海底管线投入正常使用前，要用清管器对海管进行物理方法清洗除去其中的杂物和内壁浮锈，目前绝大多数是用泵提天然海水（这样可以节约大量淡水资源，而且综合效益显著）推动清管器进行清扫工作。这样在整个工艺过程中需要向海管内注入大量的天然海水，一般为海管容水量的几倍甚至几十倍。

    由于海水中含有大量氯离子、硬度离子、溶解氧和微生物等，都会给海管内壁造成腐蚀破坏和结垢影响。数据表明，钢在未除氧的海水中的腐蚀速率为 0.42 ~ 0.60mm/a，加之微生物的繁殖和一些盐类的沉积更加剧了钢的腐蚀破坏，并使海管内表面摩擦系数增加，导致以后输气、输液时的阻力增大。虽然海管清管试压时间较短（几天至几十天），但海水对海管的腐蚀破坏以及对以后运行带来的影响是不能忽视的。

    早年研制的除氧杀菌缓蚀剂（IMC-901-B，为固－液双组份产品）和缓蚀杀菌阻垢剂（IMC-932，为较强酸性液体），虽然都能将海管清管试压过程中金属的腐蚀速率降低到 0.076mm/a 以下水准，但是它们都存在着这样或那样的问题。而 IMC-932H 多功能防腐剂具有除氧缓蚀阻垢杀菌性能、保护效果好、防腐后效长、使用方便、无毒等特点。

    试验方法

    试验介质为模拟水和人造海水（按ASTMD-1141-75 标准配制），试验材质为 A3 碳钢，试 验 温 度 为 常 温， 面 液 比 为7 ~ 10ml/cm 2 ，介质流速为 0 ~ 0.5m/s。

    缓蚀性能是采用挂片失重法，试验装置采用带电磁搅拌的有阀盖的单口试验瓶（可进行封闭状态调整）。阻垢性能是采用络合滴定法测定溶液中硬度离子浓度的变化来计算其阻垢效率的。除氧性能是采用测氧仪来测定溶液中剩余氧含量来计算其除氧效率的。杀菌性能是采用绝迹稀释法测定加药和空白溶液中细菌个数来计算其杀菌效率的。

    试验结果及分析

    1.氯离子浓度对钢腐蚀的影响

    利用电化学测量技术研究了高含氯离子模拟水对钢腐蚀的电化学行为。在较高浓度的 HCO 3 - 和 O 2 时，Cl - 对钢的腐蚀电化学行为的影响结果列于表1.和图 1、图 2 中。

    从图 1 看到，当溶液中只有 HCO 3 - 存在时，由于它的碱性使溶液具有一定的钝化作用，此时钢的腐蚀电位较正，为 -468mV，处于较弱的钝化状态（曲线 1）。当加入1000mg/L 的 Cl - 就足以使钢表面的钝化膜受到破坏，腐蚀电位大约负移了 300mV，成为活性溶解状态，钢的腐蚀过程开始进行。但继续增加 Cl - 浓度，对应的电极电位没有发生明显变化。在较低的电位区域，阳极电流密度变化不大，短时间内可不产生明显的点腐蚀。但当电极电位正移到一定区域 -500mV 左右时，阳极溶解电流密度会迅速上升，电极表面随即出现肉眼可见的腐蚀点（曲线 2 ~ 4），继续发展就会有溃疡状和孔状的局部腐蚀发生。

    当工作电极在模拟水中处于动态时，溶液中溶解氧供应比较充分、均匀，可使金属表面在较长时间内保持钝化状态。

    此时金属电极在含和不含 Cl - 的 10000mg/L HCO 3 - 溶液中的腐蚀电位十分接近，都在钝性区间内（如表 1）。由图 2 中看到， 即使是动态条件下， 仍然是一种具有两种可能的腐蚀电位，是不能发生自钝化过程的体系。开始时电极电位处于钝性电位区间，由于溶液中的大量活性 Cl - 存在，加剧了阴极过程的进行，而 Cl - 的引入不能改变溶解氧的扩散状态，而是使金属被钝化的表面局部活化。[Cl - ] 越高，局部活化点就越多，阴极面积也就越大，加速阴极反应过程，以至于在极化曲线上看不到钝化电流的存在（如图 2 之曲线 5）。可使得金属部分表面的钝化膜被破坏，使金属表面进入活性溶解状态，电极电位回到活性腐蚀区，发生如静态条件的局部腐蚀。

    这类体系无论是静态还是处于动态，都是由于存在大量的 Cl - 离子破坏金属表面的钝化膜而不能自动修补，引起溶解氧的局部腐蚀发生的体系。

    2.溶解氧对钢腐蚀的影响

    海水中的溶解氧引起的氧腐蚀，以及在封存过程中逐渐繁殖起来的细菌引起的细菌腐蚀是金属在海水中的主要腐蚀过程。考虑到各海域海水 pH 值存在着差别，将按照标准配制的人造海水调至不同的 pH 值得到不同的试验溶液。试验结果如表 2 和图 3 所示。

    随着海水 pH 值升高，腐蚀电位略向负移。而极化曲线的阳极部分基本重合，pH 值的变化对电极的阳极过程无明显影响，极化曲线的阴极部分是典型的由氧作为阴极去极化剂的扩散控制过程。随 pH 值升高，电极的阴极过程受到抑制。

    3.除氧剂对钢腐蚀的影响

    当海水的温度为 15 ~ 25℃时，水中氧的饱和溶解度为8 ~ 10mg/L。添加 100mg/L 除氧剂后的试验结果如表 3 和图 4所示。

    除氧剂的加入使腐蚀电位负移约 300mV，表现出阴极过程被控制的特征。除氧剂消耗掉了海水中的溶解氧，即使有大量氯离子存在，电极过程的阴极过程仍然受到强烈的抑制，碳钢腐蚀速率大幅度降低，以至于≤ 0.076mm/a 指标要求。

    4.缓蚀剂对钢腐蚀的影响

    （1）IMC-932H 缓蚀性能试验

    在1L 试验瓶中装入 1000ml 试验溶液，添加和不添加药剂 IMC-932H 的腐蚀挂片试验，试验结果如表 4 所示。添加除氧缓蚀阻垢杀菌剂 IMC-932H 的碳钢的腐蚀速率远低于0.076mm/a 指标。

    （2）IMC-932H 预膜试验

    ①选取最佳预膜时间

    预膜时间的长短对后效影响十分关键，预膜时间短收不到预期效果，预膜时间长对后效虽有增强效果，但给海水清管试压工作带来诸多不便。 试验结果表明， 在药剂浓度为1500mg/L，预膜时间 6 小时时表现出最佳预膜效果，此条件下腐蚀速率最低为 0.0000mm/a。

    ②预膜及后效试验

    试验是在选定的最佳 IMC-932H 预膜浓度 （1500mg/L） 和预膜时间（6 小时）条件下进行，预膜后的试片取出用蒸馏水冲洗 2 － 3 次，除去试片表面残于的缓蚀剂，继而转入空白海水中进行后效试验。试验结果表明，后效试验 5 天的Ａ 3钢腐蚀速度为 0.0501mm/a。而带氧化皮Ａ 3 钢片后效试验 5天的腐蚀速度仅为 0.0403mm/a，而且表面状态与清管过程中海管内表面状态极其相似，更能体现 IMC-932H 的特点。

    （3）IMC-932H 原液腐蚀性试验

    IMC-932H 的原液 pH 为 3.5 ~ 4，显弱酸性。这个试验结果直接影响到该产品的包装、运输、存放以及投加设备等一系列问题。模拟金属包装物金属挂片在 IMC-932H 原液中进行浸泡试验，试验时间 50 天，结果表明弱酸性 IMC-932H 对试片腐蚀速度非常小，仅为 0.0000 ~ 0.0020mm/a，对金属包装物是安全的（目前多为 200L 塑料桶包装）。对加药设备无特殊要求，虽为弱酸性，但也无需进行防酸处理。

    5.IMC-932H的阻垢性能评价

    该药剂的阻垢性能评价试验结果如表 5 所示，在正常使用浓度下，其阻垢效率达到 100%。

    6.IMC-932H的杀菌性能评价

    采用绝迹稀释法进行该药剂杀菌性能评价。取渤海天然海水在实验室培养箱中进行细菌培养试验，7 天试验结果为空白海水中 SRB 含量为 25 个 /ml，添加 IMC-932H 1000mg/L 的海水中 SRB 含量为 0 个 /ml，因此其杀菌效率为 100%。

    现场试验及应用效果

    1.现场试验结果

    在现场制作两个监测管段（Φ305×1900mm），内挂 3片 A3 监测试片（规格 200×50×4mm），管子两端用盲板焊接封闭。由注液孔向其中注入 1000mg/L 的 IMC-932H 和海水直至注满，封闭注液孔和排气孔，密闭保存。将监测管段放入海水中，分期取出处理试片并观察监测管内壁的腐蚀和微生物的生长情况。监测试验结果如表 6 所示，腐蚀速率完全达标。

    2.现场应用效果

    该产品研制成功至今，在海洋石油工程——海底管线海水清管试压及封存工艺中广泛应用。既可以在注入海水的同时连续加注 IMC-932H 除氧缓蚀阻垢杀菌剂，也可以只在清管试压关键步骤连续投加 6 小时，就可得到很好的保护效果，后效时间达 5 天以上，腐蚀速度仍小于0.076mm/a，同时还可控制微生物的繁殖。

    结论

    1.IMC-932H 在高氯离子、盐类和溶解氧等的海水中可以形成很好的保护膜，碳钢的腐蚀速率小于0.076mm/a 指标；2. 如果工艺要求预膜，则 IMC-932H 在海水中的最佳预膜浓度为 1500mg/L，最佳预膜时间为 6 小时；3.IMC-932H 作为连续添加剂使用时，添加剂量为1000mg/L；4.IMC-932H 除氧缓蚀阻垢杀菌剂具有效果好、毒性低、使用简捷方便，而且原液对金属包装物及加药设备的腐蚀性极小，安全可靠。

    参考文献

    1. 我国陆地油气开采和集输系统的腐蚀及缓蚀剂控制——IMC 系列缓蚀剂的研究和应用（成果资料汇编，1990 － 1994），中国科学院金属腐蚀与防护研究所，1995.6

    作者简介

    祝英剑，研究员级高级防腐蚀工程师，沈阳中科腐蚀控制工程技术中心副总工程师，一直从事缓蚀剂研究与应用开发工作。