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摘 要：含硫天然气腐蚀性较强，天然气集输管网的耐硫腐蚀不容忽视。在油田开发的后期生产采集的天然气含硫量不断增加， 且含水率也随之增大，这样就会造成H2S与水结合腐蚀管网的情况。同时含硫的气体具有应得毒性，如果出现泄漏将造成严重的后果，对周边人员安全威胁较大。所以目前高含硫的天然气管网建设中防腐问题就成为重点。本文介绍了含硫天然气集输管网的腐蚀机理，指出水的存在是含硫天然气产生腐蚀的前提条件，从管网材料的选择、架设、腐蚀剂的筛选等方面阐述了管网的防腐蚀措施。
关键词：含硫天然气 集输管网 防腐 缓蚀剂 阴极保护
我國各大气田正逐步进入开发中后期，采出天然气中的H2S 含量和含水率显著提高，集输管网具有较大的腐蚀风险。同时，含硫天然气具有一定的毒性，管道腐蚀穿孔可能造成严重的生产事故，直接威胁现场工作人员的生命安全。因此，含硫天然气集输管网的防腐问题需要给予高度重视。
一、腐蚀机理
干燥的含硫天然气在输送中对管道的腐蚀性很低， 而其遇到水则会体现出较强的腐蚀性， 因为在水的作用下， 天然气中的H2S就会发生反应并形成正价氢离子， 这样的化学反应会形成去极化剂， 这样就会使的高硫天然气转变为一种高腐蚀性的气体， 其化学反应为：
H2S→H++HS-
HS-→H++S2-
通过一些列的化学反应， 其与铁元素结合就会形成正电位， 并与管道的负电位形成电池效应，而加速对管道的腐蚀， 这就是高硫天然气腐蚀管道的机理。所以在控制其腐蚀危害的时候必须针对此特征进行控制。
二、防腐措施
天然气H2S含量高，在湿气集输工艺条件下极易产生腐蚀，因此腐蚀防护成为高含硫气田开发中需要解决的重大课题。
1.管网材料的选择
天然气在采集和输送中不能完全消除水的影响， 而与之直接接触的就是管道本身，所以在控制腐蚀时必须先优化管道材料来控制腐蚀。通常情况下，含硫天然气集输管道材质多为碳钢和低合金钢。根据SY/T 0599-2006《天然气地面设施抗硫化物应力开裂和抗应力腐蚀开裂的金属材料要求》，可以在不同酸性环境条件下按照HS分压评估碳钢和低合金钢硫化物应力腐蚀开裂（SSC）的严重程度。
当碳钢和普通低合金钢无法满足管网的防腐要求时，具有良好耐腐蚀性能、较强抗SSC 能力、可焊性好、硬度高等优点的特种合金钢成为最佳的选择。其中HDR 双相不锈钢是典型材质之一，基体表面能够形成一层含镍、铬、钼等元素的致密氧化膜，从而有效阻止腐蚀性介质对金属基体的侵蚀。
2.管网的铺设
在管网铺设中也应合理设置特殊段落的设计形式与建设措施。实际运行中可是管道通过水域的时候腐蚀会加剧， 形成穿孔的几率较大， 为此在设计管网的时候必须对此特征进行合理的设计与建设才能保证安全。所以在通过水域的时候应采用高密度的保护管材进行防护， 同时设计路线的时候应避免穿越农田等植被覆盖的区域， 因为这样的区域往往含水率大， 其土壤含氧量大容易形成腐蚀环境。所以在网络建设中应尽量避免腐蚀环境。
3.腐蚀监测技术
针对高酸性气田存在的复杂多变腐蚀环境，需要对气田集气管线与站场设备腐蚀形态及分布规律进行在线全面腐蚀监测。影响内腐蚀程度的因素主要有H2S、CO2、HCO 、Cl- 的含量、含水量、流速、流型、土壤电阻率等。因此，可以通过检测这些物理量的变化情况，实现对设备的腐蚀监测。目前，国内各大油气田常用的在线腐蚀监测技术主要包括腐蚀挂片、电阻探针、线性极化探针、电指纹、氢探头等。
4.清管与监测
管道运行一段时间后在内部形成一定量的污垢和腐蚀产物，若污垢和腐蚀产物长期滞留，将促使管道内部结垢，使管道内壁的电化学性质不均匀，电位较低的部位优先腐蚀，导致管道局部腐蚀穿孔。集输管网应通过定期智能清管扫除凝液，保持系统处于相对“干燥”状态。智能清管检测利用变形及腐蚀检测器进行检测，对管道缺陷及设施进行准确定位，及时了解管线变形及腐蚀情况，掌握管道的原始数据；并在投产后进行周期性检测对比，预测泄漏发生的可能性，为系统的及时维护与检修提供科学依据。
5.缓蚀剂加注点
缓蚀剂加注点的设计是管网防腐的关键环节之一。按照加注点在管网的分布位置，加注点设计方法可分为全站法、端点法、端点兼顾重要部位法以及端点兼顾腐蚀严重部位法。全站法指管网的所有计转站均安装加剂装置，优点是能够最大程度地保护管网；缺点是成本较高，工艺繁琐。端点法指仅在管网的端点部位加剂，优点是加剂工艺简单，无需考虑其它加剂点对该处加剂量的影响；缺点是就近连接的短距离站场分支管道无法受到有效保护，同时加剂量大，加剂成本相对增加。端点兼顾重要部位法指在管网的端点部位和重要部位加剂，优点是加剂工艺简单，比较经济；缺点是某些腐蚀严重的部位可能无法受到保护，适合小规模集输管网使用。端点兼顾腐蚀严重部位法指在管网的端点部位和腐蚀严重部位加注缓蚀剂，优点是加剂工艺简单，比较经济；缺点是加剂量对腐蚀监测数据的依赖性强。
6.阴极保护
为了消除天然气管道外壁不同部位的电化学差异，可以通过牺牲阳极或外加电源的阴极保护法对管道实施保护。
阴极保护可以分为牺牲阳极法和强制电流法。两种阴极保护方法各具特点，应根据各自的特点，结合工程规模、经济条件、被保护物表面覆盖层状况等诸多因素，选择最优阴极保护方法。
将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属和合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低速率的方法。在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极。
强制电流法是将被保护金属与一个特制电源的阴极连接，与大地形成回路，阴极不断地向被保护金属提供电子，使其腐蚀程度降低或免于腐蚀。其优点是保护电流可调节，保护范围大，不受环境电阻率限制，对大工程较经济，使用寿命长，容易实现远程智能控制；其缺点是对附近构筑物干扰大，管理维护工作量大。
三、结论
综上所述，含硫天然气集输管网防腐是一个系统工程，每个环节均应结合工程实际，充分考虑现有的防腐条件，制定出最优的综合防腐方案。这样以来，可以延长管道和设备的适用寿命，减少设备、管线的维护时间，降低造作费用，保证管道安全和平稳供气。
参考文献
[1] 王兵. 含硫气田设备及管道的腐蚀与防腐[J].油气田环境保护，2007，17（4）：40-43.
[2] 杜志敏.国外高含硫气藏开发经验与启示[J].天然气工业，2006，26（12）：35-37.
关键词：含硫天然气 集输管网 防腐 缓蚀剂 阴极保护
我國各大气田正逐步进入开发中后期，采出天然气中的H2S 含量和含水率显著提高，集输管网具有较大的腐蚀风险。同时，含硫天然气具有一定的毒性，管道腐蚀穿孔可能造成严重的生产事故，直接威胁现场工作人员的生命安全。因此，含硫天然气集输管网的防腐问题需要给予高度重视。
一、腐蚀机理
干燥的含硫天然气在输送中对管道的腐蚀性很低， 而其遇到水则会体现出较强的腐蚀性， 因为在水的作用下， 天然气中的H2S就会发生反应并形成正价氢离子， 这样的化学反应会形成去极化剂， 这样就会使的高硫天然气转变为一种高腐蚀性的气体， 其化学反应为：
H2S→H++HS-
HS-→H++S2-
通过一些列的化学反应， 其与铁元素结合就会形成正电位， 并与管道的负电位形成电池效应，而加速对管道的腐蚀， 这就是高硫天然气腐蚀管道的机理。所以在控制其腐蚀危害的时候必须针对此特征进行控制。
二、防腐措施
天然气H2S含量高，在湿气集输工艺条件下极易产生腐蚀，因此腐蚀防护成为高含硫气田开发中需要解决的重大课题。
1.管网材料的选择
天然气在采集和输送中不能完全消除水的影响， 而与之直接接触的就是管道本身，所以在控制腐蚀时必须先优化管道材料来控制腐蚀。通常情况下，含硫天然气集输管道材质多为碳钢和低合金钢。根据SY/T 0599-2006《天然气地面设施抗硫化物应力开裂和抗应力腐蚀开裂的金属材料要求》，可以在不同酸性环境条件下按照HS分压评估碳钢和低合金钢硫化物应力腐蚀开裂（SSC）的严重程度。
当碳钢和普通低合金钢无法满足管网的防腐要求时，具有良好耐腐蚀性能、较强抗SSC 能力、可焊性好、硬度高等优点的特种合金钢成为最佳的选择。其中HDR 双相不锈钢是典型材质之一，基体表面能够形成一层含镍、铬、钼等元素的致密氧化膜，从而有效阻止腐蚀性介质对金属基体的侵蚀。
2.管网的铺设
在管网铺设中也应合理设置特殊段落的设计形式与建设措施。实际运行中可是管道通过水域的时候腐蚀会加剧， 形成穿孔的几率较大， 为此在设计管网的时候必须对此特征进行合理的设计与建设才能保证安全。所以在通过水域的时候应采用高密度的保护管材进行防护， 同时设计路线的时候应避免穿越农田等植被覆盖的区域， 因为这样的区域往往含水率大， 其土壤含氧量大容易形成腐蚀环境。所以在网络建设中应尽量避免腐蚀环境。
3.腐蚀监测技术
针对高酸性气田存在的复杂多变腐蚀环境，需要对气田集气管线与站场设备腐蚀形态及分布规律进行在线全面腐蚀监测。影响内腐蚀程度的因素主要有H2S、CO2、HCO 、Cl- 的含量、含水量、流速、流型、土壤电阻率等。因此，可以通过检测这些物理量的变化情况，实现对设备的腐蚀监测。目前，国内各大油气田常用的在线腐蚀监测技术主要包括腐蚀挂片、电阻探针、线性极化探针、电指纹、氢探头等。
4.清管与监测
管道运行一段时间后在内部形成一定量的污垢和腐蚀产物，若污垢和腐蚀产物长期滞留，将促使管道内部结垢，使管道内壁的电化学性质不均匀，电位较低的部位优先腐蚀，导致管道局部腐蚀穿孔。集输管网应通过定期智能清管扫除凝液，保持系统处于相对“干燥”状态。智能清管检测利用变形及腐蚀检测器进行检测，对管道缺陷及设施进行准确定位，及时了解管线变形及腐蚀情况，掌握管道的原始数据；并在投产后进行周期性检测对比，预测泄漏发生的可能性，为系统的及时维护与检修提供科学依据。
5.缓蚀剂加注点
缓蚀剂加注点的设计是管网防腐的关键环节之一。按照加注点在管网的分布位置，加注点设计方法可分为全站法、端点法、端点兼顾重要部位法以及端点兼顾腐蚀严重部位法。全站法指管网的所有计转站均安装加剂装置，优点是能够最大程度地保护管网；缺点是成本较高，工艺繁琐。端点法指仅在管网的端点部位加剂，优点是加剂工艺简单，无需考虑其它加剂点对该处加剂量的影响；缺点是就近连接的短距离站场分支管道无法受到有效保护，同时加剂量大，加剂成本相对增加。端点兼顾重要部位法指在管网的端点部位和重要部位加剂，优点是加剂工艺简单，比较经济；缺点是某些腐蚀严重的部位可能无法受到保护，适合小规模集输管网使用。端点兼顾腐蚀严重部位法指在管网的端点部位和腐蚀严重部位加注缓蚀剂，优点是加剂工艺简单，比较经济；缺点是加剂量对腐蚀监测数据的依赖性强。
6.阴极保护
为了消除天然气管道外壁不同部位的电化学差异，可以通过牺牲阳极或外加电源的阴极保护法对管道实施保护。
阴极保护可以分为牺牲阳极法和强制电流法。两种阴极保护方法各具特点，应根据各自的特点，结合工程规模、经济条件、被保护物表面覆盖层状况等诸多因素，选择最优阴极保护方法。
将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属和合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低速率的方法。在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极。
强制电流法是将被保护金属与一个特制电源的阴极连接，与大地形成回路，阴极不断地向被保护金属提供电子，使其腐蚀程度降低或免于腐蚀。其优点是保护电流可调节，保护范围大，不受环境电阻率限制，对大工程较经济，使用寿命长，容易实现远程智能控制；其缺点是对附近构筑物干扰大，管理维护工作量大。
三、结论
综上所述，含硫天然气集输管网防腐是一个系统工程，每个环节均应结合工程实际，充分考虑现有的防腐条件，制定出最优的综合防腐方案。这样以来，可以延长管道和设备的适用寿命，减少设备、管线的维护时间，降低造作费用，保证管道安全和平稳供气。
参考文献
[1] 王兵. 含硫气田设备及管道的腐蚀与防腐[J].油气田环境保护，2007，17（4）：40-43.
[2] 杜志敏.国外高含硫气藏开发经验与启示[J].天然气工业，2006，26（12）：35-37.