長輸管道的腐蝕與防護

祝榮江

（浙江永立建設有限公司，浙江，紹興，312000）

長輸管道的腐蝕與防護

祝榮江

（浙江永立建設有限公司，浙江，紹興，312000）

長輸管道的防肷是保證管道安全運行的重要手段之一，本文分析了埋地鋼質(zhì)管道的肷蝕因糽，論述了管道的防肷技術，提出了今后的研究及發(fā)展動向。

管道；肷蝕；防肷涂料；陰極保護

前言

目前，我國石油、天然氣資源的輸送主要依靠長距離埋地管道來實現(xiàn)，管材一般為鋼制螺旋焊管。由于長輸管道均采用埋地方式鋪設，穿越地段地形復雜，土壤性質(zhì)各異，土壤對管道有著不同程度且很強的腐蝕性，漏損處也不易及時發(fā)現(xiàn)，且地下管道的維修要進行大量的土方工程，比新建管線還要費工。因此，長期、安全、平穩(wěn)的運行是長輸管道首要的任務。如何防止埋地管道的腐蝕破壞長期以來一直是管道工程中的一個重要環(huán)節(jié)。

一、埋地鋼質(zhì)管道腐蝕因素分析

埋地鋼質(zhì)管道發(fā)生腐蝕有四大影響因素：即環(huán)境、腐蝕防護效果、鋼管材質(zhì)及制造工藝、應力水平。管道的腐蝕破壞是上述諸因素相互影響的結果。

1、埋地管道所處的環(huán)境

埋地管道在工作環(huán)境下，受著多種腐蝕，主要腐蝕情況有：土壤腐蝕、細菌腐蝕和雜散電流腐蝕。

土壤是具有固、液、氣三相的毛細管多孔性的膠質(zhì)體，土壤的空隙為空氣和水所充滿，水中含有一定的鹽使土壤具有離子導電性；土壤物理化學性質(zhì)的不均勻性和金屬材質(zhì)的電化學不均勻性，構成了埋地管道的電化學腐蝕條件，從而產(chǎn)生土壤腐蝕。

在一些缺氧的土壤中有細菌參加了腐蝕過程，細菌的作用是參加電極反應將可溶硫酸鹽轉化氫與鐵作用，產(chǎn)生細菌腐蝕。此種反應因需具備缺氧條件，在低水位、強鹽堿的濱海地區(qū)，細菌腐蝕不占主導地位。

雜散電流是在地下流動的防護系統(tǒng)設計之外對金屬管道產(chǎn)生腐蝕破壞作用的電流，雜散電流腐蝕包括直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕。直流雜散電流腐蝕原理與電解腐蝕類似；交流雜散電流是管道附件高壓電力線產(chǎn)生的二次感應交流電疊加在管道上形成電化學電池產(chǎn)生電池產(chǎn)生腐蝕，其腐蝕量較小，但集中腐蝕性強。

2、腐蝕防護效果

腐蝕防護是控制管道是否會發(fā)生腐蝕破壞的關鍵因素。目前管道的腐蝕防護采用了雙重措施，即防腐蝕覆蓋層與陰極保護。防腐蝕覆蓋層至關重要的是能抵御現(xiàn)場環(huán)境腐蝕，保證與鋼管牢固粘結，盡可能不出現(xiàn)陰極剝離和造成陰保死區(qū)。一旦發(fā)生局部剝離，就必須調(diào)整外加電流陰極保護系統(tǒng)運行參數(shù)，以便有效控制死區(qū)腐蝕、達到防護效果。

3、鋼管的材質(zhì)與制造因素

鋼管的材質(zhì)與制造因素是管道腐蝕的內(nèi)因，特別是鋼材的化學組分與微晶結構，非金屬組分含量高易發(fā)生腐蝕，c和si則易造成脆性開裂。微晶細度等級低，裂紋沿晶粒擴展，易發(fā)生開裂。在鋼管制造過程中，表面存在缺陷，也易造成腐蝕開裂。

4、管道操作運行過程中的使用應力

管道操作運行時，輸送壓力與壓力波動是應力腐蝕開裂的又一重要因素。過高的壓力使管壁產(chǎn)生過大的使用應力，易使腐蝕裂紋擴展；壓力循環(huán)波動也易使裂紋擴展。

二、管道防腐蝕措施

目前，國內(nèi)采用的管道防護方法主要有：涂層保護、電化學保護、雜散電流排流保護。

1、涂層保護

目前國內(nèi)外適用于長輸管道的防腐蝕涂層主要有煤焦油瓷漆、PE二層結構、PE三層結構、熔結環(huán)氧粉末(FBE)、雙層熔結環(huán)氧粉末(雙層FBE)覆蓋層等。

（1）煤焦油瓷漆：具有絕緣性能好、吸水率低、耐細菌腐蝕和植物根莖穿透、國內(nèi)材料充足及使用壽命長、價格低等優(yōu)點。主要缺點是機械強度較低，適宜溫度范圍窄，低溫易變脆，生產(chǎn)施工過程中可能會逸出有毒氣體，需要嚴格的煙霧處理措施。

（2）PE兩層結構：具有絕緣性能好、吸水率低、機械強度高、堅韌耐磨、耐酸堿鹽和細菌腐蝕、耐溫度變化、國內(nèi)材料充足等優(yōu)點，價格較低。缺點是耐紫外線性能差，陽光下過久暴露易老化，與鋼管表面結合力較差，抗陰極剝離性能差。PE層的靜電屏蔽作用不利于外加電流陰極保護。

（3）PE三層結構：PE三層結構防腐蝕層結合了高密度聚乙烯包覆、熔結環(huán)氧粉末的優(yōu)點。它利用環(huán)氧粉末與鋼管表面牢固結合，利用高密度聚乙烯耐機械損傷，兩層之間特殊的膠層使三者形成分子鍵結合的復合結構，實現(xiàn)防蝕性能、機械性能的良好結合，是目前國內(nèi)大型管道工程首選的涂層。

（4）熔結環(huán)氧粉末(FBE)：具有與鋼管表面結合牢固、絕緣性能好、機械強度高、耐溫度變化、耐化學腐蝕等優(yōu)點，可適用于各種惡劣自然環(huán)境。主要缺點是耐紫外線性能差；由于覆蓋層較薄(0.35~0.50mm)，耐劃傷和磕碰性能較厚覆蓋層要差。

（5）雙層熔結環(huán)氧粉末(雙層FBE)：與PE三層結構類似，具有和PE三層相同的綜合性能。機械性能尤其高，補口也用雙層FBE，相容性好，覆蓋層表面光滑。另外可避免陰極屏蔽問題，與陰極保護系統(tǒng)的匹配性比PE三層結構更好。這是國際上新研制出的一種覆蓋層，最適于穿越段及石方山區(qū)使用。長輸管道所處外界條件及其重要性不是完全一樣的。為某一具體工程選擇一種合適的防護層，則需要根據(jù)具體情況論證比較。

2、電化學保護

電化學保護包括陰極保護和陽極保護。陽極保護是使被保護金屬處于穩(wěn)定的鈍性狀態(tài)的一種防護方法，可通過外加電源進行極化或添加氧化劑的方法達到防護 目的。陰極保護是在金屬表面通過足夠的陰極電流，使金屬表面陰極極化，成為電化學腐蝕電池中電位均一的陰極，從而防止管道腐蝕。

對于大口徑的長輸管道，國內(nèi)多采用強制電流為主、犧牲陽極為輔的陰極保護方法。由于防蝕性能優(yōu)良，使得保護距離加長，兩陰極保護站間距可達 110km。為防止陰極保護電流的流失。在工藝站場的管道進、出口處設置電絕緣裝置。為防止管道防腐蝕層或絕緣接頭遭受雷擊或電力故障而引起破壞，在絕緣接頭位置安裝鋅接地電池。在大型河流穿越段的兩岸邊各安裝一組鋅合金犧牲陽極以加強保護。

3、雜散電流排流保護

管道沿線與高壓輸電線路近距離平行時，高壓輸電線、電氣化鐵路會對管道造成干擾，加劇管道的腐蝕。因此，管道應盡量遠離交、直流電干擾源。管線的排流保護。依據(jù)被干擾管道陽極區(qū)有無正負極性交變采用不同的排流方式，不變時采用直流排流。交變時采用極性排流，比較復雜時采用強制排流。

三、長輸管道防腐蝕技術發(fā)展方向

1、外防腐蝕涂料的研制開發(fā)仍是國內(nèi)亟待解決的問題。盡管多數(shù)材料已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但與國外比較仍存在較大差距，如聚乙烯仍有環(huán)境應力開裂問題，環(huán)向大分子取向引發(fā)的非取向方向開裂問題，熱收縮套溫控與收縮不同步問題等。

2、補口技術的開發(fā)熱點集中在現(xiàn)場小型化補口設備及工藝技術開發(fā)上，使得現(xiàn)場補口小區(qū)域?qū)崿F(xiàn)噴砂處理，環(huán)氧底漆涂覆、膠帶纏繞、加熱控制、纏繞預緊力控制、膠體固體或塑化、冷固控制實現(xiàn)自動化規(guī)范控制，以避免人工操作發(fā)生的各種偶然失誤。

3、對腐蝕管道進行快速、準確的定位，是管道防腐蝕的一個重要環(huán)節(jié)。近年來使用的地面清長輸管道腐蝕檢測監(jiān)控技術與國外比目前差距比較大。特別是遠程在線通訊自動監(jiān)測技術，現(xiàn)雖已有研究報導，但距離實際應用尚有一段距離，應加快研究步伐，以滿足我國經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略要求。

4、防腐蝕管理的計算機網(wǎng)絡化。將防腐蝕設施及相關資料與管網(wǎng)的地理信息相結合形成獨立的體系，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡化管理，以便捕捉、分析、統(tǒng)計管網(wǎng)的各種數(shù)據(jù)，及時準確預報，防止各種隱患發(fā)生。其內(nèi)容包括建立圖檔管理系統(tǒng)，管網(wǎng)現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)和仿真模擬計算系統(tǒng)，然后將它們有機地聯(lián)系起來，就可隨時查詢管道是否處于最佳運行狀態(tài)，一旦發(fā)生異常亦能準確定性和定位，及時制定最佳的排除方案，把損失減少到最小程度。

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TU851

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1674-3954（2011）02-0083-01