輸油管道的腐蝕與防護(hù)

左苗 杜旭峰

摘要 我國(guó)石油管道運(yùn)輸發(fā)展迅速，其經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)越性明顯，鋼制管道腐蝕一直是管道泄漏、失效的主要原因，管道的腐蝕與防護(hù)直接影響管道的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益。本文主要從管道腐蝕的原因及對(duì)管道腐蝕進(jìn)行防護(hù)的辦法進(jìn)行分析介紹，期以在輸油管道的建設(shè)和運(yùn)行中有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 輸油管道；腐蝕與防護(hù)；涂層；保護(hù)

中圖分類號(hào)U17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）67-0141-02

在油品運(yùn)輸領(lǐng)域，管道運(yùn)輸節(jié)能環(huán)保高效的特點(diǎn)日益突顯。但大多采用無(wú)縫鋼管、螺旋焊縫鋼管和直縫電阻焊鋼管材質(zhì)的輸油管道，通過(guò)埋地或跨越時(shí)架空兩種方式敷設(shè)，輸油管道都會(huì)遭到所輸油品和周圍介質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用等而引起其表面腐蝕。這不僅縮短輸油管道的使用壽命，還可能引發(fā)油品泄漏等污染環(huán)境事故，甚至?xí)蚋g而使整條管線失效，筆者過(guò)很多管道已運(yùn)行四十年之久，輸油管道的長(zhǎng)年運(yùn)行，因管線腐蝕而引起的經(jīng)濟(jì)損失越來(lái)越大。研究管道腐蝕發(fā)生的原因，以及采取有效的防護(hù)措施，有十分重要的實(shí)際意義。

1 腐蝕類型

腐蝕是金屬和周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕，腐蝕是一種化學(xué)過(guò)程，而且大多都是電化學(xué)過(guò)程。輸油管道根據(jù)其腐蝕過(guò)程的不同特點(diǎn)，主要分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。

1.1 化學(xué)腐蝕

輸油管道表面與所接觸氧化劑直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。過(guò)程中金屬與氧化劑之間直接進(jìn)行電子的傳遞，沒(méi)有電流產(chǎn)生。例如，金屬裸露在空氣中，表面上會(huì)生成相應(yīng)的化合物。此外，在油品中的多重硫化物、有機(jī)酸及其氧氣等對(duì)金屬輸油管道也會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。

1.2電化學(xué)腐蝕

輸油管道電化學(xué)腐蝕是指金屬管道和與其接觸的可電解介質(zhì)作用，金屬表面形成原電池作用而引起的腐蝕。金屬管道與含有水分的大氣、土壤接觸時(shí)，含水分的大氣、土壤都會(huì)形成不同濃度的電解質(zhì)溶液，金屬本身由于含有雜質(zhì)，由于鐵元素和雜質(zhì)元素的電位不同，會(huì)形成原電池反應(yīng)，由下列三個(gè)環(huán)節(jié)組成：

1）在陽(yáng)極，金屬溶解，變成金屬離子（Fe→Fe2++2e）進(jìn)入溶液中；

2）陽(yáng)極電子流向陰極；

3）電子被溶液中能夠吸收電子的陰極所接受。大多數(shù)情況下，在酸性介質(zhì)中，H+與電子結(jié)合形成H2；在中性或堿性液中，O2在溶液中與電子結(jié)合生成OH-。

以上3個(gè)環(huán)節(jié)缺一不可，三者是相互聯(lián)系的，如果停止其中一個(gè)環(huán)節(jié)，則整個(gè)腐蝕過(guò)程也就停止進(jìn)行。

輸油管道除受化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕外，還不同程度的遭到雜散電流腐蝕、物理腐蝕和微生物腐蝕等，堅(jiān)定輸油管道腐蝕的因素主要為金屬的本性與接觸介質(zhì)兩個(gè)方面。在管線腐蝕總體表現(xiàn)為管道內(nèi)腐蝕和外腐蝕，輸油管道管道的腐蝕情況存在以下規(guī)律：

1）管線設(shè)計(jì)規(guī)格過(guò)大，液量小，流速慢，含水高，輸送距離遠(yuǎn)的管線使用周期短，穿孔頻繁；

2）集輸管線的腐蝕多發(fā)生在管線底部；

3）我國(guó)管線大多沒(méi)有進(jìn)行內(nèi)防腐，采取內(nèi)防的管線腐蝕要輕微的多；

4）所輸油品含水、含沙、O2、CO2、硫酸鹽還原菌（SRB）、Cl-等越大，腐蝕越嚴(yán)重；

5）不同材質(zhì)的管線腐蝕差異很大。因金屬中含有的MnS、Ca、Si、Mn、S 等非金屬夾雜物會(huì)嚴(yán)重影響金屬的耐腐蝕性，無(wú)縫鋼管一般比螺紋鋼管抗腐蝕；

6）管線內(nèi)流體越混亂，腐蝕越?。辉诠芫€下游層流趨勢(shì)明顯，管線腐蝕相對(duì)較嚴(yán)重。

2 對(duì)腐蝕的防護(hù)

根據(jù)管道腐蝕特點(diǎn)和規(guī)律，我們主要從以下方面進(jìn)行管道防護(hù)。

2.1合理的防腐設(shè)計(jì)

在輸油管道建設(shè)立項(xiàng)之初，對(duì)輸油任務(wù)合理核算，輸油任務(wù)和管線大小匹配，不因設(shè)計(jì)規(guī)格過(guò)大而引起的流量小，流速慢等使管線腐蝕加快；

2.2選用耐腐蝕材料

在管道建設(shè)時(shí)期，管道選材和防護(hù)措施盡可能充分考慮所輸油品物性及管道敷設(shè)環(huán)境，如果其含雜質(zhì)和腐蝕物較大，應(yīng)針對(duì)性選用抗腐蝕性強(qiáng)管材的管道，可行的話最好進(jìn)行管道內(nèi)外防腐處理。

2.3陰極保護(hù)

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)：

1）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法：用一種電位比輸油管道金屬更負(fù)的金屬或合金與管道連接在一起，形成新的腐蝕電池，依靠電位比較負(fù)的金屬腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來(lái)保護(hù)輸油管道。該技術(shù)一次投資費(fèi)用偏低，且在運(yùn)行過(guò)程中基本上不需要維護(hù)。但也因驅(qū)動(dòng)電位低，保護(hù)電流調(diào)節(jié)范圍窄，保護(hù)范圍小，保護(hù)年限受犧牲陽(yáng)極壽命的限制，需要定期更換等缺陷；

2）外加電流陰極保護(hù)法：是將外加的直流電源的負(fù)極與被保護(hù)管道相連，直流電源的正極接到另一輔助陽(yáng)極，外加電流在管道和輔助陽(yáng)極間形成較大的電位差，進(jìn)而使被保護(hù)金屬變成陰極，實(shí)施保護(hù)。其優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)電流可以調(diào)節(jié)，保護(hù)距離長(zhǎng)，使用范圍廣，且可在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中應(yīng)用。但一次性投資偏高，且運(yùn)行成本高，需要專業(yè)維護(hù)管理等特點(diǎn)嚴(yán)重制約其使用。

2.4介質(zhì)處理

1）消除腐蝕物：油品中對(duì)管道腐蝕造成很大威脅的物質(zhì)有水、泥沙、氧、硫化物等，在油品輸送前對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行充分分離，使油品中含有最少量的腐蝕物可以很大程度上對(duì)管道腐蝕進(jìn)行防護(hù)；2）應(yīng)用緩蝕劑：在所輸油品中添加緩蝕劑是對(duì)輸油管道防護(hù)的有效措施，采用緩蝕劑防護(hù)時(shí)，系統(tǒng)中凡是與介質(zhì)接觸的金屬體均可受到保護(hù)，這是任何其他防腐蝕措施都不可比擬的。由于緩蝕劑種類多樣，緩蝕機(jī)理各不相同，所輸油品也有多樣性與復(fù)雜性的特點(diǎn)，因此，緩濁劑保護(hù)的應(yīng)用具有嚴(yán)格的選擇性，一定要根據(jù)油品成分和主要腐蝕物的含量設(shè)計(jì)和選擇緩蝕劑，以求得合適的品種，正確的工藝，恰當(dāng)?shù)挠昧?，從而獲得較好的防護(hù)效果。

2.5表面隔離處理

在管道表面覆蓋一層保護(hù)膜，使管道表面同腐蝕介質(zhì)密封隔絕，阻止管線與周圍介質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)等，從而防止管道腐蝕。防腐保護(hù)層必須與金屬有良好的粘結(jié)力,防水耐蝕,機(jī)械強(qiáng)度高,韌性好,電絕緣性能好,涂層完整無(wú)孔等特性。目前我國(guó)在建的長(zhǎng)輸管道防腐層材料主要為少量的煤焦油瓷漆涂層和熔結(jié)環(huán)氧粉末、三層聚乙烯、雙層FBE等，液態(tài)聚氨酯防腐涂料(PU)、無(wú)機(jī)非金屬防腐層等也開(kāi)始應(yīng)用，納米改性材料涂層成為防腐涂層發(fā)展的新方向。

輸油管道腐蝕的影響因素很多，必須針對(duì)危害多管齊下，才能可以取得良好的防護(hù)效果，我國(guó)現(xiàn)用管道多采用涂層和陰極保護(hù)相結(jié)合的方法對(duì)管道外腐蝕進(jìn)行防護(hù)，內(nèi)腐蝕的防護(hù)還不很全面，很多管道沒(méi)有進(jìn)行內(nèi)部防護(hù)。現(xiàn)在我國(guó)管道運(yùn)輸飛速發(fā)展，管道運(yùn)輸行業(yè)對(duì)管道腐蝕及其防護(hù)進(jìn)一步提高認(rèn)識(shí)，在管道建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，一把管道腐蝕防護(hù)做好，更好的保障管道的長(zhǎng)效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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