淺析油氣集輸管道腐蝕機理與防腐技術研究進展

魯大麗

隨著我國各行業(yè)的發(fā)展，在油氣資源方面也具有了更大的需求量，集輸管道數(shù)目得到了較多的增長。但在油氣傳輸中，腐蝕情況的存在則會對油氣集輸產生十分嚴重的陶染，不僅會因此引發(fā)較大的經濟損失，且可能因此導致安全事故發(fā)生。所以，需要我們在平時就做好管道腐蝕機理的研究，未雨綢繆，把握管道的腐蝕機理，掌握防腐新，以應對隨時到來的因管道腐蝕而產生的生產問題甚至是事故。

一、油氣集輸管道腐蝕機理

隨著我國對油氣需求量的增長，油氣集輸管道的數(shù)目也日益增長，但是管道的腐蝕給油氣集輸帶來了嚴重的陶染，同時也給國家造成了巨大的經濟損失。管道的腐蝕造成的妨害主要有：（1）使設備和管道損壞；（2）管道漏油以至于污染周邊農田及河流；（3）污染工作區(qū)影響員工工作休息；（4）產品流失；（5）人員傷亡等。因此，充分認識腐蝕的形成機理與研討相應的防腐蝕技術具有重要的現(xiàn)實意義。管道的腐蝕按位置來分分為兩種，第一種是從管道外發(fā)生的腐蝕，稱為外腐蝕；第二種是從管道內發(fā)生的腐蝕，稱為內腐蝕。

油氣管道外腐蝕，指管道在同周圍介質產生作用的情況下因電化學作用、物理融解作用以及化學反應等情況的出現(xiàn)破壞管道的外壁的現(xiàn)象。根據(jù)管道所處位置的不同，導致外腐蝕產生的原因也具有一定的差別。管道的腐蝕主要包括土壤腐蝕和海水腐蝕等。

管道內腐蝕，受到管質料量、輸送介質以及管道防腐水平的陶染，油氣集輸管道內壁腐蝕主要包括：（1）H2S腐蝕；（2）CO2腐蝕；（3）多相流腐蝕；

二、油氣集輸管道防腐技術

1.外防腐技術。油氣管道外防腐技術經過100多年的發(fā)展歷程，從最初采用天然瀝青作為油氣管道的防腐材料，到現(xiàn)在廣泛使用的三層結構聚乙烯防腐、三層結構聚丙烯防腐、環(huán)氧樹脂類防腐，已經從原材料的加工到防腐設備的制造等方面形成了產業(yè)鏈式的發(fā)展。從防腐技術的發(fā)展趨勢來看，是在向高效、適用、環(huán)保、節(jié)能的方向發(fā)展。石油瀝青涂層：一直被用作防腐的常用方法，石油瀝青層和聚氯乙烯膜是它的主要構成材料，防水較好，廉價，耐候性優(yōu)良，易于操作，技術嫻熟，所以現(xiàn)階段，金屬防腐使用最多的還是石油瀝青防腐層。但是溫度對其影響很大，受到溫度的制約嚴重。高溫軟化，易熔融，低溫下變脆；受到撞擊的時候容易發(fā)生開裂；而且容易發(fā)生老化現(xiàn)象；埋在有巖石的土壤里，要有機械保護層或在溝內填充砂土，增長了金錢的花銷；易受細菌侵蝕，勞動條件差，損耗大，并且石油瀝青防腐層對環(huán)境影響很大，在人口稠密地區(qū)以及人類生活居住區(qū)的使用限制很大。

3PE防腐層：三層結構聚乙烯防腐層綜合了環(huán)氧涂層和擠壓聚乙烯兩種防腐層的優(yōu)良性質，將環(huán)氧涂層的界面特性和耐化學特性，與擠壓聚乙烯防腐層的機械保護特性等優(yōu)點結合起來，從而顯著改善了各自的性能。因此作為埋地管線的外防護層是非常優(yōu)越的。3PE防腐層能夠增加管道的使用時間。

環(huán)氧粉末防腐層：將粉末噴涂到管線的表面上，并且管線需要提前加熱處理，這樣一來，粉末就會在管體上發(fā)生固化反應，形成一層致密的防腐層。所形成的防腐層性能優(yōu)良，具有如下優(yōu)點：（1）使用溫度范圍為-60～100℃；（2）與管體粘著力大，耐陰極剝落性好；（3）抗沖擊性、韌性與耐溫性好，焊接損傷??；（4）防水性、電絕緣性好；（5）損傷易發(fā)現(xiàn)，易修補。（6）對環(huán)境影響較小。其主要缺點是膜層較薄，易損壞，易出現(xiàn)漏點，生產技術要求高；設備也較復雜，野外施工管理難度大。

煤焦油瓷漆：具有吸水率低，抗水滲透的特點。優(yōu)良的化學惰性，耐溶劑和石油產品侵蝕，電絕緣性能好，粘結性優(yōu)于石油瀝青?？怪参锔o穿透和耐微生物腐蝕。低溫發(fā)脆，熱穩(wěn)定性差。施工熬制和澆涂的過程中容易溢出有害物質，對環(huán)境和人體健康有陶染。一般用于地下水位高和沼澤地段的土壤環(huán)境。

聚乙烯膠帶：常用管道防腐材料之一，適用溫度范圍為-30～70℃，在油氣管道上已有三十多年的使用歷史。膠帶在使用中已發(fā)展至多種結構，有良好的防腐綜合性能（如抗沖擊性能、耐靜壓力、防水密封性等）。

三層結構聚乙烯防腐層：熔結環(huán)氧粉末底層的作用是形成連續(xù)的涂膜，提供良好的附著力；熔結環(huán)氧粉末涂料是一種固體的，多成份樹脂體系，以單組份形式出現(xiàn)；聚合物膠粘劑中間層的作用是在環(huán)氧粉末涂料膠化之前與之融合，并與外面的聚乙烯層粘結使三層成為一個整體。通過高溫熔結到鋼管表面經固化、流平形成一層堅硬密實的涂膜，從而達到防腐的目的。聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層一般用于埋地管道上，石油的溫度一般不超過一百攝氏度，能夠完全的保護埋地管線，并且起到保溫的作用。電化學保護法是一種常用的保護金屬的方法，主要有犧牲陽極、外加電流法（陰極保護法）。金屬腐蝕時，由于極化作用，陽極和陰極電位都接近于交點S 所對應的腐蝕電位Ecorr，與此相對應的腐蝕電流為Icorr。在腐蝕電流作用下，金屬上的陽極區(qū)不斷發(fā)生溶解，導致腐蝕破壞。其他防腐涂層：（1）尿烷（焦油）；（2）尼龍；（3）聚氯乙烯；（4）聚丙??；

2.內防腐技術。目前石油行業(yè)已知的內防腐技術主要包括：采用特殊質料，如不銹鋼、合金、玻璃鋼、碳鋼緩蝕劑、防腐涂層、襯塑等技術，輔以相應的腐蝕監(jiān)測技術和防腐工藝來進行腐蝕控制 ；使用緩蝕劑進行防腐、涂抹防腐材料、電鍍、復合管防腐等技術。緩蝕劑防腐：透過改變腐蝕金屬的表面情況，或者采用催化劑，讓腐蝕的過程中，陽極和陰極產生變化，降低其反應速率，最后實現(xiàn)防腐蝕。復合管防腐：廣泛使用的復合管主要有雙金屬復合管、陶瓷內襯復合管和玻璃鋼內襯復合管。復合管能在一定程度上防止集輸管線的腐蝕，但其與鍍層一樣，相對價格較高，而且對于特殊的地段需要特殊的材料，工藝較為復雜，成本較高。涂料防腐：涂層鋼管最常用于輸油管線，其原理是在管道內壁和腐蝕介質之間提供一個隔離層，從而起到減緩腐蝕的作用。內涂層防腐技術可有效防止內腐蝕，節(jié)約大量的管材和維修費用，顯著提高油氣田的輸送效率，減少清管次數(shù)。

三、管道防腐新技術展望

隨著我國能源政策的調整，長輸管線的建設在我國具有相當?shù)氖袌鰸摿Γ栏夹g會呈現(xiàn)出新的需求。但由于地方財政、認識水平等多方面因素的陶染，價格昂貴的防腐蝕涂料的應用必然受到局限，而綜合性能好、成本低廉、使用方便、易于推廣的防腐蝕新材料和新工藝將在主管道或支管道上受到歡迎，急需加強在這方面的研討開發(fā)工作，這也是我們現(xiàn)階段最需要做的事情。

必須強烈意識到，由于受到經濟與理論知識認識度等多方面因素限制，成本低廉、綜合性能好、使用方便的材料更加易于推廣。因此，防腐技術的是每一位從事該項研究的科研工作者面臨的挑戰(zhàn)與機遇。