石油與天然氣是能源的重要組成部分，管道則是油氣輸送的首選方式。隨著服役時間的增加，油氣管道面臨嚴峻的腐蝕失效問題。

一、腐蝕失效類型

通常，金屬材料在接觸酸性物質時將發(fā)生電化學腐蝕，但是酸性氣體不會直接造成腐蝕，只有在水溶液環(huán)境中才會發(fā)揮作用。在油氣管道中，酸腐蝕往往發(fā)生于未脫水的站場集輸管道中，其中最具有代表性的酸性物質是CO2和H2S。CO2和H2S是天然氣開采過程中的附加產物。此外，二氧化碳提高采收率技術（CO2-EOR）將導致CO2伴隨管道的整個運行過程。在油氣輸送過程中，源源不斷的CO2和H2S補給導致管道肘部積水的pH值長期處于較低水平。以CO2和H2S為代表的弱酸性物質所導致的腐蝕始終是油氣管道領域最受關注的問題之一。

當管道內CO2分壓高于1 MPa時，材料表面將形成致密的腐蝕產物膜，起到保護基體的作用，此時CO2的增加將不再導致腐蝕速率進一步增大。然而，多相流狀態(tài)往往會對腐蝕產物膜的保護性造成一定影響，將多相流模型整合到腐蝕速率預測模型中是未來準確評估油氣管道酸腐蝕的重要目標之一。

1、微生物腐蝕

（1）微生物通過中間介質或直接與金屬間發(fā)生電子傳遞，包括SRB與外細胞膜結合的c-細胞色素與鋼表面或半導電性FeS膜接觸的直接電子轉移（DET），通過導電菌毛的定向電子轉移（DET），以及通過氧化還原活性電子介體通過氧化和還原循環(huán)進行的介導電子轉移（MET）

（2）生物膜使金屬表面形成氧濃差電池；

（3）生物膜對金屬表面的鈍化膜、腐蝕產物膜以及防腐蝕涂層的破壞作用；

（4）生物膜通過代謝消耗介質中的緩蝕劑等，加劇金屬腐蝕。微生物抑制腐蝕的主要原因則為其在金屬表面形成生物膜或分泌具有黏性的緩蝕劑類物質，從而抑制金屬的腐蝕。

2、應力腐蝕

管道在服役過程中受到多種應力影響，如土壤應力、管道內部殘余應力、焊接產生的熱應力等。彈性、塑性拉應力均可提高管線鋼的表面活性，促進電化學反應在鋼表面進行。其中，拉應力對陰極反應的促進作用較陽極反應明顯。特別是在高pH值環(huán)境下，局部應力大于裂紋萌生閾值的晶界上將出現溶解裂紋，在應力作用下，陽極溶解促進裂紋持續(xù)擴展直至斷裂。

3、氫損傷

隨著新能源技術的發(fā)展，天然氣摻氫輸送已成為油氣儲運行業(yè)關注的熱點話題。利用現有天然氣管道以摻氫天然氣的形式輸送氫氣可以有效降低氫氣輸送成本，但氫對鋼制管道的危害已形成廣泛共識。在輸送過程中，吸附在金屬外表面的氫原子進入金屬，被內表面吸收，在氫原子濃度梯度的驅動下將擴散到金屬內部。

二、腐蝕影響因素

溫度

在稠油輸送工藝中，為保持油品良好的流動性，一般需要加熱輸送。稠油管道出站溫度通?？刂圃?0℃左右，溫度對管材耐蝕性的影響備受關注。在酸性環(huán)境下，溫度較低時的產生的腐蝕產物保護性較差，管道發(fā)生均勻腐蝕；在高溫條件下，腐蝕產物致密，具有良好的保護作用；當溫度高于120℃時，腐蝕產物晶體會快速長大從而導致腐蝕產物膜的內應力增加，最終致使產物膜破裂，引發(fā)嚴重的點蝕穿孔。

腐蝕性陰離子

陰極保護電位

管道在土壤環(huán)境中服役時，通常通過施加陰極保護（Cathode Protection, CP）電位進行防護，不同CP電位下管線鋼的腐蝕失效行為差異較大。若陰極保護實施不當，特別是過度保護時，將增加管道運行過程中氫脆和氫致開裂風險。因此相關標準對陰極保護電位的最低值加以規(guī)定：一般土壤環(huán)境為-0.85 V（vs.CSE），SRB環(huán)境為-0.95 V（vs.CSE）。然而，由于管道服役環(huán)境十分復雜，雜散電流、涂層破裂等因素均可導致施加電位偏離。例如在埋地管道中，脫粘涂層下的管線鋼更易受到陰極電位波動的影響。Ma等研究表明，脫粘涂層下的溶解氧含量將在CP作用下迅速降低，使其轉變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，可為土壤中微生物提供良好的生存環(huán)境。此外，管道缺陷處的局部電場可導致局部電化學狀態(tài)轉變，即陰極極化狀態(tài)瞬間轉變?yōu)殛枠O極化狀態(tài)，引發(fā)局部腐蝕穿孔。

磁場

在工程應用中，雜散電流、漏磁檢測、發(fā)電機、電磁閥和各種地下電器設備均可引起復雜磁場，進而影響埋地管道的腐蝕行為。磁場方向對管道腐蝕行為有重要影響，以往研究表明，平行磁場中的洛倫茲力可加速液體對流，從而促進傳質過程；垂直磁場產生的磁場梯度力則將導致順磁性物質發(fā)生運動。此外，磁場在工程上也被用作去除微生物的一種手段。

交流電

埋地管道常存在與高壓輸電工程交叉的情況，此類管道將面臨交流電腐蝕的問題。交流電主要通過電流密度、頻率、波形3種因素影響鋼的腐蝕行為。管道在電流密度較低時將發(fā)生均勻腐蝕，而在較高電流密度下將發(fā)生嚴重點蝕，同時較高的交流電流密度將導致鋼的應力腐蝕敏感性增加。

三、結論與展望

油氣資源是人類賴以生存的重要資源之一，管道輸送在未來很長一段時間內仍是主要的油氣輸送方式。在油氣輸送過程中，管道面臨嚴重的腐蝕威脅，點蝕穿孔和應力腐蝕開裂是埋地長輸油氣管道的主要腐蝕失效形式。目前雖已對管線鋼在各種環(huán)境因素下失效的行為規(guī)律和機理進行了大量研究，但仍具有相當大的發(fā)展空間。

1、在點蝕穿孔方面，目前弱酸機理已經明確，相應的腐蝕速率預測模型也已經趨于成熟。結合多相流模型和弱酸腐蝕機理建立弱酸作用下的腐蝕速率預測模型是未來準確評估油氣管道腐蝕的重要目標之一。

2、在應力腐蝕開裂方面，目前埋地管線鋼在高溫下的應力腐蝕開裂行為研究還不充分，氫與陽極溶解間的相互作用機制尚未明確，微生物作用下的應力腐蝕開裂機理還尚不成熟。

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