灘海地區(qū)管道的防腐涂層與陰極保護

侯磊

摘要：油氣輸送是油氣行業(yè)的重要環(huán)節(jié)，隨著我國科技的發(fā)展，石油的傳送方式逐漸多樣化，傳輸環(huán)境也由陸地轉(zhuǎn)向海洋。其中灘海地區(qū)的傳輸環(huán)境更加復(fù)雜，給石油的傳輸增加了難度。目前運輸管道的腐蝕破損問題成為困擾石油傳輸?shù)碾y題，這不僅造成了巨大的經(jīng)濟損失，還影響了工業(yè)的發(fā)展速度，所以要重視石油的傳輸問題。本文是針對石油管道易破損的現(xiàn)狀提出了可行性的建議，以期不斷提高石油管道的使用壽命、保障石油的順利運輸。

關(guān)鍵詞：灘海地區(qū);管道;防腐涂層;陰極保護

一、防腐涂層與陰極保護

防腐涂層指的是把介質(zhì)涂覆在金屬表面使之與外界的介質(zhì)相隔離，實現(xiàn)對管道進行腐蝕保護的目的。涂層應(yīng)該具有優(yōu)良的電絕緣性和防水特性，與管道金屬本身能有較強的依附性，能夠抵抗化學(xué)破壞，具有一定的強度，抵御外界環(huán)境的侵蝕。防腐涂層一般由三部分組成，第一層是涂覆在金屬表面的油漆，主要的作用是增加金屬與涂層的附著力。第二層是涂料，常用的涂料材質(zhì)有石油瀝青和環(huán)氧樹脂等，我國目前社會上應(yīng)用比較廣泛的涂層材料是環(huán)氧樹脂。第三層就是包扎帶，主要是用來增加涂層的強度，以免在特殊的環(huán)境中受到侵蝕。

陰極保護技術(shù)是一種電化學(xué)保護技術(shù)，它的主要原理是在腐蝕金屬的表面增加一個外加電流裝置，使金屬結(jié)構(gòu)成為陰極，從而抑制金屬本身的電子遷移，達到避免腐蝕的目的。主要有兩種陰極保護法，一種外加電流保護法和犧牲陽極保護法。犧牲陽極保護法是選取一個電位更負的金屬與被保護的金屬相連接，然后放置到同樣的電解質(zhì)溶液中，這樣選取的金屬中的電子就會遷移到被保護的金屬當(dāng)中，使被保護的金屬處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)下。這種方式簡單易操作，不需要進行外加電源，能對金屬進行有效的保護，目前在工業(yè)防腐上應(yīng)用比較廣泛。外加電流的陰極保護技術(shù)是通過外加直流電源的方式，增添一個輔助陽極，這樣可以給金屬補充大量的電子，金屬表面達到同樣的電位，讓被保護金屬的電位處于比周圍環(huán)境低的狀態(tài)，這樣被保護金屬處于一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)。該技術(shù)主要應(yīng)用在大型金屬防腐中。

二、灘海地區(qū)的管道防腐層

灘海地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，所以對灘海地區(qū)管道的防腐層有著更嚴格的要求。第一，防腐層材料要具有良好的絕緣性，高電阻的涂層材料能夠保證管道防腐層泄露之后的電阻較大，使得陰極保護電流的分布更加均勻，管道能夠得到更為充分保護。第二，防腐涂層的管道化學(xué)穩(wěn)定性要優(yōu)良，灘海地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，微生物和細菌較多，有的微生物和細菌能夠?qū)ν繉舆M行侵蝕，加重管道的腐蝕程度，所以對于涂層的選擇要能抵抗微生物和細菌的侵蝕。第三，涂層的吸水率要低。灘海地區(qū)的水量充足，氣候濕潤，涂層會發(fā)生吸水滲透作用，其中包括陰極的保護電位梯度下的電滲透，從而引起擴散和滲透，破壞涂層和金屬之間的附著力，涂層容易發(fā)生脫落，達不到保護金屬管道的目的。第四，涂層要抗陰極剝離，在對管道施加陰極保護的過程中，管道的保護電位達到氫電位的時候，這是涂層和金屬的間隙就會產(chǎn)生氫氣，間隙之間充滿氣體會減小涂層與金屬管道之間的附著力，造成管道涂層的脫離。第五，涂層要有良好的粘著性。涂層必須要有良好的黏著能力，這樣才能附著在金屬管道的表面，抵抗管道安裝時產(chǎn)生的剪切力，還可以抵抗在混凝土埋填時候的滑移。第六，涂層還要有易于補修的特性，灘海地區(qū)的施工要求比較高，環(huán)境復(fù)雜，涂層容易造成破損，而涂層材料易于補修就很大程度上保護了管道的腐蝕。除此之外，防腐層還要有優(yōu)良的延展性，耐高溫和耐老化等優(yōu)點。

三、灘海地區(qū)防腐層的選擇

灘海地區(qū)的環(huán)境復(fù)雜，對防腐層的材料要求比較高，目前應(yīng)用比較廣泛的有熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層和三層PE等結(jié)構(gòu)。熔結(jié)環(huán)氧粉末保護層和管道的表面能夠形成比較牢固的化學(xué)鍵，在高溫熔融的條件下，固化之后的防腐層可以對管道表面形成極強的粘著力，從而保護管道不被腐蝕。熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層還具有耐腐蝕性，和陰極的保護搭配性好，對保護的電流沒有屏蔽作用，但是這種涂層也有缺點，就是吸水性較大，耐高溫的程度有限，抗沖擊能力也不是特別優(yōu)良。熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層的使用歷史已經(jīng)高達幾十年，其優(yōu)異的防腐特性已經(jīng)在實踐中得到驗證，雖然在平時報道中可以看到管道長期運行之后，熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層逐漸失去效用，發(fā)生氣疹，加速涂層的脫落，但是其優(yōu)良性仍得到人們的認可。

三層PE涂層是近幾年來引進的最新的防腐材料，其結(jié)構(gòu)主要分為三層，底部是熔結(jié)環(huán)氧，中間為膠黏劑，最表面的一層是擠塑聚乙烯。熔結(jié)環(huán)氧的作用是與管道表面進行直接粘結(jié)，具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，中間的膠黏劑的活性基團還可以與之進行反應(yīng)形成化學(xué)粘結(jié)結(jié)構(gòu)，保證即使在高溫高壓的條件下仍能保持良好的粘著性。聚乙烯層面的作用是起到強度保護和防腐的作用，與傳統(tǒng)的雙層結(jié)構(gòu)的聚乙烯防腐涂層具有相同的作用。三層PE結(jié)構(gòu)也存在一定的缺陷，最常見的缺陷是應(yīng)力開裂失效，焊接部分容易損壞，因為在三層PE涂層的加工過程中，焊接處的防腐層會比較薄，成為整個管道中比較薄弱的環(huán)節(jié)。在防腐層冷卻之后，由于厚度的差別產(chǎn)生了應(yīng)力，加速了涂層的失效。因此在三層PE結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，要保證焊接處的高度平滑過渡。

現(xiàn)場接口防腐。在防腐涂層損壞后，需要對涂層進行修復(fù)，修復(fù)的質(zhì)量也直接影響到涂層的使用效果。一般情況下，防腐層材料的質(zhì)量可以保證，但是在施工過程中受到環(huán)境和操作技術(shù)的制約，容易產(chǎn)生隱患。根據(jù)現(xiàn)場接口要與管道防腐涂層相匹配的原則，對于三層PE的防腐涂層，可以選用液體環(huán)氧和烯烴熱材料作為補口材料?，F(xiàn)場接口防腐的技術(shù)也在實際管道防腐中應(yīng)用廣泛，在西氣東輸?shù)葒抑攸c項目中，通過對補口材料進行檢驗時，發(fā)現(xiàn)局部的接口處也有失效的現(xiàn)象，總結(jié)失效的形式主要是防腐層的脫落情況和密封失效。通過以上的原因分析，我國目前在灘海地區(qū)推行環(huán)氧底漆使用干膜安裝的技術(shù)，用電火花技術(shù)進行檢漏，以此來保證環(huán)氧底漆的安裝效果，同時還采用中頻加熱技術(shù)，保證了熱熔膠的充分熔融。

四、灘海地區(qū)管道的陰極保護法

灘海地區(qū)的管道較長，所以一般采用外加電流法的方式進行防腐保護。它通常是由一個電源變壓器和橋型整流器組成。而陰極保護的電壓數(shù)據(jù)是可以進行調(diào)節(jié)的，外加電源的負荷要盡量大一些，滿足電流的需求。它把220V的電源通過變壓器的作用，然后整流成直流電，將負電極與金屬管道連接起來，正電極接入地下，這樣可以確保線纜可以保持負電位，從而金屬外皮就不容易遭到腐蝕。如果陰極保護不適用交流電，也可以使用直流電，但是要保證陰極設(shè)備安裝在電纜外表正電位最高的地方。

結(jié)束語

目前腐蝕是造成管道破損的重要原因，優(yōu)良的涂層材料技術(shù)和陰極保護方法可以有效的延緩管道的腐蝕程度。而對于灘海地區(qū)，需要更加嚴格的技術(shù)要求，更高的涂層質(zhì)量，要選擇更優(yōu)良的涂層材料，例如PE或者其他防腐層，同時可以輔助陰極保護法，來達到更好的防腐效果。只有在實際環(huán)境中不斷創(chuàng)新，對現(xiàn)有的技術(shù)不斷進行完善，掌握更加先進的防腐技術(shù)，才能延長管道的使用壽命，保障管道的順利運輸。

參考文獻

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（作者單位：中油國際管道公司中緬油氣管道項目）