缓蚀剂在天然气管道的应用

　　[摘 要]介绍了缓蚀剂的机理、分类，天然气行业中缓蚀剂的应用，天然气集输管道中缓蚀剂加注方法和应用效果评价。
　　[关键词]天然气 管道 缓蚀剂 加注
　　中图分类号：S255 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0183-01
　　前言
　　缓蚀剂又称腐蚀抑制阻抑剂，是一种以适当的浓度和形式存在于环境（介质）中时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。一般来说，缓蚀剂是指那些用在金属表面起防护作用的物质，加入微量或少量这类化学物质可使金属材料在该介质中的腐蚀速度明显降低直至为零。同时还能保持金属材料原来的物理、力学性能不变。合理使用缓蚀剂是防止金属及其合金在环境介质中发生腐蚀的有效方法。缓蚀剂技术由于具有良好的效果和较高的经济效益，已成为防腐蚀技术中应用最广泛的方法之一。
　　1 缓蚀剂的分类、机理
　　1.1 缓蚀剂的分类
　　缓蚀剂有多种分类方法，从不同角度对缓蚀剂分类。按物质化学组成划分，缓蚀剂可分为无机缓蚀剂，有机缓蚀剂，聚合物类缓蚀剂；按电化学腐蚀的控制部位分类，分为阳极型缓蚀剂，阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂；根据缓蚀剂形成的保护膜的类型，缓蚀剂可分为氧化膜型、沉积膜型和吸附膜型缓蚀剂。按物理性质可分为水溶性、油溶性、气相缓蚀剂。
　　水溶性缓蚀剂：它们可溶于水溶液中，通常作为酸、盐水溶液及冷却水的缓蚀剂。油田生产的含水系统中常用此类缓蚀剂。
　　油溶性缓蚀剂：这类缓蚀剂可溶于矿物油，作为防锈油（脂）的主要添加剂。它们大多是有机缓蚀剂，分子中存在着极性基团（亲金属和水）和非极性基团（亲油的碳氢链）。因此，这类缓蚀剂可在金属/油的界面上发生定向吸附，构成紧密的吸附膜，阻挡水分和腐蚀性物质接近金属。油田生产中油外输系统常用此类缓蚀剂。
　　气相缓蚀剂：是在常温一下能挥发成气体的金属缓蚀剂。此类缓蚀剂若为固体，必须能够升华；若是液体，必须具有足够大的蒸气压。此类缓蚀剂必须在有限的空间内使用，如特定容器或包装箱内。油田生产中天然气系统常用此类缓蚀剂。
　　1.2 緩蚀剂机理
　　无机缓蚀剂主要通过影响金属的极化来阻滞腐蚀过程，有机缓蚀剂主要是通过在金属表面形成吸附膜来阻止腐蚀的，有机缓蚀剂的极性基团的吸附可分为物理吸附和化学吸附。
　　物理吸附：物理吸附是具有缓蚀能力的有机离子或偶极子与带电的金属表面静电引力和范德华引力的结果。物理吸附的特点是吸附作用力小、吸附热小、活化能低、与温度无关；吸附的可逆性大、易吸附、易脱附；对金属无选择性；既可以是单分子吸附，也可能是多分子吸附；物理吸附是一种非接触式吸附。
　　化学吸附：化学吸附是缓蚀剂在金属表面发生的一种不完全可逆的、直接接触的特性吸附。化学吸附的特点是吸附作用力大、吸附热高、活化能高、与温度有关；吸附不可逆、吸附速度慢；对金属具有选择性；只形成单分子吸附层；是直接接触触式吸附。
　　2 缓蚀剂在天然气管道应用
　　通常根据实验室和现场试验结果，生产实践经验和产品性能，来确定缓蚀剂的缓蚀效果，溶解性、配伍性，加注浓度及加注量要求，为提高缓蚀剂的缓蚀效果，建议联合使用其他减缓腐蚀的措施如清管、脱水等。
　　2.1 设计要求
　　对需采用缓蚀剂的碳钢和低合金钢管道，设计管道缓蚀剂加注系统。缓蚀剂的注入位置、加注量、加注周期、加注方式能使整个管道都能得到充分的保护。
　　2.2 缓蚀剂选择要求和考虑的影响因素
　　缓蚀剂的缓蚀效率，当有元素硫存在时，缓蚀剂评价包括硫的影响；缓蚀剂与管输介质及其他化学剂的配伍性；管道流体流整速变化对缓蚀剂性能的影响；具有良好的溶解性，无沉淀和相分离；不形成稳定的乳化；具有适当的持久性（针对涂抹用缓蚀剂）；毒性要求，低毒；易于储存、运输、使用和注入；对下游工艺可能造成的有害影响；费用、效果。
　　2.3 缓蚀剂的加注方式
　　天然气管道缓蚀剂可以采用连续加注、间歇加注或连续与间歇加注相结合的方式。一般要求间歇加注的缓蚀剂都覆盖整个管道，最好的间歇处理方式是通过清管装置，采用段塞形式对管道内壁进行缓蚀剂涂抹处理。连续加注缓蚀剂则要求加入与管道介质成一定比例量的缓蚀剂。
　　2.4 缓蚀剂的加注量
　　缓蚀剂正常加注的加注量根据缓蚀剂的特性、生产情况、加注设备、防腐要求等，以室内评价价确定的缓蚀剂保护浓度为基础，通过现场试验而定，并在今后管道的运行过程中根据腐蚀监测结果进行调整。
　　连续中注缓蚀剂的量通常是以输送流体中的含水量来确定的，一般根据集输系统的腐蚀程度和腐蚀剂的评价结果，按缓蚀剂的浓度为500mg/L来定。如果不能确定管线中水的含量，可根据输气量进行确定，即0.1L-0.66L/万m3.考虑到实际操作过程存在损耗，需在计算量的基础上增加10%左右的富裕量。
　　2.5 缓蚀剂加注装置
　　连续加注的缓蚀剂加注装置可采用简单的重力式加注装置，也可用化学剂加注计量泵及文丘里或喷嘴加注。设计的喷嘴或文丘里管，能使注入管道中的缓蚀剂的缓蚀剂雾化成雾状。加注装置的材质可以选择普通碳钢或不锈钢。对小口径的管道可以考虑采用不锈钢，还要注意非金属密封件及填料与缓蚀剂组分的兼容性。
　　2.6 管线腐蚀监测和缓蚀剂效果评定
　　在线腐蚀监测。采用在线腐蚀监测技术能评价输送介质的腐蚀性和加注缓蚀剂的保护效果，一般同时采用两种以上的评定方法。常用的在线腐蚀监测方法有失重挂片法、腐蚀测试短节、电阻法、线性极化电阻法、电感法等。根据不同的操作环境、操作方式及安装技术，选用不同的在线腐蚀监测设备。
　　管输介质监测。定期对管输介质中的铁离子、PH值、腐蚀性介质组分及其含量进行分析，以调整缓蚀剂用量和配比组成。
　　管道腐蚀产物分析。测定从过滤器和捕集器中清除出来的腐蚀产物的体积和重理的变化，并进行化学分析和拍照，可用于评定缓蚀剂防护效果。
　　智能清管检测。采用漏磁、超声波等智能检测仪定期对管道和设备进行智能清管检测，以确定管线的腐蚀程度，检验缓蚀剂实用效果。
　　固定和定期检测。采用超声波测厚、超声波扫描等检测技术定期对管道弯头和可能有水沉积处等危险部分进行腐蚀检测，选定的检测位置做到固定，能长期连续使用，防止特殊部位易产生的点蚀风险。
　　3 结束语
　　针对越来越恶劣的油气田生产环境和多元化的油气田开发技术，缓蚀剂的研究也不断深入，今后研究的主要方向：一是要求提供对生态环境不构成破坏作用的新型缓蚀剂有效成分；二是开发多功能型缓蚀剂新品种。
　　参考文献
　　[1] 段永锋，于凤昌，崔新安，缓蚀剂在油气田集输系统的应用与研究进展[J].全面腐蚀控制，2010，24（6）：26-30.
　　[2] 孙涛，蒋大风等，某天然气压气站管道防腐缓蚀剂注入系统设置.石油与天然气化工，2010，6.

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