1.3.2.1石油天然氣工業

    公路、鐵路、水路、航空和管道五大輸送方式各有長短，油氣管道運輸的優點主要表現為：輸送成本比鐵路、公路低，且不像水運嚴重受到地理位置的限制；建造價格比鐵路低，且施工周期短；輸送量越大，成本越低；占地面積小；節省人力，管理費用低；節省能源；安全性高；損耗少，幾乎無污染；價格穩定，供給不受氣候、交通的影響而有保證。

    由于管線腐蝕而引起的損失是巨大的，因此，了解腐蝕發生的原因并采取有效的防護措施有著十分重大的意義。金屬在不同的環境條件下可以發生不同的局部腐蝕，如孔蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕、磨損腐蝕等。管線腐蝕就是管線在各種環境因素作用下發生化學反應，使管線性能下降、狀態改變，直至損壞變質的一種自然現象。腐蝕的發生與溫度、壓力、電偶、焊縫、土壤環境、微生物、大氣及現有的防護措施等因素密切有關。

    輸油管道基本上采用碳素鋼無縫鋼管、直縫電阻焊鋼管和螺旋焊縫鋼管。輸油管道的敷設一般采用地上架空或埋地兩種方式。但無論采用那種方式，當金屬管道和周圍介質接觸時，會發生化學作用或電化學作用引起表面銹蝕。金屬管道遭到腐蝕后，在外形、色澤以及機械性能方面都將發生變化，影響所輸油品的質量，縮短輸油管道的使用壽命，嚴重可能造成泄漏污染環境。

    在使用1～2年就發生腐蝕穿孔造成油氣泄漏的現象也時有發生。EGIG（歐洲輸氣管道事故數據組織 — European Gas pipe line Incident Data Group）在對該組織的8個成員單位的管線事故調查數據進行分析的一份報告中顯示，由于腐蝕而引起的事故在事故總量中居第三位，僅次于第三方因素和施工、材質缺陷。前蘇聯的統計資料表明，管線腐蝕事故占停氣事故的30 %，天然氣管線腐蝕事故累積超過2000次，其中有一次竟死亡800多人。另據美國國家標準局調查表明，1975年美國油氣工業因腐蝕造成的年度損失費用為90億美元。

    國內的數據顯示，1988年全國發生油氣田管道事故248起，其中由腐蝕引起的就有202起。在諸多油氣設施中，以油氣管線腐蝕事故最為觸目驚心。目前全世界范圍內管線正以每年40, 000 km的速度增長。如此大量的管線埋設在地下，其外部長期受到土壤介質、雜散電流的腐蝕以及各種微生物的侵蝕，內部受到含有H2S、CO2、Cl－ 等油、氣、水的腐蝕，致使管道發生穿孔泄漏和開裂性事故，引發嚴重的后果。尤其在高壓下工作的管線一旦發生破裂，很容易引發火災、爆炸等災難性事故。我國對腐蝕損失所做的統計表明，腐蝕所造成的損失約占國民經濟的3%，其中石油天然氣工業是受腐蝕危害最嚴重的部門之一。我國的油氣田大多數分布在鹽堿沼澤地帶，屬于中、強，甚至特強腐蝕土壤，對各類管道、埋地設施的腐蝕很嚴重。隨著我國油氣田開發進入中后期，作為油田主要設施的管道，其腐蝕問題將越來越突出，甚至成為困擾油田生產的一個重要因素。因此，了解腐蝕發生的原因，采取有效的防護措施，有著十分重大的意義。

    （1）電化學腐蝕

    電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質發生電化學作用而產生的破壞。地下土鑲的物理化學性質的不均勻性和金屬材質的電化學不均衡性就為埋地管道的電化學腐蝕創造了條件。電化學腐蝕是埋地管道中最常見的腐蝕形式。

    （2）細菌腐蝕

    土壤中的一些細菌比如硫酸鹽還原菌在貧氧的情況下能加快腐蝕的進程，其作用機理是參加電極反應將可溶性硫酸鹽轉化為硫化氫，這些細菌利用反應放出的能最來繁殖。而且硫化氫會與金屬反應引起陰極去極化作用，這就是所謂的細茵腐蝕。細菌腐蝕受許多因素的影響，如土壤的含水量，酸堿性，周圍溫度以及鹽類物質。相關文獻指出在pH值為6.2～7.8的貧氧沼澤地帶細菌的活動最頻繁。

    （3）化學腐蝕

    化學腐蝕是指金屬管道表面的材料直接與環境中的非電解質發生化學作用而引起的破壞。其主要破壞機理是非電解質中的氧化劑與金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產物。化學腐蝕與電化學腐蝕的不同之處在于腐蝕的全過程沒有電流的產生只是電子在金屬與氧化劑之間的傳遞。一般在常溫和干燥的環境下并不會發生化學腐蝕，但是在高溫下就容易被氧化生成一層氧化膜。在管道輸送油品的過程中，由于油品中含有豐富的有機硫化物，很容易與金屬管道發生化學腐蝕。

    與發達國家相比，國內油氣管道的腐蝕情況顯然要嚴重得多。主要存在以下問題：

    （1）老管道進入腐蝕事故多發期。日前在運營的大多數老管道建于20世紀70年代前后，受當時技術水平的限制，管道的防腐蝕設計特別是防腐涂層的選型缺乏科學性，幾乎無一例外地選用了石油瀝青防腐涂層，經過20多年的運行，大多數石油瀝青涂層已經老化，特別是運行溫度較高的管道。而目前管道防腐大修技術相對落后，致使涂層維修滯后，管道保護不足，進入腐蝕事故高發期。

    （2）腐蝕防護專業人員相對欠缺。特別是管道運營與維護操作層面的技術人員、防腐蝕施工及管理人員大多沒有經過腐蝕防護專業方面的技術培訓，對管道腐蝕控制中出現的問題不能及時察覺并處理。即便是防腐蝕設計人員也主要集中在陰極保護設計方面，涂層選型與設計既沒有相應的指導性文件，也缺少科學的評價與決策過程。

    （3）沒有系統的腐蝕控制管理規程。雖然相關技術規范與標準較多，但大多針對防腐蝕設計、施工與材料的實驗室測試，且相對零散，而有關腐蝕控制系統管理方面的標準和規程較少。

    目前國外許多國家正在推行管道風險與完整性管理方法，并開發出了相應的管理程序，將管道的腐蝕控制納人完整性管理體系，實行積極的監測與維護。

    （4）各部門缺乏溝通機制與信息交流平臺。科研、設計、施工、運營管理等各個部門的溝通與協調一致，對管道腐蝕的有效控制起著重要的作用，但目前沒有相應的機制促進溝通，也缺乏信息交流的平臺，難免導致科研脫離實際、設計失之偏頗、施工質量受損、運營管理低效。

    （5）防腐蝕工程質量控制需要進一步加強。工程質量的全面控制包括原材料/設備質量、施工質量、監造/監理質量、驗收質量控制。盡管目前已實行了市場準人、招投標、監造/監理等制度，但對監造/監理、驗收質量的控制缺乏有效的監督和檢查。

    建議及對策：

    （1）開展中國石油管道腐蝕現狀調查、分析與對策研究工作

    對油氣管道的腐蝕現狀進行全面調查，分析腐蝕原因，制定相應的對策。

    （2）全面推行腐蝕風險監測與完整性管理體系

    大多數管道運營者通過遵守其管理規程和國家法規來控制風險，但是管理規程通常是慣例性要求，并不能適應不同需求和風險的各種管道。這種不適應體現在兩方面：①可能會漏掉某些新的風險；②應用環境不夠靈活，阻止了可識別并消除關鍵風險的新技術的應用。

    管道管理部門從管道設計和運營中的規章管理向風險管理過渡，將風險管理作為維護和改善管道安全水平的最經濟有效的方法，風險管理承認要消除所有風險是不可能的，認為控制風險的最佳方法是分析并有效利用現有資源，而不是簡單地遵守規章和規范。

    開發油、氣管道完整性管理程序，全面推行腐蝕風險監測與完整性管理體系，將腐蝕控制納入完整性管理體系，主要包括以下工作：

    1）管道系統數據管理，包括收集、分析、整合；2）腐蝕風險評價；3）完整性評價（內檢測、試壓和直接評價）；4）對評價的響應與腐蝕減緩措施；5）評價的時間間隔；6）與腐蝕有關的完整管理程序的效能測試；7）有關管道外腐蝕、內腐蝕及應力腐蝕風險的完整性管理方案。

    （3）建立管道基線檢測與評價、周期性檢測與評價制度

    對新建管道進行基線檢測與完整性評價，建立管道系統最初的完整性資料；由于腐蝕是一種時效性危險因素，因此必須對運營管道進行周期性檢測與再評估，監測腐蝕風險的控制情況。

    （4）開展管道直接評價

    除了第三方活動破壞外，油氣管道更多的風險來自腐蝕。直接評價是一種利用結構化過程的完整性評價方法，在不能對管道進行內檢測和試壓評價時，通過該方法綜合管道的物理特征、運行歷史結合管道檢查、檢測和評價的結果，評價管道完整性，主要適合于外腐蝕、內腐蝕。直接評價主要涉及4個步驟：1）預評估；2）間接檢測；3）直接檢查；4）后評估。

    目前國外已有相應的外腐蝕直接評價標準NACE RP 0502（2002年頒布）和內腐蝕評價的標準NACE RP 0104（2004年頒布）。

    （5）管道防腐蝕從業人員技術培訓

    對有關從業人員進行技術培訓，實行腐蝕專家、腐蝕工程師、腐蝕技術員資質認證、持證上崗制度。提高從業人員專業素質，確保管道腐蝕控制工作的效能。

    （6）整合現有技術標準體系，加快國際先進技術標準采標進程

    對現有技術標準、規范進行修訂、整合，搜集引進國外先進技術標準特別是完整系評價與管理方面的標準并轉化采用，補充、完善油氣管道腐蝕控制的標準體系。

    （7）建立腐蝕與防護數據庫與信息管理系統，加強腐蝕數據管理

    與腐蝕相關的數據的數量與質量直接影響到腐蝕風險評價的置信度及腐蝕風險控制系統的效能。因此建立腐蝕與防護數據庫與信息管理系統，收集并有效利用相關數據，是管道完整性管理必不可少的環節。

    （8）加強技術交流與合作、強化工程質量監督

    鼓勵技術人員參加國際技術交流與合作，每年或每兩年召集管道防腐科研、設計、施工、運行管理等部門的技術人員進行一次行業內技術研討會，提供溝通與信息交流平臺，同時加強設計方案審查、施工質量監控、運行維護管理。

    油氣采集儲運行業的腐蝕問題可通過采取一些必要的措施加以控制，這些控制和減緩腐蝕事故及損失的措施和經驗絕大部分都有過成功應用的實例，主要有：

    （1）遵循標準選材設計施工；（2）脫除腐蝕介質，減緩油氣介質的腐蝕性；（3）采取適當、有效的防護措施，如加注緩蝕劑、防護涂層、陰極保護及幾種方法聯合使用；（4）建立腐蝕監測系統，把握腐蝕動態；（5）對管道而言，進行定期清管排污；（6）增加防腐投入；（7）立足國情，開發研制適合我國國情的防腐系列產品；（8）加強防腐工作領導，建立防腐專業機構和制度，提高管理水平。

    針對國內站場管網的腐蝕現狀，提出以下幾點建議：

    （1）鑒于國內站場管道防腐蝕層材料的性能與先進國家防腐蝕材料的性能相比仍存在一定差距，建議進一步引進、開發性能優異、適合于站場施工的新型管道防腐蝕材料和修復技術。

    （2）在對站場埋地管網實施區域性陰極保護的基礎上，建議加強對專業技術人員的培訓，提高管理質量。

    （3）加快對國外先進管道監檢測技術和設備的引進和消化，定期開展站場管網的監檢測和綜合評價，保證管道的安全運行。

    （4）對現有技術標準、規范進行修訂和整合，制定油氣站場管網腐蝕的控制標準，促進站場管道的完整性管理。

    （節選自《我國石油天然氣工業腐蝕成本調查報告》）

    1.3.2.2煤炭工業

    我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，煤炭是我國的主要能源，在一次能源結構中煤炭占比高達70 %以上，預計在今后相當長的一段時間內都不會改變。然而，實際開采與洗選過程中因設備腐蝕而造成的經濟損失非常驚人，煤炭設備的腐蝕將不僅引發大量資源浪費和停工停產等問題，而且還對煤炭的安全生產埋下了重大隱患。我國煤炭主要是地下開采，煤炭系統的設備多處于井下陰暗、潮濕、含腐蝕性氣體的空氣或酸性礦井水的環境中，腐蝕現象嚴峻。傳統的涂料防護、熱浸鍍鋅防護、熱噴鋅與涂料復合防護層、玻璃鋼組合管道等均在煤礦管道獲得了一定應用，并取得了一定的使用效果，但仍難以滿足礦井的設計使用壽命。

    煤炭作為我國的主要能源，并且在今后相當長的一段時間內都不會改變。2014年我國煤炭產量達到38.7億噸，接近世界煤炭產量的1/2，煤炭開采和洗選業主營業務收入達到330, 045.87億元，利潤總額為1, 268.5億元。根據煤炭工業發展規劃，2015年全國煤礦采煤的機械化程度達到75%以上，其大中型煤礦將達到95 %以上，30萬噸及以上中小型煤礦則達到70 %以上。因此開采與洗選過程中因設備腐蝕而造成的經濟損失非常驚人，煤炭設備的腐蝕將不僅引發大量資源浪費和停工停產等問題，而且還對煤炭的安全生產埋下了重大隱患。從中國煤炭年產量趨勢來看，煤炭產量最然增速日趨緩慢，但仍然在不斷增加，并且產量可觀。近年來國內生產的“三機一架”的產量表明，煤炭的生產是靠消耗大量的鋼材換來的。

    煤炭生產中地下作業占大部分，井下見不到陽光，又有水，火，瓦斯，地熱，地壓的頂板冒落等災害的威脅。鑒于井下的特殊環境，金屬腐蝕問題非常嚴重。立井井筒裝備，提升容器，各種管路普遍受到腐蝕影響，井下開采的煤礦一般都需要提升、運輸、通風、排水等系統，以保證安全生產和持續穩產，這些系統也受到不同程度的腐蝕。煤炭生產中的地面洗選設備設施則長期處于潮濕高溫環境下，腐蝕狀況相當嚴重。

    隨著煤炭工業的發展，人們從實踐中逐步認識到礦山腐蝕的嚴重性和防腐工作的重要性。從70年代末期開始，煤炭系統開始重視礦山設備的防腐工作，逐步采取了一系列措施，加強科研攻關和新技術的推廣應用，制定、頒發了《煤礦立井井筒裝備防腐蝕技術規范》，取得了顯著成績。幾十年來，煤炭系統先后有“酸洗、鈍化表面處理工藝”、“干濕兩用防銹漆”和“ZM系列增摩型鋼絲繩防銹脂”等3項防腐成果獲國家發明獎；有多項課題獲煤炭部科技進步獎。但由于中國地域廣闊，煤炭資源分布廣泛，煤礦數量眾多，其中鄉鎮小企業數量多等特點，煤炭生產加工過程中的腐蝕問題依然嚴峻，防止腐蝕的措施的研究、推廣及應用依然是重中之重。

    我國煤炭生產主要是地下開采，地下煤礦數量約占98 %。煤礦井下相對濕度高，井下水酸、堿、鹽等含量大，以及有害氣體在水中的溶解為電化學腐蝕過程提供了導電性良好的介質。由于工作需要，井下通風量大，供氧充分，為陰極反應的進行提供了有利條件。煤炭開采過程中頻繁的磨擦磨損也大大加速了金屬構件的腐蝕進程。我國部分礦井腐蝕調查和實驗室模擬試驗結果表明，鋼鐵在井下的單側年平均腐蝕深度為0.2~1.2 mm，為海洋環境中鋼鐵腐蝕程度的2~3倍。

    從腐蝕環境特征分析，煤炭行業腐蝕主要分為空氣腐蝕和礦井水的腐蝕。由于井下空氣中含有的一氧化碳、二氧化碳、甲烷、二氧化硫和硫化氫等氣體具有較高的濕度和溫度，材料遭到的腐蝕比城市大氣還要嚴重。研究表明，當空氣中的相對濕度高于60%時，由于毛細管凝結和吸附等作用，水蒸氣會在金屬表面形成水膜。二氧化硫等氣體的溶入不但增加了液膜的導電性能，而且由于溶液呈酸性更加速了腐蝕。由于二氧化硫和氧的共同作用使鐵轉變成易溶的FeSO4，后者進一步氧化并水解為硫酸，再與鐵反應，從而加速了腐蝕反應的進行。