天然氣管道腐蝕與防腐蝕處理技術(shù)探討
2015-04-29 00:00:00顧志豪
【摘 要】目前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)，管材一般為鋼制管道。比如中國石油管道公司承擔國內(nèi)陸上大部分油、氣田油氣外輸管道的建設(shè)組織及運營管理任務(wù)，下轄近萬公里原油、成品油、天然氣長輸管道，分布在全國十幾個省、自治區(qū)、直轄市。因此，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)。
【關(guān)鍵詞】石油天然氣；管道運輸；腐蝕；防護
0.前言
在天然氣開采過程中，常常會有一些伴生氣體，如二氧化碳、硫化氫等，這些氣體的存在，不但降低了天然氣的熱值，還會對管道、設(shè)備等有腐蝕作用，腐蝕會造成天然氣井油（套）管的斷裂、集輸管線爆破等，破壞正常平穩(wěn)供氣，影響用戶的生產(chǎn)和生活，腐蝕帶來的危害不僅給國家造成很大的經(jīng)濟損失，也威脅工作人員的生命安全。因此，對天然氣管道中的腐蝕及如何解決腐蝕的問題進行研究是非常有要的。
1.腐蝕類型及機理
根據(jù)大量實例可以看出，管道內(nèi)腐蝕主要受到管材質(zhì)量、輸送介質(zhì)以及管道防腐水平的影響，管道內(nèi)發(fā)生腐蝕的類型主要有均勻腐蝕、坑蝕、應(yīng)力腐蝕、沖刷腐蝕等幾類：
①均勻腐蝕是由于天然氣中含有一定的水汽，在一定條件下，天然氣中的水汽凝結(jié)在管壁形成水膜，硫化氫和二氧化碳等酸性氣體溶于水膜中，對管道產(chǎn)生腐蝕。
②管道鋼在氣相和液相環(huán)境中都有可能發(fā)生坑蝕，如管壁腐蝕物不均勻、硫及多硫化物的沉積、腐蝕產(chǎn)物保護膜出現(xiàn)結(jié)晶剝裂等都有可能產(chǎn)生坑蝕。
③在含濕硫化氫的天然氣介質(zhì)中應(yīng)力腐蝕主要是硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，硫化氫水解后吸附在鋼表面的HS-會加速陰極放氫，從而導致材料韌性下降、脆性增加，在應(yīng)力遠低于材料屈服強度的情況下發(fā)生滯后斷裂。
④在氣體流速較高時，管道鋼遭受沖刷腐蝕也比較嚴重，由于腐蝕產(chǎn)物被直接沖擊的氣流帶走，新的金屬面不斷裸露，從而加速了腐蝕，曾發(fā)生多次的彎頭處氣流沖擊面壁厚減薄而引起的泄漏事故。
2.石油天然氣管道腐蝕的防護措施
2.1涂層防護
防蝕涂層作為公認的防護方法已廣泛用于埋地管道的腐蝕控制。涂層作為腐蝕控制的第一道防線，其作用是將管體金屬基體與具有腐蝕性的土壤環(huán)境隔離，同時為附加陰極保護的實施提供必要的絕緣條件。此外，管道涂層在涂裝、運轉(zhuǎn)裝卸、下溝回填以及投產(chǎn)運行后不可避免會出現(xiàn)缺陷。
2.1.1防蝕涂層
目前用于新建埋地管道的防蝕涂層主要有：復合涂層和環(huán)氧粉末。煤焦油瓷漆和石油瀝青由于污染環(huán)境目前用的很少，用于老管道修復主要是纏帶類和液體涂料。
2.1.2復合涂層
通過簡單的物理疊合或化學粘結(jié)將各具特點的單一涂層材料聯(lián)為一體，形成綜合性能良好的多層涂層系統(tǒng)。包括二層聚乙烯/聚丙烯、三層聚乙烯/聚丙烯等。
2.1.3三層聚乙烯/聚丙烯涂層
三層系統(tǒng)是目前常用的復合涂層，由環(huán)氧粉末底層、粘結(jié)劑中間層和聚烯烴外護層組成。由于其兼有熔結(jié)環(huán)氧優(yōu)異的防蝕性能、良好的粘結(jié)性與抗陰極剝離性能以及聚烯烴優(yōu)良的機械性能、絕緣性能及強抗?jié)B透性，從而成為綜合性能優(yōu)異的涂層，廣泛用于施工及敷設(shè)環(huán)境均較苛刻的地帶。如：陜-京輸氣管線、靖-西輸氣管線及蘭-成-渝成品油管線等。三層涂層的主要缺點是施工工藝較復雜；由于中間膠粘劑和外層聚乙烯均采用擠出工藝，焊縫處易形成空鼓；涂層一旦失去粘結(jié)，涂層將出現(xiàn)層間分離，高度絕緣的聚乙烯外護層將屏蔽陰極保護電流，產(chǎn)生膜下腐蝕。
2.1.4環(huán)氧粉末涂層
環(huán)氧粉末由固態(tài)環(huán)氧樹脂、固化劑及多種助劑經(jīng)混煉、粉碎加工而成，在我國也得到了推廣應(yīng)用，但主要是作為復合涂層的底層。熔結(jié)環(huán)氧粉末為一次成膜涂層，具有對鋼鐵強粘結(jié)、良好的膜完整性、優(yōu)秀的耐陰極剝離性能、耐土壤應(yīng)力、耐磨損、可冷彎等特點，適用于大多數(shù)土壤環(huán)境，但是對沖擊較為敏感，特別是高溫條件下吸水率較高，因此不適用于濕熱環(huán)境和石方段。
2.1.5液體聚氯脂涂層
液體聚氨酯涂料也經(jīng)常用于管道的涂層修復，能夠達到要求的厚度，即1-1.5mm。一般無溶劑產(chǎn)品適合于運行溫度高達80℃的管道。無溶劑聚氨酯涂料的優(yōu)勢包括，在幾分鐘內(nèi)就可以達到可觸摸的干度，幾個小時可以完全固化：抗磨損和抗土壤應(yīng)力的能力強；有非常好的粘結(jié)性，但不如環(huán)氧樹脂的粘結(jié)能力好：對陰極保護電流的要求非常低；能抗陰極剝離。主要的不利條件與液體環(huán)氧涂料相類似，表面不能含有可溶性鹽，涂敷過程中對濕氣和潮氣很敏感，需要用專門的涂敷設(shè)備，為了保證表面不連續(xù)處得到充分的覆蓋，需要在這些地方增加涂層厚度等。
2.2陰極保護
陰極保護應(yīng)用于管道始于上世紀三十年代，到五十年代中期已成為較成熟的防蝕技術(shù)，被世界各國廣泛采用。在我國應(yīng)用也已有五十年的歷史。對于埋地管道陰極保護是作為附加保護方式對涂層破損處的管體金屬提供防蝕保護的。絕大多數(shù)管道工程采用了外加電流陰極保護方式，也有部分管道工程或部分管段采取了犧牲陽極保護方式。陰極保護目前有相應(yīng)的行業(yè)標準可執(zhí)行，包括設(shè)計標準、施工驗收規(guī)范、運行維護規(guī)范及材料標準。此法具有施工簡單，安裝工作量小，對鄰近地下金屬構(gòu)筑物不產(chǎn)生干擾影響，同時對雜散電流干擾能起到接地排流作用，管理也方便等優(yōu)點。
2.3緩蝕劑防護
緩蝕劑保護是在腐蝕環(huán)境中，通過添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質(zhì)以保護金屬的方法。采用緩蝕劑防腐蝕，由于使用方便、投資少、收效快，因而對于燃氣管道的防腐有很廣闊的前景。在緩蝕機理上，緩蝕劑是通過緩蝕劑分子上極性基團的物理吸附作用或化學吸附作用，使緩蝕劑吸附在金屬表面。這樣，一方面改變金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使金屬表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定化，從而增加腐蝕反應(yīng)的活化能，使腐蝕速度減慢；另一方面被吸附的緩蝕劑上的非極性基團，尚能在金屬表面形成一層疏水性保護膜，此膜阻礙著與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，故能使腐蝕速度減小。
3.結(jié)束語
天然氣在現(xiàn)代社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中，起著重要作用，由于其環(huán)境的復雜性，在天然氣輸送過程中，備受金屬腐蝕問題的困惑，據(jù)調(diào)查，我國東部九個油氣田各類管道因腐蝕穿孔達2萬次/年，更換管道數(shù)量達400km/年，因腐蝕造成的年直接經(jīng)濟損失約為數(shù)億元，因此，加強對腐蝕及防腐問題的研究，具有重要的經(jīng)濟意義?？傊S著新的材料技術(shù)，特別是新型管材、涂層材料的出現(xiàn)和改進，納米技術(shù)及合金技術(shù)，都將為天然氣輸氣管道的防腐技術(shù)帶來新興的發(fā)展。 [科]
【參考文獻】
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