，長輸管道的應力腐蝕開裂已少有發生。

    （2）存續試壓水內腐蝕，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腐蝕發生的，但由于一些特殊的工藝導致內腐蝕時有發生，如在采用水介質試壓后，管道未及時投用導致存續試壓水在管道投用前的氧腐蝕和投用后的腐蝕產物膜下腐蝕，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展，由于二者的選址原則相近或者實際現場的制約，導致（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的重要因素之一，根據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）交流輸電技術的發展，其引起的交流雜散電流腐蝕將更為嚴重，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，該輸電方式引起的雜散電流腐蝕受到較為普遍關注，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；故障或調試時單極運行，入地雜散電流數值是輸電線路中的輸出電流，數值高達幾千安培。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，嚴重時會燒毀陰極保護電源設備。在感應和傳導雙重作用下，極有可能在附近金屬管道上瞬間激發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。劣質原油和設備老化都給煉化裝置的安全生產提出了嚴峻挑戰。在我國，老油田進入穩產、衰減階段，為了提高產油量，在三次、四次采油的過程中，加入一定數量的增油劑在所難免，這樣采得的原油，不但原油本身質量較差﹙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，給原油的加工帶來了很大的影響，造成了設備和管道的嚴重腐蝕。中國石油煉化企業設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、克拉瑪依九區稠油﹚的煉油裝置設備腐蝕嚴重；加工低硫、低酸原油﹙如：大慶原油、長慶原油﹚的煉油裝置設備腐蝕相對較輕，但各企業的煉油裝置都存在不同程度的腐蝕問題。

    根據腐蝕介質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 結垢腐蝕、高溫環烷酸腐蝕等。目前，煉化企業主要的防腐措施有：（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）材質升級，該方法是最簡單有效的設備防腐措施，但材質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系列不銹鋼內襯、316L等；（3）表面處理技術：包括滲鋁滲鋅、非金屬涂層、Ni-P鍍層、聚四氟乙烯內襯等。目前我國煉化企業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域腐蝕開裂、硝酸裝置塔體和換熱器的腐蝕、PTA裝置反應系統的腐蝕等。

    據付博士介紹，2014年石油管工程技術研究院建成了具有國際領先水平的全尺寸實物管柱拉伸腐蝕實驗系統和全尺寸管柱沖刷腐蝕實驗系統，目前在石油管材及裝備腐蝕與防護研究領域主要攻關方向是開展全尺寸實物管柱/道腐蝕和應力腐蝕行為研究。在全尺寸腐蝕實驗系統投用一年的時間里，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。

    機遇與挑戰并存

    腐蝕的影響牽涉到經濟、環境、安全等多方面問題。腐蝕防護本身不產生任何經濟、環境和安全增量，但是不控制腐蝕卻會增加發生經濟損失、環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濟損失、環境污染和不安全事件的發生概率應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查，90年代，柯偉院士寫過關于各行業腐蝕調查的書籍來說明腐蝕的嚴重性，通過腐蝕調查可讓領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。“腐蝕調查”對于石油天然氣工業來說面臨如下的機遇和挑戰：

    第一，“腐蝕調查”促進石油天然氣行業各級人員對腐蝕防護工作的重視。

   上世紀90年代中國腐蝕與防護學會、中國石油學會和中國化工學會聯合調查數據表明腐蝕在石油與化工行業造成的經濟損失約占國民生產總值的6%左右，而其它各行業由于腐蝕造成的損失平均約占國民生產總值的3%，可見石油石化行業腐蝕防護工作的重要性。但是隨著油氣資源比例變化、油氣產能增加、行業結構調整、開發生產技術創新等因素的影響，上世紀的腐蝕調查數據急需更新，通過本次對石油天然氣行業的腐蝕成本和腐蝕損失的調查，調查結果必將引起石油天然氣行業各級人員的重視和關注，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。

    第二，“腐蝕調查”促進國家和石油天然氣行業部門腐蝕防護立法和標準化。

    隨著我國新《安全生產法》和新《環境保護法》的實施，腐蝕引起的石油管材及裝備的失效已不僅僅是經濟損失問題，而是關系到公共安全和環境的問題，安全和環境兩大主題是我國在21世紀實施可持續發展戰略的重要保障。因此，通過腐蝕調查向全社會公布腐蝕調查結果必將引起國家和石油天然氣行業相關部門的腐蝕防護立法和相關標準的制修訂。

    第三，“腐蝕調查”促進石油天然氣行業腐蝕防護研究和新技術發展。

    盡管我國石油天然氣行業的腐蝕與防護研究已有長足的發展，但是在一些關鍵防護材料和新技術方面仍有提升的空間，目前我國在研發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。通過本次腐蝕調查讓我們找到差距和認識我們工作的努力方向，從而增加經濟投入、人才投入、技術投入、裝備投入，最終促進腐蝕防護研究和新技術的大發展。

    第四，精確的“腐蝕調查”數據收集面臨挑戰。

    腐蝕調查人員需要收集防腐投入和腐蝕損失兩方面的數據，個人認為存在兩方面的困難，第一，對于防腐投入方面，因部分數據涉及財務和商業保密，所以在精確數據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引起的石油管材及裝備失效問題已不再是簡單的經濟損失問題，而是關系到社會公共安全和環境問題。因此，腐蝕調查人員要了解一個油田、管道公司、煉化企業的腐蝕事故存在一定的困難。但是，我們腐蝕調查人員不畏困難，轉換思路和變換方法，在腐蝕調查過程中引入統計的思想和全新的數學方法來開展工作。最終為中國工程院“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”重大咨詢項目提供盡可能精確的數據。

    總之，“腐蝕調查”是一件很有意義的事情，它石油天然氣工業發展的“推進劑”。

    個人簡介

    付安慶，工學博士，高級工程師，現就職于中國石油集團石油管工程技術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、油田地面集輸系統管道及壓力容器內腐蝕監/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、微區電化學腐蝕、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，師從北美管道首席科學家Dr. Frank Cheng教授。先后主持或作為骨干成員承擔了陜西省自然科學基金、國家自然科學基金、中石油集團應用基礎項目、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支持。獲省部級二等獎2項，三等獎1項，局級獎勵6項。發表論文20余篇（其中SCI收錄7篇），申請并授權專利5項，先后在國內外參加IPC國際管道會議、NACE年會、中國石油石化行業年會并做大會報告發言。


 

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責任編輯：王元

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