浅析普光气田点蚀及点蚀防护措施
【作者单位】普光分公司;普光分公司;普光分公司;普光分公司
点蚀是金属腐蚀中的主要破坏形态之一，它具有速率快，破坏性大，不易发现等特点。在普光气田高酸环境下，金属材料点蚀问题更加复杂，气田投产后，通过选用抗蚀材料、添加缓蚀剂、参数检测调整等多种防护措施防止生产系统点蚀的快速发展，有效地控制了点蚀对设备的危害，保障了集输系统的正常运行。
（5）定期清管。在普光高含硫气田开采过程中，采用的是湿气集输方式，由于温度压力的降低，管线积液和硫沉积是不可避免的，根据现场经验，每季度对管线进一次智能清管，及时清除管线中的积液和积硫也是控制点蚀的重要手段。
（1）高酸气田为防硫化氢腐蚀，多采用抗硫合金材料，而合金材料对点蚀的具有较高的敏感性，在选材时，必须经过模式试验评估材料的抗点蚀性能。
点蚀也称小孔腐蚀，是金属表面相对地集中在一个很小部位的局部腐蚀，在防腐措施到位的情况下，介质中的金属材料大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微，但表面上个别的点或微小区域出现蚀孔或麻点，并不断向纵深方向发展，形成小孔状腐蚀坑的现象。
点蚀通常发生在能在表面形成钝化膜或有保护膜而具有耐蚀性的金属和合金表面，如不锈钢、钛、铝合金等。对于点蚀的突然产生，目前世界上尚无完整的解释，对于点蚀机理也没有认识透彻，一般认为，点蚀发生的过程有两个阶段组成，一个是成核阶段，另一个是扩展阶段。
虽然图2中只有1Cr13和0Cr18 Ni9两种不锈钢的极化曲线，但是研究表明，其他材料也有同样的变化趋势，只是出现点蚀的拐点不一样。由此可以说明，金属都有自己的抗点蚀pH值范围，且该范围在中性左右。
（5）介质流速的影响。介质流速对金属点蚀存在间接作用，增大流速，可以阻止卤素离子和单质硫及多硫化物越在局部富集，减缓点蚀的发生。但是值得注意的是，增大流速会增加介质对金属表面的磨损腐蚀，特别是在高湍流时，金属腐蚀类型将发生转换化，由点蚀转化为表面磨损腐蚀。
（1）选材。根据点蚀发生的内因，选用耐点蚀的合金材料，是防范点蚀发生的根本措施。不锈钢中Cr是最有效提高耐点蚀性能的合金元素之一，如在不锈钢中加入钼、氮、硅等合金元素或加入这些元素的同时提高其铬含量都可以获得性能良好的钢种。奥氏体不锈钢经过固溶处理后也耐孔蚀。根据气田现场使用实践表明：高铬量与高钼量相配合的钢种耐点蚀效果显著。降低钢中的磷、硫、碳等杂质含量可以降低材料的点蚀敏感性，因此选用采取精炼方法除去硫、碳杂质或减少硫化物杂质含量的钢，其耐点蚀性能会得到进一步提高。
（2）表面状态的影响。金属的表面状态对点蚀也存在一定的影响。研究表明，表面粗糙度较低或清洁的表面不易发生点蚀；经冷加工的粗糙表面或加工后在表面上残留有焊渣等的部位，容易发生点蚀。
（3）介质性质的影响。介质的性质是影响点蚀的主要因素之一，其中卤素离子含量是影响点蚀的最重要指标。研究表明，卤素离子是促发点蚀发生的罪魁祸首，它能直接作用于金属表面钝化膜，使钝化膜破坏，卤素离子含量越高，点蚀月容易发生。对于高含硫介质，硫及多硫化物沉积也是影响点蚀的重要指标，硫及多硫化物沉垢与硫化铁膜发生竞争，阻止了保护性硫化铁膜的形成，同时元素硫又起到了腐蚀电池中的氧化剂作用，从而增加了点蚀效果。硫及多硫化物造成的点蚀作用通常发生在金属容器及管线）参数监测调节。由上述影响点蚀的因素可以看出，在满足工艺要求的情况下，适当降低温度和控制pH值在7附近，可以有效地防范点蚀的发生。同时，由于缓释剂都有一个有效缓释作用的pH值范围，超过了这个范围，缓蚀剂的缓释效果将大大降低或失去缓释作用，因此也需要控制好pH值。普光气田使用的成膜缓蚀剂的有效缓释pH值范围在4~9之间，因此控制pH在接近中性的条件下，对防止点蚀的发生非常重要。普光气田污水处理系统及集输系统的关键部位通过安装在线pH计来实时监测系统pH 值，确保pH值控制在有效范围内，同时并用定期取样分析，通过取样分析数据对比，确保在线pH计数据准确。
腐蚀环境中，在金属表面存在缺陷的部位，由于难于钝化或钝化膜遭到破坏，而后载钝化又受到阻止，于是产生优先溶解形成小蚀坑，这种小蚀坑即为微孔蚀源，随后溶解下来的金属离子水解生成H并使得局部蚀坑溶液pH值下降，加剧了金属的溶解，使孔蚀扩大、加深，加之腐蚀产物覆盖孔蚀坑，使孔坑内的溶液流动困难，蚀坑内pH值进一步降低，Cl等产生点蚀的阴离子达到较高的富集程度，使得蚀坑加速扩大并向深度方向发展，最终形成点蚀。
（4）pH 值的影响。实验表明，在碱性介质中，随着pH值的增加，金属的电位将向正方向发展，发生点蚀的倾向增大；酸性介质中，pH对点蚀的影响目前还没有明确的定论。
由图2可以看到，对于两种不锈钢材料（1Cr13和0Cr18 Ni9）当溶液pH向中性靠近时，极化电位（极化电位越高，点蚀越难发生）逐渐升高，对于1Cr13不锈钢，在pH由7到的范围内，极化电位变化较平缓，当pH值小于4时，极化电位急剧下降，出现点蚀。对于0Cr18 Ni9不锈钢，左pH值由7到2的范围内，极化电位变化平缓，当pH值小于2时，极化电位急剧降低，出现点蚀。
（4）阴极保护。阴极保护主要针对电化学腐蚀而设计的，点蚀的大部分过程也是电化学腐蚀的过程，只要给金属提供的保护电位小于点蚀临界电位，就能有效地防止点蚀的发生。现场试验表明，在集输系统正常生产温度（18~25℃）下，pH值4~9的范围内，大部分金属发生点蚀的临界电位在-500mv以上，只要控制金属保护电位低于-500mv，就可以有效防止点蚀的发生。阴极保护有外加电流保护和牺牲阳极保护两种形式。①外加电流保护。外加电流阴极保护是通过恒电位仪提供直流电源，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构处于低电位状态，普光气田现场电位控制在-850~-1200mv之间，主要用于保护集输管道，并起到了良好的效果（图4、图5）。②牺牲阳极保护。牺牲阳极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。普光气田所有阳极金属主要为镁、铝、锌的合金，它提供了一个与强制电流保护同样的负电位，从未抑制点蚀及其他腐蚀形态的发生。③注意事项。阴极保护阳极需要埋设在低洼潮湿的地带。对于外加电流保护，阳极埋设位置距离管线越远越好，因为阳极埋设距离越远，保护电流越均匀，但是也要考虑的实际情况，距离太远，电压损失严重，成本较高，根据普光气田的现场环境，埋设位置一般设置在距管线m的地方。牺牲阳极保护的阳极与管线和阳极与阳极之间距离在0.5~3m。在干燥的土壤环境中埋设阳极填料包时，一定要用水充分渗透填料包后才能回填土，确保阳极填料包周围环境具备良好的导电性。
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根据目前的研究和普光气田多年来的生产情况分析得知，点蚀的影响因素主要有金属或合金的性质、表面状态、介质性质、PH值、流速、温度和临界电位。
（1）金属或合金性质的影响。具有自钝化特征的金属和合金，对点蚀的敏感性较高，且钝化能力越强，敏感性越高，如不锈钢、铝合金、铅合金，表面有锡、铜、镍等阴极镀层的金属。
（6）温度的影响。通常情况下，随介质温度的升高，可以加速点蚀的发展进程，而在普光气田高含硫条件下，温度过低容易产生硫及多硫化物沉积，从而促进点蚀的发展。
研究表明，金属在介质中必须达到某一临界电位，即电蚀电位或击穿电位，才会发生点蚀，蚀孔形成后，是否继续深入，由于影响因素复杂，目前还不能精确预算。根据现场经验，若孔少，腐蚀电流集中，孔向深部发展的可能性较大；孔多，孔较浅，则进一步发展的可能性相对较少。从点蚀的影响因素来看，点蚀的防范措施可以从内因和外因两方面去考虑。
（2）点蚀的影响因素不是单一的，在高酸的复杂环境中，需要两种或多种防护措施共同作用才能发挥预期效果。
（3）点蚀是不可消除的，现场通过防护措施只能降低其腐蚀速率，确保点蚀在可控范围内。
（4）在生产管理方面，应制定合理的检测制度，定期检查腐蚀挂片腐蚀情况，不但要分析挂片的失重腐蚀，同时也要分析挂片的点蚀情况，评估点蚀的防护效果。
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（2）添加缓蚀剂。添加缓蚀剂不仅可以防止点蚀，同时也可以防止H2 S、CO2酸性气体造成的全面腐蚀。选择缓蚀剂时要根据介质的性质来分析判断，要求缓蚀剂与腐蚀介质有较好的相溶性，且在介质中要有较好的分散能力，还要根据工艺选择操作方便的缓蚀剂，同时加注的缓蚀剂与其他添加剂要有良好的兼容性。由于H2 S、CO2对金属的腐蚀是以氢去极化腐蚀为主，在此条件下，金属表面原有的氧化膜易被溶解，采用氧化性（钝化型）缓蚀剂非但起不到缓释作用，还会加速腐蚀。因此，为减缓H2 S、CO2酸性介质的腐蚀，需要选择能吸附在金属表面、改变金属表面状态和性质，从而抑制腐蚀发生的吸附成膜缓蚀剂，通常是含氮的缓蚀剂，有胺类、咪唑啉、酰胺类和季铵盐，也包括硫、磷化合物，如CT2-1，CT2-4。许用压力角不可靠度主要用于定位调整块单级谐波齿轮传动低副
