浅谈油田地面管线的腐蚀失效
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摘要：随着油田的开发与建设，油田地面管线的长度不断增加，而由于管线腐蚀造成的各种直接损失和间接损失是极其惊人的，因此必须对管线腐蚀给予高度关注。
关键词：腐蚀；分类
中图分类号：TE985.8文献标识码：A
1 腐蚀的类型
1.1 按腐蚀环境条件分类
1.1．1 输送介质的腐蚀
输送介质对管线的腐蚀是个普遍的现象。虽然其组成是一个弱腐蚀体系，但对防腐不给予足够的重视，仍会造成资源、能源、材料的浪费，而且常常威胁着正常的安全生产和原油质量。因此研究输送介质对管线的腐蚀有重要意义。
1.1.2 自然环境的腐蚀
由于油田地面管线大部分掩埋在土壤中，土壤是由固体、液体和气体三相物质组成的非均匀体系，内中还含有氧、水分和各种腐蚀性的阴离子，如NO3-、SO42-、CO32-、CL-等。
1.2 按腐蚀形貌分类
腐蚀按分布的集中度可以分为两大类：全面腐蚀与局部腐蚀。两者是相对而言的。腐蚀分布在整个金属构件表面上（包括均匀的、较均匀的和较不均匀的）称为全面腐蚀；腐蚀从金属管线表面萌生以及腐蚀的扩展都是在很小的区域内选择地进行的称为局部腐蚀。
2 全面腐蚀
如果金属材质及腐蚀环境都较为均匀，腐蚀均布于构件的整个表面，且以相同的腐蚀速度扩展，则这种全面腐蚀就是均匀腐蚀。均匀腐蚀是一种累积的损伤，其宏观表征是构件厚度逐渐变薄，金属材料逐渐损耗。用电化学过程解释均匀腐蚀历程则视金属构件表面由无数阴、阳极面积非常小的腐蚀原电池组成，微阳极与微阴极处于不断的变动状态，因为整个金属表面在溶液中都处于活化状态，只是各点随时间有能量起伏，能量高时为阳极，能量低时为阴极，随电化学历程的推移，金属构件的表面遭受均匀的腐蚀。如果金属构件表面某个位置总是阳极，则此处不断的阳极溶解会产生局部腐蚀。如我队北3-1-丙51井的掺水管线在更换过程中发现管壁厚度由铺设时的3mm减少到不足2mm。
3 局部腐蚀
3.1 点腐蚀与缝隙腐蚀
在构件表面出现个别孔坑或密集斑点的腐蚀称为点腐蚀，又称孔蚀或小孔腐蚀。点腐蚀是一种由小阳极大阴极腐蚀电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式。每一种管线金属材料，对点腐蚀都是敏感的，管线金属在表面的氧化皮或锈层有孔隙的情况下，在含氯离子的水中常发生点腐蚀。缝隙腐蚀是另一种更普遍且与点腐蚀很相似的局部腐蚀。
3.1.1 点腐蚀
点腐蚀的产生经历了点蚀孔的形成及点蚀孔的扩展两个阶段。金属表面的位错露头、杂质相界、不连续缺陷或金属表面钝化膜和保护膜的破损等部位都可以成为点蚀源，在电解质中，这些部位往往呈活性状态，电位比邻近完好部位要负，两者之间形成局部微电池。局部微电池作用的结果，阳极金属溶解形成了点蚀核，阳极溶解产生的电子流向邻近部位促成发生氧的还原反应得到阴极保护。经一段时间的局部微电池作用，点蚀核部位溶出点蚀孔。若介质中含有活性离子如氯离子，能优先吸附于点蚀核部位，或者排挤吸附的HO-、O2-离子，与金属作用形成可水解的化合物，更容易引起金属表面的微区溶解而形成点蚀孔。在点蚀孔内由于阳极溶解下来的金属离子形成的化合物发生水解而生成氯离子，因此蚀孔中的PH值下降，酸性加强。这样又加速了金属的溶解，从而造成了点蚀孔的扩大与加深。而且腐蚀产物生成后积聚在孔口也使蚀孔内外物质迁移难以进行，孔口的积聚物越来越多，使孔内形成闭塞电池。随着水解反应的继续进行，PH值不断下降，孔内金属离子浓度上升，为了维持电荷平衡，孔外活性的氯离子不断的穿过腐蚀产物向蚀孔内迁移，导致孔内氯离子进一步富集，这就是点腐蚀扩展的“自催化酸化”过程。点腐蚀以自催酸化发展下去，使金属管线的蚀孔迅速穿进，以至穿透壁厚，发生介质泄露。
3.1.2 缝隙腐蚀
金属之间或金属与非金属之间形成很小的缝隙，使缝隙内介质处于静滞状态，从而引起缝内金属加速腐蚀的局面腐蚀形式称为缝隙腐蚀。许多金属管线的锈层、垢层等，在金属表面上形成了缝隙，缝内外难以进行介质交换，缝内氧耗尽而形成氧浓差电池，或促使氯离子等活性离子进入缝隙，使PH值降低，在缝隙内产生自催化酸化过程，都会引起缝隙腐蚀。严重的部位则腐蚀穿孔。
3.1.3 应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂是金属材料在静拉伸应力和特定腐蚀介质协同作用下，所出现的低于其强度极限的脆性开裂现象。应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的破坏不同，它在极低的应力水平下也能产生破坏；它与单纯由腐蚀引起的破坏也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。它是危害性极大的一种腐蚀破坏形式。从全面腐蚀角度看来应力腐蚀开裂是在耐腐蚀的情况下发生的，细小的裂纹会深深地穿进构件之中，构件表面没有变形预兆，仅呈现模糊不清的腐蚀迹象，而裂纹在内部迅速扩展致突然断裂，容易造成严重的事故。金属构件发生应力腐蚀开裂必须同时满足材料、应力、环境三者的特定条件。应力腐蚀一般发生在构件表面能形成良好的保护膜所处的环境中，保护膜具有耐腐蚀的性能，当保护膜在应力及腐蚀作用下局部遭到破坏，材料开裂过程才得以进行。
在我矿的管线腐蚀穿孔中，应力腐蚀穿孔最为常见。在对北4-100-251、北4-8-48等油水井管线穿孔鉴定时发现穿孔处的管壁有轻度鼓胀，其周围布有明显可见的纵向裂纹。对管线爆裂部位取样抛光后检查证实，裂纹起源于钢管外表面腐蚀坑并以枝杈状向内扩展。由于管线材料本身具有较高的内应力，同时管线是在一定压力下工作，故使管壁在承受相当高的应力条件下服役。而管线外表面那些有缺陷的地方被选择性腐蚀形成腐蚀凹坑，当腐蚀坑常年在介质和应力的联合作用下萌生裂纹，裂纹不断扩展，管壁有效截面减小，直到不能承受工作负荷时，就会突然破裂。
4 对管线腐蚀穿孔的几点认识及预防措施
4.1 几点认识
4.1.1管线腐蚀不仅损耗了材料，因腐蚀造成的环境污染、生产检修，甚至人身伤害等损失更是无法估量，因此必须对管线腐蚀及腐蚀穿孔分析给予高度重视。
4.1.2由于金属管线的全面腐蚀性强，在现场上容易采取对策，只要做好管线防腐保温及预留使用腐蚀裕量便可在管线设计寿命内安全使用。
4.1.3在现场发生的管线腐蚀穿孔中，局部腐蚀较不容易发现且预测监控及预防比较困难。
4.2 预防措施意见
4.2.1 选择合适的耐腐蚀材料，防止过多的非金属夹杂物，提高成分和组织的均匀性，提高材料韧性。
4.2.2 确保能将管线表面与环境隔离。
4.2.3 力集中、尖角、缝隙和结构厚薄悬殊，采用退火等手段消除残余应力。
4.2.4 剂改善管线工作环境。
参考文献
[1]廖景娱.金属构件失效分析[M].北京：化学工业出版社，2003.
[2]赵芳壁.化工腐蚀与防护[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1992.