腐蚀严重威胁到国民经济及社会可持续发展，为了全面摸清我国的腐蚀状况，减少腐蚀带来的经济损失，促进我国腐蚀与防护领域高新技术产业的发展。2016 年 1月 19 日-20 日，中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”会议在青岛隆重召开。会议期间，国家材料腐蚀与防护科学数据中心记者有幸采访到中国石油集团石油管工程技术研究院付安庆博士，下面付博士为大家解读石油管道及装备防腐的重要方式和未来趋势。

中国石油集团石油管工程技术研究院付安庆博士
 

    孜孜不倦  力创硕果

    记者了解到付博士长期从事石油管材腐蚀与防护研究，研究领域包括超高温高压气井油套管选材及腐蚀完整性、油田地面集输系统管道及压力容器内腐蚀监/检测及评价、长输管线交流杂散电流腐蚀和高压直流杂散电流腐蚀、微区电化学腐蚀、石油管材及装备腐蚀失效分析等工作，近年来在石油管工程腐蚀与防护领域取得了可观的成果。

    中国石油集团石油管工程技术研究院是中国石油集团（CNPC）直属科研机构，也是国内石油行业在石油管工程技术领域唯一集“科学研究、质量技术监督、工程技术服务”为一体的综合性技术中心与核心科研机构，是为中国石油集团石油管工程技术提供决策支持的“参谋部”，开展石油管工程技术创新的“研发中心”，保障石油管质量安全的“检测评价中心”，为重大管道工程和油气田勘探开发项目提供石油管技术支持与服务的“技术中心”。研究方向包括油井管与管柱力学、输送管与高性能管线钢、管道安全评价与风险评估、石油管腐蚀与防护、非金属及复合材料等。同时，还承担着石油管工程标准化、石油管材的质量检验和评价、石油管及装备的失效分析、石油管材的研究开发及驻厂监造、石油管道及压力容器的检测与安全评价、石油工业防腐设计和防腐工程、石油管工程技术咨询等质量技术监督和工程技术服务工作。2015年底，依托石油管工程技术研究院的石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室获国家科技部批复建设，这将进一步提升石油天然气工业腐蚀与防护研究能力和水平。

    找准腐蚀要害  放大招

    “11·22”中石化东黄输油管由于石油管道腐蚀失效导致泄漏重大爆炸事故给石油天然气工业的安全生产和运行敲响了警钟。随着西气东输管道工程的建设和运行，管道横跨南北，穿越东西，管道一旦腐蚀造成泄露，无论是对国民经济还是人民的生命安全，都会造成巨大损失。

    石油和天然气工业历来是腐蚀比较严重的几个行业之一，且几乎涉及到各种腐蚀类型，每年因腐蚀问题造成巨大损失。随着我国对石油天然气需求的日益增长，石油管材及装备面临着前所未有的（超）高温高压、高含H2S/CO2、交变载荷、高流速、复杂作业工艺、恶劣地质带等极端苛刻服役环境带来的腐蚀难题，成为当今迫切需要解决的问题。加之近年来我国新《安全生产法》和新《环境保护法》的实施，腐蚀导致的石油管材及装备的“跑、冒、滴、漏”问题直接关系到油气生产安全和环境保护，腐蚀与防护工作已受到了前所未有的重视和关注。

    付博士按照石油天然气勘探开发、输送储运和炼油化工三大领域系统阐述了存在的主要腐蚀难题和现有的防护技术。

    第一，在勘探开发过程中，油气田井下油套管和地面集输系统管道和压力容器腐蚀问题非常突出且普遍存在。

    我国现有油气井约40万口，每年新钻油气井约3万口，使用各类管材超过350万吨，油套管损坏井已超过3万口，并且每年以15-20%的速度增加，钻采过程中管材失效年均达3000多起。

    （1）高含硫油气田的应力腐蚀开裂，川渝地区的高含硫油气田，天然气中高达百分之十几的H2S导致井下油套管和地面集输系统面临极高的硫化氢应力腐蚀开裂风险，井下管柱及工具主要采用G3、028、825、625等镍基耐蚀合金，其防腐方法主要靠管材本质防腐；而地面集输系统管道防腐主要采用碳钢+抗硫缓蚀剂的方式，即对新建管道在运行前进行预膜，然后定期定量的加注缓蚀剂。

    （2）超高温高压气田的CO2和酸液腐蚀，新疆地区的塔里木油田库车山前区块是我国最具代表性的超深高温高压气田，其井下系统管柱腐蚀环境极端苛刻，具体表现为井底最高温度达到200℃、井底关井压力最高达140MPa、天然气中CO2分压达4MPa、氯离子含量在100000~200000mg/L、地层水矿化度很高、加之部分井进行酸化压裂导致的酸液腐蚀和频发开关井引起的交变和振动载荷，其防腐方法主要靠管材本质防腐（主要为超级13Cr马氏体不锈钢）和酸化缓蚀剂配合使用；地面集输系统管线在过去几年腐蚀穿孔较为严重，自2012年起通过加强腐蚀综合治理后得到有效控制，大量引进新的防腐技术如双金属复合管（碳钢基管+内衬316L不锈钢）、非金属管（玻璃钢、柔性复合管、聚乙烯、钢骨架复合管等）、内涂层管、缓蚀剂等，但是这些技术均面临不同层面的技术瓶颈，如双金属复合管焊接接头的腐蚀和开裂、非金属管接头连接频发失效、内涂层管焊缝处内补口问题没有很好解决、缓蚀剂缓蚀效果差等。

    （3）其它特殊的腐蚀形式，老油田在开发中后期采用注气驱或混合驱导致的氧腐蚀和超临界CO2腐蚀问题，以及稠油井在注热蒸汽引起的高温蒸汽腐蚀问题都丞需解决。

    第二，在油气输送储运过程中，长输管道的腐蚀情况相对于勘探开发环节要轻一些，但管道的腐蚀问题也仍然普遍存在。

    我国陆上油气管道总里程已超过12万公里，到2020年我国油气管道总里程预计将达到20万公里，覆盖31个省区市和特别行政区，其中30%以上运行已超过10年，千公里泄漏事故率年均4次，远远高于美国和欧洲，2014年已查出的隐患29000多个，长输管道将面临严峻的安全问题。

    （1）应力腐蚀开裂，在上世纪八十年代，全世界很多国家（特别是北美地区）的油气长输管道受到应力腐蚀开裂的威胁，主要包括近中性pH值稀碳酸盐溶液应力腐蚀开裂和高pH值浓碳酸盐溶液应力腐蚀开裂，但是随着管道外防腐层和管材质量的不断改进和优化，长输管道的应力腐蚀开裂已少有发生。

    （2）存续试压水内腐蚀，由于长输管道输送的是成品油气，其BS&W<0.5%的情况下在理论上是没有内腐蚀发生的，但由于一些特殊的工艺导致内腐蚀时有发生，如在采用水介质试压后，管道未及时投用导致存续试压水在管道投用前的氧腐蚀和投用后的腐蚀产物膜下腐蚀，该类型的腐蚀已在一些重点管道上一定程度的普遍存在。

    （3）交/直流杂散电流腐蚀，随着我国（特）高压交/直流输电工程和石油天然气管道工程的快速发展，由于二者的选址原则相近或者实际现场的制约，导致（特）高压输电线路与石油天然气管道不可避免的共用公共走廊或者交叉并行。（特）高压输电线路的杂散电流引起长输管道的腐蚀问题已成为威胁油气输送管道安全运输生产的重要因素之一，根据杂散电流的来源可以将杂散电流腐蚀分为两类：交流杂散电流腐蚀和直流杂散电流腐蚀。尽管交流杂散电流腐蚀当量仅为直流杂散电流腐蚀的1%左右，但是长输管道的交流杂散电流不可忽视，主要有两方面原因：一方面绝大部分输电线路为高压交流输电方式，其具有普遍存在性；另一方面随着特高压（110kV）交流输电技术的发展，其引起的交流杂散电流腐蚀将更为严重，目前交流杂散电流腐蚀基本上可以得到较为有效的控制，主要采用固态去耦合器排流的方式。近几年，随着我国引进（特）高压直流输电技术，该输电方式引起的杂散电流腐蚀受到较为普遍关注，例如，西三线与葛洲坝-上海、天生桥-广州、三峡-常州、三峡-广州、贵州-广东±500kV 高压直流输电线路相交；“十二五”期间建设的 11 条±800kV 高压直流输电线路中，与西三线相交的就有 7条。高压直流输电有两种运行方式，双极运行方式和单极运行方式，正常双极运行入地电流为不平衡电流，这种线路的输送电流会达到几千安培，1～2%的不平衡电流就是几十安培；故障或调试时单极运行，入地杂散电流数值是输电线路中的输出电流，数值高达几千安培。如果有埋地金属管道位于其接地极之间，则会受到腐蚀干扰，严重时会烧毁阴极保护电源设备。在感应和传导双重作用下，极有可能在附近金属管道上瞬间激发上几千伏的瞬间冲击电压，该瞬间冲击电压可能致使管道保护层老化和击穿。目前，对（特）高压直流杂散电流管道腐蚀主要采用敷设锌带、增加绝缘接头分段绝缘和旁路电流通道方法等来降低腐蚀危害，但是都没有达到较为理想的效果。

    第三，在炼油化工过程中，炼化管道及装备的腐蚀非常严重，特别是换热器管束的腐蚀。

    我国原油加工能力约7亿吨/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。劣质原油和设备老化都给炼化装置的安全生产提出了严峻挑战。在我国，老油田进入稳产、衰减阶段，为了提高产油量，在三次、四次采油的过程中，加入一定数量的增油剂在所难免，这样采得的原油，不但原油本身质量较差﹙密度较大、含硫、含酸、含盐相对增加﹚，而且加入的增油剂﹙含氯、氮的有机物﹚会给原油带入一些氯、氮等杂质，给原油的加工带来了很大的影响，造成了设备和管道的严重腐蚀。中国石油炼化企业设备腐蚀的总体情况是：加工高（含）硫的进口原油﹙如；俄罗斯原油、哈萨克斯坦原油、中东原油﹚及高酸值的稠油﹙如：辽河原油、克拉玛依九区稠油﹚的炼油装置设备腐蚀严重；加工低硫、低酸原油﹙如：大庆原油、长庆原油﹚的炼油装置设备腐蚀相对较轻，但各企业的炼油装置都存在不同程度的腐蚀问题。

    根据腐蚀介质分类目前主要的腐蚀类型有：HCl+H2S+H2O 型腐蚀、HCN+H2S+H2O 型腐蚀、RNH2（乙醇胺）+CO2+ H2S+H2O型腐蚀、NH4Cl+NH4HS 结垢腐蚀、高温环烷酸腐蚀等。目前，炼化企业主要的防腐措施有：（1）工艺防腐措施：包括原油混炼、电脱盐、注水、注氨、注中和剂、注缓蚀剂、注中和缓蚀剂等；（2）材质升级，该方法是最简单有效的设备防腐措施，但材质升级也要付出昂贵代价，原则上低温部位选材以碳钢为主，高温部位多采用Cr-Mo钢、Cr13和300系列不锈钢等或300系列不锈钢内衬、316L等；（3）表面处理技术：包括渗铝渗锌、非金属涂层、Ni-P镀层、聚四氟乙烯内衬等。目前我国炼化企业丞需解决的问题主要包括以下几个方面：重催装置的铵盐腐蚀、临氢装置不锈钢管焊缝区域腐蚀开裂、硝酸装置塔体和换热器的腐蚀、PTA装置反应系统的腐蚀等。

    据付博士介绍，2014年石油管工程技术研究院建成了具有国际领先水平的全尺寸实物管柱拉伸腐蚀实验系统和全尺寸管柱冲刷腐蚀实验系统，目前在石油管材及装备腐蚀与防护研究领域主要攻关方向是开展全尺寸实物管柱/道腐蚀和应力腐蚀行为研究。在全尺寸腐蚀实验系统投用一年的时间里，已成功为塔里木油田公司超级13Cr油管、西南油气田公司耐蚀合金油管、中海油非金属管进行了研究和评价实验。

    机遇与挑战并存

    腐蚀的影响牵涉到经济、环境、安全等多方面问题。腐蚀防护本身不产生任何经济、环境和安全增量，但是不控制腐蚀却会增加发生经济损失、环境污染和不安全事件的概率，因此，通过开展腐蚀防护降低经济损失、环境污染和不安全事件的发生概率应该是开展腐蚀防护研究的意义所在。早些年美国、日本等国家都做过腐蚀调查，90年代，柯伟院士写过关于各行业腐蚀调查的书籍来说明腐蚀的严重性，通过腐蚀调查可让领域以外的人普遍意识到腐蚀的危害性和腐蚀防护工作的重要性。“腐蚀调查”对于石油天然气工业来说面临如下的机遇和挑战：

    第一，“腐蚀调查”促进石油天然气行业各级人员对腐蚀防护工作的重视。

   上世纪90年代中国腐蚀与防护学会、中国石油学会和中国化工学会联合调查数据表明腐蚀在石油与化工行业造成的经济损失约占国民生产总值的6%左右，而其它各行业由于腐蚀造成的损失平均约占国民生产总值的3%，可见石油石化行业腐蚀防护工作的重要性。但是随着油气资源比例变化、油气产能增加、行业结构调整、开发生产技术创新等因素的影响，上世纪的腐蚀调查数据急需更新，通过本次对石油天然气行业的腐蚀成本和腐蚀损失的调查，调查结果必将引起石油天然气行业各级人员的重视和关注，同时为石油管材及装备的防腐选材提供方向性的决策依据。

    第二，“腐蚀调查”促进国家和石油天然气行业部门腐蚀防护立法和标准化。

    随着我国新《安全生产法》和新《环境保护法》的实施，腐蚀引起的石油管材及装备的失效已不仅仅是经济损失问题，而是关系到公共安全和环境的问题，安全和环境两大主题是我国在21世纪实施可持续发展战略的重要保障。因此，通过腐蚀调查向全社会公布腐蚀调查结果必将引起国家和石油天然气行业相关部门的腐蚀防护立法和相关标准的制修订。

    第三，“腐蚀调查”促进石油天然气行业腐蚀防护研究和新技术发展。

    尽管我国石油天然气行业的腐蚀与防护研究已有长足的发展，但是在一些关键防护材料和新技术方面仍有提升的空间，目前我国在研发极端苛刻工况下特殊油套管管材、耐高温高含H2S/CO2涂镀层、耐高温缓蚀剂、双金属复合管/板焊接等方面还和美国、加拿大以及欧洲部分国家存在一定的差距。通过本次腐蚀调查让我们找到差距和认识我们工作的努力方向，从而增加经济投入、人才投入、技术投入、装备投入，最终促进腐蚀防护研究和新技术的大发展。

    第四，精确的“腐蚀调查”数据收集面临挑战。

    腐蚀调查人员需要收集防腐投入和腐蚀损失两方面的数据，个人认为存在两方面的困难，第一，对于防腐投入方面，因部分数据涉及财务和商业保密，所以在精确数据获取上存在一定的难度。第二，对于腐蚀损失方面，如前所述，腐蚀在石油天然气行业引起的石油管材及装备失效问题已不再是简单的经济损失问题，而是关系到社会公共安全和环境问题。因此，腐蚀调查人员要了解一个油田、管道公司、炼化企业的腐蚀事故存在一定的困难。但是，我们腐蚀调查人员不畏困难，转换思路和变换方法，在腐蚀调查过程中引入统计的思想和全新的数学方法来开展工作。最终为中国工程院“我国腐蚀状况及控制战略研究”重大咨询项目提供尽可能精确的数据。

    总之，“腐蚀调查”是一件很有意义的事情，它石油天然气工业发展的“推进剂”。

    个人简介

    付安庆，工学博士，高级工程师，现就职于中国石油集团石油管工程技术研究院腐蚀与防护研究所，主要从事石油管材腐蚀与防护研究，研究领域包括超高温高压气井油套管选材及腐蚀完整性、油田地面集输系统管道及压力容器内腐蚀监/检测及评价、长输管线交流杂散电流腐蚀和高压直流杂散电流腐蚀、微区电化学腐蚀、石油管材及装备腐蚀失效分析等工作。硕士研究生期间在中国科学院海洋研究所侯保荣院士课题组从事海洋腐蚀与防护研究，博士就读于加拿大卡尔加里大学，师从北美管道首席科学家Dr. Frank Cheng教授。先后主持或作为骨干成员承担了陕西省自然科学基金、国家自然科学基金、中石油集团应用基础项目、中石油和中石油油气田及管道公司委托的各类横向科研项目20余项。在超深高温高压气井油管柱腐蚀防护方面的研究成果为塔里木油田超级13Cr油管选材提供了重要的技术支持。获省部级二等奖2项，三等奖1项，局级奖励6项。发表论文20余篇（其中SCI收录7篇），申请并授权专利5项，先后在国内外参加IPC国际管道会议、NACE年会、中国石油石化行业年会并做大会报告发言。
 

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