1、郑 重 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： i摘 要油田在开采过程中，原油和天然气从井口采出经分离、计量，集中输送到处理厂，含有少量的 CO2和 H2S 的天然气也有直接进入输气干线的情况。在集输过程中管线设备受到湿天然气的电化学腐蚀和外壁土壤腐蚀，大气腐蚀，其中最危险的是 H2S 腐蚀，其次是 CO2腐蚀，含
2、CO2和 H2S 集气系统的腐蚀问题,已经影响天然气的正常输送,极大地影响天然气的输送效益。因此,急需研究解决措施,使现有含 CO2和 H2S 的天然气正常输送,也为以后油田集气系统储备技术。本文从油田集气系统的腐蚀现状出发，深入研究了腐蚀产生的原因以及腐蚀特性，并提出了一系列切实可行的防腐蚀措施，针对集气管道外部由大气、土壤引起的腐蚀，提出了材料的选择、表面保护等具体的防腐措施。对油田集气系统中最主要的由 CO2和 H2S 造成的管道内部腐蚀，也提出了涂层保护、添加缓蚀剂等具体的防护措施，对今后油田防腐蚀工作具有一定的指导意义。关键字：天然气；输气干线；油田集气系统；防腐蚀措施iiABSTR
3、ACTIn the process of mining the oil field, crude oil and natural gas was exploited from the well; then, through separation and metering, they were transmitted to treatment plant. Part of the natural gas which containing a small amount of CO2 and H2S gas also have directly entered to gastransmission
4、trunk line. In the process of gathering, the pipeline equipment was corroded by the electrochemical corrosion of wet gas, the outer wall soil corrosion and atmospheric corrosion. The most dangerous one is H2S corrosion, followed by CO2 corrosion. The corrosion of the gathering equipment which contai
5、ning CO2 and H2S has greatly affected the transmission and the output benefit of natural gas. Therefore, some measures should be put forward urgently to ensure the normal transmission of the existing gas and also reserve technology for the development of oil field gas collecting system. Starting fro
6、m the present situation of corrosion of oilfield gathering system, this paper aims to study the roots and features of corrosion and put forward a series of practical anti-corrosion measurement. As for external corrosion of gas collecting pipeline, which was caused by the atmosphere and the soil, som
7、e anti-corrosion measures such as material selection and surface protection are put forward. For the internal corrosion of gas collecting pipeline, which was caused by CO2 and H2S, also some specific protective measures such as coating protection and adding preservatives are put forward, which will
8、be of great significance for the development of anti-corrosion of oil gathering system . Key words: natural gas；natural gas transmission pipeline；oilfield gathering system；corrosion protection measures1目 录第 1 章 绪论1.1 油田集气系统腐蚀危害与防护现状 .11.1.1 腐蚀危害 .11.1.2 防护现状 .1第 2 章 油田集气系统的腐蚀特性2.1 油田集气系统的外部腐蚀特性 .32.
9、1.1 大气腐蚀特性 .32.1.2 土壤腐蚀特性 .32.2 油田集气系统内腐蚀特性 .42.2.1 硫化氢腐蚀特性 .42.2.2 二氧化碳腐蚀特性 .5第 3 章 油田集气系统的腐蚀特性3.1 大气腐蚀的影响因素及防护措施 .63.1.1 大气腐蚀的影响因素 .63.1.2 大气腐蚀的防腐设计 .73.2 土壤腐蚀的影响因素及防腐设计 .83.2.1 土壤腐蚀的影响因素 .93.2.2 土壤腐蚀的防腐设计 .93.3 其他外腐蚀仿佛设计 .10第 4 章 油田集气系统内腐蚀的防护措施4.1 硫化氢腐蚀的影响因素及防腐设计 .124.1.1 硫化氢腐蚀的影响因素 .124.1.2 硫化氢腐
10、蚀的防腐设计 .124.2 二氧化碳腐蚀的影响因素及防腐设计 .134.2.1 二氧化碳腐蚀的影响因素 .134.2.2 二氧化碳腐蚀的防护设计 .142总结 .18参考文献 .19致 谢 .201第 1 章 绪论1.1 油田集气系统腐蚀危害与防护现状1.1.1 腐蚀危害腐蚀现象普遍存在于油田集气系统中的方方面面，危害十分严重。在油田集气系统中，外部腐蚀主要是由外部环境引起的腐蚀，像大气、土壤对管道造成的二腐蚀，而内部主要是 CO2和 H2S 造成的腐蚀，破坏十分严重。管道腐蚀现象普遍存在于油田集气系统中，油田管道由于腐蚀而造成的事故，常常使得工作人员和附近居民的安全受到威胁。例如，1965
11、年 3 月，美国一条输气管道因腐蚀破裂而着火，造成 17 人死亡。管道腐蚀还造成大量金属和能源的浪费，造成经济损失，还可能使有毒的物质流入环境，对环境造成污染，危害人民的身体健康。最后，腐蚀会造成重大的直接或间接的经济损失，据工业发达国家统计，因腐蚀造成的经济损失约占当年国民经济生产总值的1.5%4.2% 。尽管油田集气系统采取了各种相应的腐蚀控制措施，但油田集气1系统的腐蚀事故仍时有发生，据不完全统计：目前在役油气管道腐蚀事故频次约为 0.8751.375 次/（a1000km），高于国外 0.080.16 次/（a1000km）。1.1.2 防护现状1.外腐蚀保护国内油气管道干线大多数采用
12、防腐层与外加电流阴极保护进行外腐蚀控制。近两年来，中国油田集气系统基本上都施加了区域性阴极保护。2.内腐蚀保护除部分油田集输管道和储罐外，大多没有采用内腐蚀控制措施。3.腐蚀控制管理管道干线阴极保护系统一般每月检测沿线保护单位。以前，涂层检测与维护则相对被动，一般在发现问题(如阴极保护电位异常)后，进行检测和维护。 近年来，油田集气系统管道运营管理者已经开始系统地检测维护。油田集气系统设施腐蚀控制系统除区域阴极保护系统定期检测外，基本部进行检测。一般是在发生腐蚀迹象后随站场设施的改造进行涂层更新。腐蚀现象几乎遍及国民经济的一切领域，随着工业的迅速发展，腐蚀问题2日益严重，腐蚀给国民经济带来巨大
13、的损失和危害 2。腐蚀对油田集气系统的危害也极大，不仅在于材料资源受到损失，对职工人身安全也会带来严重的威胁。学习和研究腐蚀理论的目的最终要为防腐技术服务， 努力克服腐蚀造成的危害、减少腐蚀损失是各工矿企业和广大工程技术人员所共同关心的问题和面临的紧迫任务。作为油气储运工作者， 除了具有丰富的油气储存和运输的专业知识外，还要掌握先进的防腐蚀技术，真正做到安全、保质、保量储存和运输油气资源。3第 2 章 油田集气系统的腐蚀特性油田集气系统中的设备、管线，由于所处腐蚀环境因素比较复杂，大气和输送介质引起集气系统的较为严重的内外腐蚀，以下详细介绍其腐蚀特性。2.1 油田集气系统的外部腐蚀特性油田集气
14、系统的外部腐蚀是指集气设备与外部环境接触而发生的腐蚀过程，主要是大气和土壤引起的腐蚀。2.1.1 大气腐蚀特性1.大气腐蚀的电化学过程（1）阳极过程腐蚀的阳极过程，即金属作为阳极发生溶解的过程。在大气腐蚀的条件下，阳极过程的反应为：M+xH2OM xH2O+nen（2）阴极过程当金属集气管道发生大气腐蚀时，由于表面液膜层很薄，氧容易达到阴极表面，阴极过程以氧的去极化为主。在碱性或中性介质中，阴极过程反应为：O2+2H20+4e4OH 在酸性介质中，阴极过程的反应式为：O2+4H +4e2H 2O一般情况下，大气腐蚀会造成集气管道表面水膜的减薄，使得阳极去极化的作用也随之减弱。2.1.2 土壤腐
15、蚀特性土壤溶液和溶解在土壤溶液里的氧化剂形成了腐蚀电池造成了土壤中的金属管道发生腐蚀。电化学腐蚀特性是，金属管道作为电子导体，电解质作为离子导体，金属管道与电解质接触形成电极系统，形成不同的电极反应，阳极反应是金属管道失电子形成对应离子，阴极反应是电解质中的氧化剂得电子。渐4渐地，阴极反应的平衡电位变得将高于阳极反应的平衡电位时，便形成了自发放电的电池。而这个电池恰好被金属管道自身所短路，它就不断地运行，造成金属的腐蚀，所以就把它叫做腐蚀电池。这便是土壤中金属管道腐蚀的特性。 1.阳极过程对比较疏松的和干燥的土壤来说，随着氧的渗进土壤量增加，腐蚀过程主要由阳极过程来控制，这种腐蚀过程的特征与大
16、气腐蚀的特征接近。金属管道在土壤中腐蚀的阳极过程为铁氧化成 Fe ，并发生 Fe 的水合22作用：Fe+nH2O=Fe nH2O+2e只有在酸性较强的土壤中，才有相当数量的铁遇到强氧化剂被氧化成为 Fe或 Fe ，以离子状态存在于土壤之中。在稳定的中性和碱性土壤中，由于 Fe23和 OH 之间的次生反应而生成 Fe(OH)2：在阳极区有氧存在时，Fe(OH)2 能氧化成溶解度很小的 Fe(OH)3：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3产物不稳定，它会转变成更加稳定的产物 FeOOH，它是一种腐蚀产物 3。2.阴极过程土壤中的金属管道，在发生土壤腐蚀时，阴极过程是氧的还原，在阴极区域生成 OH 离子：O2+2H2O+4e4OH 2.2 油田集气系统内腐蚀特性油田集气系统的内部腐蚀是指集气设备与输送介质接触而发生的腐蚀过程，主要是天然气中所含的 CO2和 H2S 引起的腐蚀。2.2.1 H2S 腐蚀特性与二氧化碳和氧相比，H2S 在水中的溶解度最高。天然气集输系统中常有水存在，H2S 会发生电离反应，其在水中的电离反应为：H2S H +HSHS H +S2
