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[摘 要]通过海底管道不仅能把海上油气田的生产集输和储运系统联系起来，而且可以使海上油气田和陆上石油工业系统联系起来。但是，这些大规模的海底油气运输管道，必然会受到海洋环境的腐蚀侵害。因此，研究油气集输管道在海洋及滩涂环境中的腐蚀行为与防护技术，对采取有效的防腐措施，预防开发设施遭受意外破坏，具有十分重要的现实意义。
[关键词]海洋环境；油气；集输管道；腐蚀；防护
中图分类号：TP171 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0326-02
1海底油气管道特点分析
油气田管线和长输油气管线可以分为三类，即埋地输送管线，海底管线和注蒸汽管线。海底管道是海洋油气田开发中的关键部分，作为海上油气开发的枢纽工程，它将海上油气田生产设施或陆上处理终端的各个环节形成关联的生产操作系统。随着深水海洋油气资源的开发，海底管道的铺设面临巨大的挑战，需要克服常规水中所不具备的困难。
1.1海底管道分类
海底管道按输送的介质分类可以分为：输油管道、输气管道、油气混输管道、油水混输管道、油气水混输管道、输水管道、化学药品输送管道等。单层钢管保温配重管道基本结构主要有：钢管+防腐层+保温层+聚乙烯护管+混凝土配重；钢管+防腐层+保温层+锁口铁皮护层+混凝土配重；钢管+防腐层+抗水型保温层+混凝土配重。單层钢管保温配种管道的保温层材料要满足保温性和抗压性双重性能，管道各层之间的抗剪力也应满足管道在热膨胀及管道铺设期间的剪力传递要求。单层钢管可用于海洋油气开发中不需要保温的介质输送，在有海底稳定要求时可通过在管道外设置混凝土配重层。集束管道可分两种型式，一种是将各自单独的管道（包括电缆）绑扎在一起进行设计及安装，又称为子母管结构。另一种是将多种管道和电缆汇集在一根大口径的外套管内，该外套对内置的众多管线电缆形成良好的保护。
1.2海底油气管道的发展前景
第一口海上油井是1947年在墨西哥湾的科尔-麦基希普浅滩区块32完钻的，离海岸17km，水深6m。最早的原油管道则要追溯到1947年之前，安装在马拉开波海湾和阿塞拜疆附近的里海浅水域里的管道。第二次世界大战期间，军事当局邀请并向英国—伊朗石油公司咨询，是否能穿越英吉利海峡铺设一条从英国到法国的管道。设计人员针对该工程设计了两种类型的管道，成为海底输油管道（PLUTO）。一种就像空心的海底电缆，在铅管外包裹了带钢和塑料的防护层。另一种是没有防腐涂层的焊接钢管。铺管技术随着海域水深的增加也得到了相应的发展。我国的海底管道铺设起步相对较晚，首次海底管道的铺设是在1973年，在山东黄岛用浮游法铺设了从系装置到岸上的三条500m输油管道。改革开放以来，随着经济建设的需要，我国海上油气得到大幅度的提升，并形成了适应我国国情的海上油气管道生产技术，建立起了较为完善的规范标准。2001年建成投产的绥中36-1油田中心平台至绥中陆上终端海底管道全长70000m，不仅是我国第一条长距离稠油输送管道，也是国内外海底长距离输送高粘原油的第一条管道。一般来说，常规的小型海底电缆船可用于铺设电缆似的管道。很长的钢管卷在浮筒上。拖船牵引滚筒穿过海峡，随着拖船的前进展开管道。卷筒船技术在墨西哥湾出现并得到了发展，建造了一系列卷筒铺管船和卷筒船，也持续占据了大量的管道铺设市场的份额。值得一提的是，近些年来，由于经济建设发展过快，造成的环境压力巨大，人们对赖以生存的环境保护意识愈来愈强，如今对于大城市污水排放进入深海进行净化，是改善城市生活环境的路径之一，这就意味着大管径海底管道也将是未来的大型工程之一。
1.3海底油气管道特点分析
（1）施工投资大。海上管道施工与陆上管道施工的一大不同之处在于海上管道的施工需要大量的船只进行配合，如铺管船、开沟船、辅助作业拖船、材料和设备燃料供给船等，这些船的运行、维护和管理都需要巨大的开支。
（2）施工质量要求高。海洋管道由于其位置的特殊性及产生事故的危害性特点，管道发生事故后的财力投入比陆上管道要多的多，为此在管道施工期间对施工质量要有较高的要求，以减少后期维修等费用投入。
（3）施工环境多变。海洋管道施工许多工程都在海洋上进行，而海洋环境多变，海况变化剧烈而迅速，如海方、海浪等现象的随机发生，因此要对海洋环境做好预防监测，对突然海洋环境事件能作出迅速的回应。
（4）施工组织复杂。尽管海洋管道施工主要在海上进行，但也需要陆上施工的高度配合，如管道的预制，船队的配件、燃料和淡水的供应等都需要陆上基地的供给，船队位置和移动方向的确定也需要依靠岸上基地的电台给予紧密配合。海上作业与陆上作业的联合施工方式需要极大的配合度，提高了施工组织的复杂度。
2海底油气管道腐蚀因素及特点分析
2.1海水腐蚀因素分析
（1）所含盐的种类及其浓度。海水含盐种类很多，其中Cl含量最多，约占85%以上。海水的导电性能取决于水中含盐量的多少。海水有很高电导率（4×10-2cms/），比河水（2×10-4cms/）或雨水（1×10-5cms/）导电能力强几百倍到上千倍。
（2）温度。金属在海水中的腐蚀速率随着海水中温度的升高而加快。参考相关文献了解到，当海水温度每升高10℃时，则腐蚀速度提高约一倍。
（3）溶解的氧量。金属腐蚀速率随着海水中氧气含量增加而加快。一般海面上的海水中含氧量较高，溶解氧在5～10Lmg/范围，随着海水的深度增加，含氧量下降。
（4）流速。腐蚀速率随着水流速度的加大而加快，是由于水流流动帮助增加了管道表面的氧含量。在海水中，高浓度Cl使管道很难发生钝化，腐蚀速率随着流速的变大而单调上升。另外，海水中携带的泥沙会对管道表面产生冲蚀。
（5）海洋生物。不包含细菌腐蚀，海洋中附着在管道外壁的海藻、贝类等，会导致管道出现局部腐蚀。 2.2海水腐蚀特点分析
（1）由于存在高浓度氯离子，大部分金属在海水中无法钝化，只有极少数金属（Ti、Ta等）在海水中仍可维持钝化；
（2）由于海水的导电性能较高，其腐蚀速率要比陆上管道腐蚀速率大得多；
（3）对海上油气平台及海底输油气管道，我们需要特别关注海洋大气区和飞溅带位置造成腐蚀的特点。海洋大气区不仅具有高湿度并含有盐雾，其腐蚀性相比陆上大气区要强很多。飞溅带包括浪花飞溅区和潮差区，海上油气平台上的平台和链接平台和管道的立管会处于海浪和潮水冲击的环境中，会发生比较严重的腐蚀状况。所以在这两个位置需要采取防腐蚀性能较好的工艺和材料。
（4）不同的海水深度，腐蚀速率不同。根据不同水深和管道与海水接触的情况，可将海洋环境从上至下分为五个不同区域，分别为海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区。不同海水深度的腐蚀速率不同，在飞溅区和潮差区的腐蚀最严重。在全浸区，随着海水深度的不断增加而腐蚀速度却逐渐减小。但不同地区海水，因气候、环境和污染等差异，腐蚀性可能有很大不同，需根据实际情况确定。
（5）需考虑各种海洋生物和微生物对腐蚀的影响情况，大部分情况下会导致金属腐蚀增长。
（6）腐蚀疲劳是指在腐蚀环境中由于交变应力的作用产生裂纹而引起的管道腐蚀破坏。当有腐蚀介质存在时，会加速金属的疲劳，随着交变应力发生情况的不断增加，金属能够承受的最大应力的能力逐渐变小。这是海上管道长期在海水腐蚀和海浪冲击下可能破裂，从而发生重大事故的主要原因之一。
3海底管道的腐蚀类型
（1）接触腐蚀。不同的金属在腐蚀介质中会形成宏观电池，造成电化学腐蚀。例如由于金属本身的不均匀，会产生无数个微小电池，不断地对管道进行点蚀，使得管道呈现出马蜂窝的形状，同时管道的强度也会受到影响。
（2）冲击腐蚀。由于海水的流动，不断地冲击管道壁面，使得管道在受到冲击腐蚀这种类型的物理腐蚀。
（3）应力腐蚀。金属在腐蚀介质和拉应力的共同作用下，会对管道产生极大的破坏，这种类型的腐蚀称为应力腐蚀。应力腐蚀是一种特别严重的腐蚀类型，因为应力腐蚀对管道会产生极大的破坏，甚至使得管道断裂，而且这种腐蚀对管道的破坏可以在较短时间内完成。破坏的形式主要有穿晶破裂和沿晶界扩展或其混合型。
（4）空泡腐蚀。在海底管道的腐蚀方面，空泡腐蚀是最主要的破坏形式，因为它不随地形地物、环境、地区等因素而消失，会一直存在，而且是一直存在的腐蚀类型中最严重的一种腐蚀。在众多腐蚀类型中，海底管道的腐蚀以空泡腐蚀为主，以其他腐蚀为辅。当然，除了以上介绍的主要腐蚀类型以外，海底集输管道还有氢腐蚀、晶界腐蚀等类型。
4海底管道腐蚀的防护方法
4.1加强集输管道表面的处理
防腐质量决定油气集输管路的使用寿命，而涂层和基体的黏结力会决定防腐的质量，而黏结力取决于管道表面处理的质量，因此应加强海底集输管道的表面处理。在表面处理这一方面，尤其要注意除锈质量，大量事实已经证明，除锈质量好的管道可以使其寿命延长3～5倍。因此，在海底管道的制造过程中，必须把表面的铁锈完全除去。
4.2电化学保护
不管是海底集输管道还是陆地集输管道，所遭受的腐蚀中电化学腐蚀都是最主要的，根据电化学腐蚀的原理，金属的电极行为取决于它的电极电位。因此，对电化学腐蚀，都可以采用电化学保护。电化学保护一般可以分为阳极保护和阴极保护2种类型，海底油气集输管路一般都采用外加电流阴极保护法。根据电化学腐蚀的原理可知，腐蚀电池的阴极是不会被腐蚀的，阳极才会遭到腐蚀。因此，通过外加电流，使得要保护的金属变为阴极，这样保护方法称为阴极保护。
尽管在油气集输管道建设中都会采用涂层对管道进行保护，但是海底情况特殊，海水还不断地对涂层进行冲刷，使得涂层破坏，而且涂层本身难以做到完整无损，使得管道在涂层漏敷处发生腐蚀。目前，国内外均通过涂层和阴极保护2种措施，防止腐蚀。事实证明，这的确是一种比较有效的手段。
4.3使用专用的缓蚀剂
专用的缓蚀剂不仅可以有效控制海底油气集输管路的腐蚀，而且比较经济。对于海洋环境而言，油、气、水并存是最大的特征，因此缓蚀剂必须做到无气泡、乳化倾向，不然会使得油、气、水三项分离的成本和难度增大。在温度较低时，缓蚀剂应具有流动性好、不沉积的优点，这样不会引起堵塞。在环境保护要求较高时，缓蚀剂必须做到无毒、易降解。在油气混输时，缓蚀剂应与防冻剂相结合，防止缓蚀剂水相腐蚀。
4.4合理设计
在海底集输管道的设计中，因尽量减少管路沿线的接头数量，尽量少用套的方式连接管路，禁止使用卷边的法兰连接，禁止采用2种不同金属材料的管子连接，不使用粗制滥造管配件，尽可能使用标准异型管配件。
5结语
如果海底油气集输管道发生泄漏，不仅影响油田的正常生产，而且还可能会对海洋环境造成威胁，甚至影响作业公司在国际上的形象。因此，研究海洋油气集输管道的腐蝕问题和防护措施任重而道远，许多防护手段中细节和难关的攻克对减少腐蚀造成的危害及损失具有重要的意义。海洋油气集输管道防护措施的开发具有广阔的发展和应用前景。
参考文献
[1]于林科，郑解良，罗小勇，路世康.海洋环境下不锈钢管道腐蚀机理分析及防腐研究[J].山东工业技术，2015（16）：235.
[2]陈志杰.浅谈海洋石油平台管线的腐蚀及防护措施[J].广东化工，2013，40（17）：143+116.
[3]郑春凡.海洋腐蚀环境下管道防腐方案比较[J].石油化工设备技术，2011，32（01）：29-31+5.
[关键词]海洋环境；油气；集输管道；腐蚀；防护
中图分类号：TP171 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0326-02
1海底油气管道特点分析
油气田管线和长输油气管线可以分为三类，即埋地输送管线，海底管线和注蒸汽管线。海底管道是海洋油气田开发中的关键部分，作为海上油气开发的枢纽工程，它将海上油气田生产设施或陆上处理终端的各个环节形成关联的生产操作系统。随着深水海洋油气资源的开发，海底管道的铺设面临巨大的挑战，需要克服常规水中所不具备的困难。
1.1海底管道分类
海底管道按输送的介质分类可以分为：输油管道、输气管道、油气混输管道、油水混输管道、油气水混输管道、输水管道、化学药品输送管道等。单层钢管保温配重管道基本结构主要有：钢管+防腐层+保温层+聚乙烯护管+混凝土配重；钢管+防腐层+保温层+锁口铁皮护层+混凝土配重；钢管+防腐层+抗水型保温层+混凝土配重。單层钢管保温配种管道的保温层材料要满足保温性和抗压性双重性能，管道各层之间的抗剪力也应满足管道在热膨胀及管道铺设期间的剪力传递要求。单层钢管可用于海洋油气开发中不需要保温的介质输送，在有海底稳定要求时可通过在管道外设置混凝土配重层。集束管道可分两种型式，一种是将各自单独的管道（包括电缆）绑扎在一起进行设计及安装，又称为子母管结构。另一种是将多种管道和电缆汇集在一根大口径的外套管内，该外套对内置的众多管线电缆形成良好的保护。
1.2海底油气管道的发展前景
第一口海上油井是1947年在墨西哥湾的科尔-麦基希普浅滩区块32完钻的，离海岸17km，水深6m。最早的原油管道则要追溯到1947年之前，安装在马拉开波海湾和阿塞拜疆附近的里海浅水域里的管道。第二次世界大战期间，军事当局邀请并向英国—伊朗石油公司咨询，是否能穿越英吉利海峡铺设一条从英国到法国的管道。设计人员针对该工程设计了两种类型的管道，成为海底输油管道（PLUTO）。一种就像空心的海底电缆，在铅管外包裹了带钢和塑料的防护层。另一种是没有防腐涂层的焊接钢管。铺管技术随着海域水深的增加也得到了相应的发展。我国的海底管道铺设起步相对较晚，首次海底管道的铺设是在1973年，在山东黄岛用浮游法铺设了从系装置到岸上的三条500m输油管道。改革开放以来，随着经济建设的需要，我国海上油气得到大幅度的提升，并形成了适应我国国情的海上油气管道生产技术，建立起了较为完善的规范标准。2001年建成投产的绥中36-1油田中心平台至绥中陆上终端海底管道全长70000m，不仅是我国第一条长距离稠油输送管道，也是国内外海底长距离输送高粘原油的第一条管道。一般来说，常规的小型海底电缆船可用于铺设电缆似的管道。很长的钢管卷在浮筒上。拖船牵引滚筒穿过海峡，随着拖船的前进展开管道。卷筒船技术在墨西哥湾出现并得到了发展，建造了一系列卷筒铺管船和卷筒船，也持续占据了大量的管道铺设市场的份额。值得一提的是，近些年来，由于经济建设发展过快，造成的环境压力巨大，人们对赖以生存的环境保护意识愈来愈强，如今对于大城市污水排放进入深海进行净化，是改善城市生活环境的路径之一，这就意味着大管径海底管道也将是未来的大型工程之一。
1.3海底油气管道特点分析
（1）施工投资大。海上管道施工与陆上管道施工的一大不同之处在于海上管道的施工需要大量的船只进行配合，如铺管船、开沟船、辅助作业拖船、材料和设备燃料供给船等，这些船的运行、维护和管理都需要巨大的开支。
（2）施工质量要求高。海洋管道由于其位置的特殊性及产生事故的危害性特点，管道发生事故后的财力投入比陆上管道要多的多，为此在管道施工期间对施工质量要有较高的要求，以减少后期维修等费用投入。
（3）施工环境多变。海洋管道施工许多工程都在海洋上进行，而海洋环境多变，海况变化剧烈而迅速，如海方、海浪等现象的随机发生，因此要对海洋环境做好预防监测，对突然海洋环境事件能作出迅速的回应。
（4）施工组织复杂。尽管海洋管道施工主要在海上进行，但也需要陆上施工的高度配合，如管道的预制，船队的配件、燃料和淡水的供应等都需要陆上基地的供给，船队位置和移动方向的确定也需要依靠岸上基地的电台给予紧密配合。海上作业与陆上作业的联合施工方式需要极大的配合度，提高了施工组织的复杂度。
2海底油气管道腐蚀因素及特点分析
2.1海水腐蚀因素分析
（1）所含盐的种类及其浓度。海水含盐种类很多，其中Cl含量最多，约占85%以上。海水的导电性能取决于水中含盐量的多少。海水有很高电导率（4×10-2cms/），比河水（2×10-4cms/）或雨水（1×10-5cms/）导电能力强几百倍到上千倍。
（2）温度。金属在海水中的腐蚀速率随着海水中温度的升高而加快。参考相关文献了解到，当海水温度每升高10℃时，则腐蚀速度提高约一倍。
（3）溶解的氧量。金属腐蚀速率随着海水中氧气含量增加而加快。一般海面上的海水中含氧量较高，溶解氧在5～10Lmg/范围，随着海水的深度增加，含氧量下降。
（4）流速。腐蚀速率随着水流速度的加大而加快，是由于水流流动帮助增加了管道表面的氧含量。在海水中，高浓度Cl使管道很难发生钝化，腐蚀速率随着流速的变大而单调上升。另外，海水中携带的泥沙会对管道表面产生冲蚀。
（5）海洋生物。不包含细菌腐蚀，海洋中附着在管道外壁的海藻、贝类等，会导致管道出现局部腐蚀。 2.2海水腐蚀特点分析
（1）由于存在高浓度氯离子，大部分金属在海水中无法钝化，只有极少数金属（Ti、Ta等）在海水中仍可维持钝化；
（2）由于海水的导电性能较高，其腐蚀速率要比陆上管道腐蚀速率大得多；
（3）对海上油气平台及海底输油气管道，我们需要特别关注海洋大气区和飞溅带位置造成腐蚀的特点。海洋大气区不仅具有高湿度并含有盐雾，其腐蚀性相比陆上大气区要强很多。飞溅带包括浪花飞溅区和潮差区，海上油气平台上的平台和链接平台和管道的立管会处于海浪和潮水冲击的环境中，会发生比较严重的腐蚀状况。所以在这两个位置需要采取防腐蚀性能较好的工艺和材料。
（4）不同的海水深度，腐蚀速率不同。根据不同水深和管道与海水接触的情况，可将海洋环境从上至下分为五个不同区域，分别为海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区。不同海水深度的腐蚀速率不同，在飞溅区和潮差区的腐蚀最严重。在全浸区，随着海水深度的不断增加而腐蚀速度却逐渐减小。但不同地区海水，因气候、环境和污染等差异，腐蚀性可能有很大不同，需根据实际情况确定。
（5）需考虑各种海洋生物和微生物对腐蚀的影响情况，大部分情况下会导致金属腐蚀增长。
（6）腐蚀疲劳是指在腐蚀环境中由于交变应力的作用产生裂纹而引起的管道腐蚀破坏。当有腐蚀介质存在时，会加速金属的疲劳，随着交变应力发生情况的不断增加，金属能够承受的最大应力的能力逐渐变小。这是海上管道长期在海水腐蚀和海浪冲击下可能破裂，从而发生重大事故的主要原因之一。
3海底管道的腐蚀类型
（1）接触腐蚀。不同的金属在腐蚀介质中会形成宏观电池，造成电化学腐蚀。例如由于金属本身的不均匀，会产生无数个微小电池，不断地对管道进行点蚀，使得管道呈现出马蜂窝的形状，同时管道的强度也会受到影响。
（2）冲击腐蚀。由于海水的流动，不断地冲击管道壁面，使得管道在受到冲击腐蚀这种类型的物理腐蚀。
（3）应力腐蚀。金属在腐蚀介质和拉应力的共同作用下，会对管道产生极大的破坏，这种类型的腐蚀称为应力腐蚀。应力腐蚀是一种特别严重的腐蚀类型，因为应力腐蚀对管道会产生极大的破坏，甚至使得管道断裂，而且这种腐蚀对管道的破坏可以在较短时间内完成。破坏的形式主要有穿晶破裂和沿晶界扩展或其混合型。
（4）空泡腐蚀。在海底管道的腐蚀方面，空泡腐蚀是最主要的破坏形式，因为它不随地形地物、环境、地区等因素而消失，会一直存在，而且是一直存在的腐蚀类型中最严重的一种腐蚀。在众多腐蚀类型中，海底管道的腐蚀以空泡腐蚀为主，以其他腐蚀为辅。当然，除了以上介绍的主要腐蚀类型以外，海底集输管道还有氢腐蚀、晶界腐蚀等类型。
4海底管道腐蚀的防护方法
4.1加强集输管道表面的处理
防腐质量决定油气集输管路的使用寿命，而涂层和基体的黏结力会决定防腐的质量，而黏结力取决于管道表面处理的质量，因此应加强海底集输管道的表面处理。在表面处理这一方面，尤其要注意除锈质量，大量事实已经证明，除锈质量好的管道可以使其寿命延长3～5倍。因此，在海底管道的制造过程中，必须把表面的铁锈完全除去。
4.2电化学保护
不管是海底集输管道还是陆地集输管道，所遭受的腐蚀中电化学腐蚀都是最主要的，根据电化学腐蚀的原理，金属的电极行为取决于它的电极电位。因此，对电化学腐蚀，都可以采用电化学保护。电化学保护一般可以分为阳极保护和阴极保护2种类型，海底油气集输管路一般都采用外加电流阴极保护法。根据电化学腐蚀的原理可知，腐蚀电池的阴极是不会被腐蚀的，阳极才会遭到腐蚀。因此，通过外加电流，使得要保护的金属变为阴极，这样保护方法称为阴极保护。
尽管在油气集输管道建设中都会采用涂层对管道进行保护，但是海底情况特殊，海水还不断地对涂层进行冲刷，使得涂层破坏，而且涂层本身难以做到完整无损，使得管道在涂层漏敷处发生腐蚀。目前，国内外均通过涂层和阴极保护2种措施，防止腐蚀。事实证明，这的确是一种比较有效的手段。
4.3使用专用的缓蚀剂
专用的缓蚀剂不仅可以有效控制海底油气集输管路的腐蚀，而且比较经济。对于海洋环境而言，油、气、水并存是最大的特征，因此缓蚀剂必须做到无气泡、乳化倾向，不然会使得油、气、水三项分离的成本和难度增大。在温度较低时，缓蚀剂应具有流动性好、不沉积的优点，这样不会引起堵塞。在环境保护要求较高时，缓蚀剂必须做到无毒、易降解。在油气混输时，缓蚀剂应与防冻剂相结合，防止缓蚀剂水相腐蚀。
4.4合理设计
在海底集输管道的设计中，因尽量减少管路沿线的接头数量，尽量少用套的方式连接管路，禁止使用卷边的法兰连接，禁止采用2种不同金属材料的管子连接，不使用粗制滥造管配件，尽可能使用标准异型管配件。
5结语
如果海底油气集输管道发生泄漏，不仅影响油田的正常生产，而且还可能会对海洋环境造成威胁，甚至影响作业公司在国际上的形象。因此，研究海洋油气集输管道的腐蝕问题和防护措施任重而道远，许多防护手段中细节和难关的攻克对减少腐蚀造成的危害及损失具有重要的意义。海洋油气集输管道防护措施的开发具有广阔的发展和应用前景。
参考文献
[1]于林科，郑解良，罗小勇，路世康.海洋环境下不锈钢管道腐蚀机理分析及防腐研究[J].山东工业技术，2015（16）：235.
[2]陈志杰.浅谈海洋石油平台管线的腐蚀及防护措施[J].广东化工，2013，40（17）：143+116.
[3]郑春凡.海洋腐蚀环境下管道防腐方案比较[J].石油化工设备技术，2011，32（01）：29-31+5.