天然气集输仪表的防腐分析与对策研究

[摘 要]在石油化工工业的生产和流通的过程中，仪表占据着重要的地位。温度压力等仪表，对于石油以及天然气的安全生产和运输起着至关重要的保驾作用，而流量仪表更是直接关系到社会经济的发展和与石油天然气相关的各个层面贸易活动的公正以及正常运行。然而在石油天然气的领域中，尤其是生产领域中，气体含H2S，CO2，CL-等其他杂质，外加自然界的多种流体混合，经常会存在有腐蚀性物质夹杂其中，这些物质都会对石油天然气的输送管道产生一定的腐蚀作用，而仪表作为输送通道上的精密仪器，其防腐任务更是重大。文章首先针对当前石油天然气工业生产过程中的仪表防腐相关概念进行分析，而后就常见的防腐手法展开了说明，对于深入了解石油天然气工业中的仪表防腐问题有所帮助。

[关键词]石油；天然气；工业；仪表；防腐

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0389-01

1.石油工业中的仪表防腐相关概念以及需求

所谓腐蚀，即指金属物体和配件由于受到外力物质的侵蚀，而遭到破坏的现象。通常而言，不同性质的金属和合金，在面对不同的腐蚀外力的时候，呈现出有所不同的抗腐蚀特征。

对于石油天然气领域中的各类仪表而言，首先应当明确仪表在该领域中是十分精细的计量设备，其弹性膜片、张丝以及轴承用合金丝等，其直径与常见的化工机械以及容量结构材料相比通常有数十倍之差。同时，仪表元件的作用不同，决定了其必须保证相应材料的工作属性。比如弹性元件需要在工作中保持良好的弹性，而磁性元件的磁力也需要确保，这些具有特殊功能的仪表元器件，首先需要实现自身的完好，才能在计量过程中发挥正常作用。这些元器件本身精细轻薄，有需要保持其特殊性能，想要进一步实现其良好耐腐蚀性就成了一大问题。综合仪表的这些特征，考虑到在石油天然气的生产和贸易以及输送过程中其所要承担的至关重要责任，不难明白仪表防腐是相对于整个石油天然气输送系统而言更需要关注的重要方面。仪表防腐工作还不仅仅源于其自身正常发挥作用的需求，还在于其所处的环境十分严苛。很多仪表都需要面对高温高压等严酷的工作环境，同时还需要考虑到其计量对象的相关特征。与此同时，众多仪表都处于一个完整的工作系统之中，多个元件相互关联，互相影响和制约，这些都成为仪表防腐工作必须要考虑的重要特征。

通常而言，腐蚀性介质对于仪表的作用有多个方面。它可以通过二者之间的直接接触，导致仪表的关键零部件腐蚀和损坏，难以执行相应功能，诸如差压变送器膜片以及电磁流量计电极腐蚀等都属于此类腐蚀范畴，严重的可以造成硅油外漏以及励磁线圈烧毁等问题发生。腐蚀还能够造成仪表中的零部件几何形状改变，诸如转子流量计中的转子尺寸腐蚀直接影响到流量示值降低等问题发生。对于在天然气计量领域中常见的涡轮流量计，一级超声波流量计，同样也会受到腐蚀的影响，具体表现在改变涡轮流量计内壁的光滑程度，最终引发流量系数的改变；以及将金属管道内部平滑水平降低，造成超声波信号衰减严重，影响最终示值。

2.CO2腐蚀机理

CO2腐蚀长期以来一直被认为是一个问题，而且已经进行了广泛的研究。干燥气相CO2 本身不具有腐蚀性，CO2极易溶于水，当遇水时，一定量的CO2 将形成具有一定浓度的CO2 溶液DDH2CO3（碳酸），H2CO3 和无机酸相比，因为它不能完全被溶解，所以它是一种弱酸。

CO2溶解于水相生成H2CO3 ，与金属表面发生化学反应，产生CO2腐蚀。但是气相CO2不会发生反应。水中CO2含量与气液平衡中CO2的分压紧密相关，因此，预测CO2腐蚀速度应以气相中的CO2分压为基础。

严格的讲，对CO2腐蚀产生重要影响的是CO2在水相中的热运动，而不是他的浓缩度，这种运动将会随水相中由化学成分决定的浓度而变化。通常认为，当CO2分压超过20Kpa时，流体具有腐蚀性，这是一条判别准则。在较低温度下（低于60℃），由于温度较低，没有完善的FeCO3 膜的保护不完全，出现坑蚀等局部腐蚀，其腐蚀速度也随CO2分压的增大而增大。在150℃左右，致密的FeCO3 保护膜形成，使腐蚀速度大为降低。

3.石油工业环境中仪表的防腐对策分析

对于仪表的防腐研究，从化工工业产生至今从未停止。一方面是为了延长仪表的使用寿命，降低频繁仪表维护和更换给连续性的工业生产带来不利影响，另一方面也为了生产和运输工作更为安全有效的展开，必须对仪表防腐工作予以重视。

通常而言，在存在腐蚀问题的工业环境中，会展开膜片隔离、液体隔离以及气体隔离等几种主要方法展开对于仪表的保护。通常是将聚四氟乙烯等相关防腐材料喷涂在压力变送器的波纹管等相关元件之上，达到仪表敏感元件与腐蚀流质之间的隔离。对于液体隔离以及气体隔离，大体也都采取同样的隔离原理，只不过针对不同的被测介质选用不同的隔离材料，一方面能够做到对仪表相应部分的有效包裹黏着，另一方面与被测流质之间保持相对稳定，以不改变流质性状作为重要目标。

在石油天然气工业环境中，防腐工作同样也将隔离工作放在第一位。但是与此同时，必须注意到石油天然气工业殊的高温高压工作环境所带来的影响。常见的防腐手法，首先有罩壳密封，即将整个仪表封闭在保护罩壳之内，这种做法主要是考虑到仪表可能会受到来源于外部环境的腐蚀，由于严苛的工作环境，石油天然气工业中的腐蚀不仅仅来源于管道内部的被测流体，同样可能来源于外部环境，此种方法对于改善来源于外部环境的腐蚀尤为有效。其次可以采取仪表密封的方法进行防腐，具体是在设计仪表的时候，就用垫圈或凹槽垫等手段将仪表的重要部分密封在相对独立的仪表空间中，并且依据实际情况在仪表空间中冲注纯净空气或其他纯净气体，保证仪表壳正压。此种方法对于环境腐蚀和流体腐蚀的防范都有一定作用，常见的仪表调节阀中的阀门定位器，就是密封式仪表的典范。最后，还可以依据仪表的工作特征和面向的计量环境和对象展开结构改进设计。应当本着将仪表构件尽量与侵蚀性物质相隔离的态度进行设计，尽量提高零部件表面的光洁度，并且在设计的过程中避免介质结垢和停滞情况的发生，同时注重仪表的清洁需求和方便展开，对于可能易于发生腐蚀问题的零部件，应当能够方便更换，并且避免不同电极电位的零件相接触，尽量不使用焊接结构，应力均匀分布，避免局部生热等都成为改善仪表结构的重点关注。

表现良好的防腐流量仪表，应当具备多方面防腐特征，从零件的构铸角度看，关键部位应当采用耐酸钢打造，齿轮和相应的涡轮传感器等都应当符合防腐要求。对于导电液体的仪表选用，首先应当考虑测量管内衬材料的防腐特性，而对于不导电液体的仪表，则应当倾向于选择无需与被测流体相接处的超声波流量仪表，同时应当注重输送管道内壁光洁度的保持。最后当面对腐蚀气体进行计量的仪表选用时，则通常采用节流式差压流量计，在管道内衬橡胶等防腐材料的基础之上，对变送器膜片进行必要的保护，在必要的情况下，还可以开发新的适宜特殊工况的计量方案以满足防腐需求。

4.结论

防腐是石油天然气工业中的一大问题，由来已久。然而防腐问题所涉及到的因素很多，从仪表工作原理和自身工艺，一直到被测流体的组成部分和相关特性等多项因素都有涉及。因此在实际的防腐操作过程中，必须均衡多种利弊进行选择，综合多年防腐经验，注重日常工作状态的影响，有针对性地提出相应的防腐工作改进建议，才能切实实现改进。