試論油氣儲運管道防腐技術的應用現狀

薛鵬 宋尚鑫 童文輝

摘? 要：油氣儲運管道在使用一段時間后，防腐材料逐漸失效、剝落，失去了保護作用，管道容易出現不同程度的腐蝕問題。管道腐蝕會導致管壁變薄，嚴重腐蝕的油氣儲運管道還會出現滲漏問題，不僅造成了資源的浪費和環(huán)境的污染，而且在高壓環(huán)境下增加了油氣儲運的安全隱患。文章首先概述了導致油氣儲運管道腐蝕的常見原因，隨后分析了管道腐蝕的機理，最后就現階段常用的油氣儲運管道防腐技術進行了簡要概述。

關鍵詞：油氣儲運;管道防腐;腐蝕機理;鍍層防腐

中圖分類號：TE988 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0159-02

引言

我國油氣資源的分布極不平衡，為了進一步降低運輸損耗和成本，提高生產效率和安全標準，很多地區(qū)選擇使用管道進行油氣儲運，以滿足不同地區(qū)的用油和用氣需求。因此，做好油氣儲運管道的防腐工作，也在一定程度上促進了區(qū)域經濟發(fā)展。導致油氣儲運管道受到腐蝕的因素有多種，例如管道自身質量不達標，采取的防腐技術不科學，外界環(huán)境因素的干擾等。在進行油氣儲運管道防腐處理時，必須要因地制宜的采取針對性的防腐技術，切實提高防腐效果，延長油氣儲運管道的使用壽命。

1 油氣儲運過程中管道腐蝕的主要原因

（1）外界因素。油氣儲運管道面臨的外界環(huán)境主要有三種，分別是空氣、水和土壤。對于長期暴露在空氣中的油氣儲運管道，在長時間的風吹日曬后，表層防腐涂料逐漸老化、脫落，失去了防腐效果。在降雨或遇到潮濕空氣時，導致金屬管道外表層出現銹蝕問題。對于埋藏于地下的油氣儲運管道，地下水和土壤中的無機鹽等，也會導致管道表面腐蝕，特別是在酸堿失衡的土壤中，腐蝕速率還會進一步加快。除了自然因素的影響外，人工破壞管道表層的防腐漆，也是導致管道局部出現腐蝕的常見因素。

（2）油氣性質。石油類產品和天然氣的主要化學成分是烴類物質，這種物質具有較強的氧化性和腐蝕性。由于油氣儲運管道是一個相對封閉的環(huán)境，烴類物質長期接觸金屬管道的內壁，導致金屬發(fā)生氧化，生成更加活潑的氧化物，導致管壁受到腐蝕。例如鐵質管材在氧化后，在管道內壁上生成一層疏松的Fe2O3，是鐵銹的主要成分。這種物質還具有較強的吸水性，進一步加劇了金屬管道內壁的腐蝕。另外，石油中還含有一定量的硫化氫、二氧化碳等物質，在吸水后也會生成酸性液體，附著在管道內壁上，造成管道的腐蝕。

（3）防腐措施。油氣儲運管道在制造和鋪設時，都會采取一定的防腐措施，但是如果選用的防腐技術不科學，或是防腐施工質量不高，也會導致后期油氣儲運管道會過快的出現腐蝕。例如，在油氣儲運管道表面涂刷防腐漆是一種操作簡便且成本較低的防腐技術，但是施工人員為了加快進度，沒有提前做好管材的表面清潔工作，而是直接涂刷防腐漆。由于管道表面有灰塵、油污，防腐漆與管道的結合度并不理想，后期也容易出現防腐漆開裂、剝落的情況，管道也會因為失去保護而出現腐蝕。

2 管道腐蝕機理

（1）溶解氧的腐蝕機理。氧作為一種去極化劑，會加速金屬的腐蝕，溶解氧是造成油氣儲運管道腐蝕的重要原因之一。當采出水中溶解氧的含量較高時，可以讓油氣儲運管道的表面生成一層致密的氧化膜，相當于為金屬管道提供了一層保護，將管道與外界環(huán)境隔絕開，起到了減緩腐蝕速率的效果。反之，溶解氧含量較低時，氧化膜很難形成，因而管道腐蝕速度加快。此種情況下的反應方程式為：

陽極：Fe→Fe2++2e-

陰極：2H++2e-→2H2O+4e-→4OH-

以上反應會生成Fe2+，經過脫水轉化為Fe2O3，金屬與環(huán)境間的物理-化學的相互作用，其結果使金屬的性能發(fā)生變化。Fe2O3是一種疏松多孔且具有較強吸水能力的化合物，會不斷的吸收空氣中的水分，這些水分附著在金屬管道上，進一步加劇了腐蝕速率。

（2）溶解水的腐蝕機理。濕腐蝕是金屬在水溶液中腐蝕的一種電化學反應。在金屬表面形成一個陽極和陰極區(qū)隔離的腐蝕電池，金屬在溶液中失去電子，變成帶正電的離子。與此同時，在接觸水溶液的金屬表面，電子有大量機會被溶液中的某種物質中和。隨著腐蝕過程的進行，陰極或陽極會因溶液離子受到腐蝕產物的阻擋，導數擴散被阻而腐蝕速度變慢。

（3）酸性土壤腐蝕機理。酸性土壤中存在較多的H+、AL3+和Fe2+等還原性較強的離子，油氣儲運管道長期被酸性土壤包裹，加上土壤中含有一定量的水分，就形成了天然的腐蝕環(huán)境。由于油氣輸運管道的材質主要是較為活潑的鐵，在酸性土壤環(huán)境下更容易發(fā)生腐蝕。在PH值為3-6的酸性土壤環(huán)境中，油氣儲運管道的反應方程式為：

陽極：Fe2++2OH-→Fe（OH）2

陰極：O2+2H2O+4e-→4OH-

3 油氣儲運管道防腐技術現狀

（1）表面防護技術。油氣儲運管道表面防護技術主要是涂刷惰性防腐材料，此類材料往往具有良好的致密性和抗氧化能力，將油氣儲運管道完全包裹起來，與外部環(huán)境隔絕。這樣就可以避免潮濕空氣等接觸管道，在外部防腐材料不出現損壞的情況下，可以保證內部管道不受腐蝕。早期的管道表面防護材料主要是瀝青，隨著防腐技術的不斷發(fā)展，現階段常用聚乙烯樹脂、環(huán)氧樹脂等新型高分子材料，不僅防腐效果更好，而且成本更低，不污染環(huán)境。

（2）內防護技術

a.化學藥劑。使用化學藥劑進行管道防腐也是一種較為常見的技術措施，其中應用較廣的化學藥劑有緩蝕劑、除氧劑等幾種。緩蝕劑的防腐原理是在油氣儲運管道的表層形成一層沉淀膜，降低了金屬管材表面的活化能，從而達到了抑制腐蝕速率的效果。除氧劑主要應用于管道內壁，由于油氣儲運管道投入使用后，內部相當于一個封閉環(huán)境，使用除氧劑可以將管道內部氧氣吸收，降低了氧化反應，也是一種降低腐蝕速率的有效措施。b.內涂鍍層技術。在管道內壁均勻的噴涂一層惰性金屬漆，原理與管道外部的防腐漆類似。在內涂鍍層防腐時，需要掌握以下技術要點：首先，要做好管道內壁清潔工作，包括內壁上的灰塵、油污以及鐵銹等，必須要提前處理干凈，并保證內壁干燥。這樣才能保證噴涂的防腐鍍層能夠與管道內壁完全貼合，延長鍍層使用壽命。其次，要保證鍍層均勻、光滑，降低油氣運輸時管道內壁與油氣產生的摩擦，不僅可以優(yōu)化防腐效果，而且保障了油氣儲運的安全。c.襯里技術。使用一些非金屬材料，粘附到油氣儲運管道的內壁上，形成一個高強度的內襯層，達到防止管道內壁腐蝕的目的。與內涂鍍層相比，襯里技術的優(yōu)點在于可供選擇的內襯材料更多，常用的有聚氯乙烯塑料材料、玻璃鋼材料以及高彈性橡膠材料等。不同襯里技術的施工方法和適用情況有較大差異，例如聚氯乙烯塑料除了能夠達到防止腐蝕外，還有較好的絕緣性能和耐磨性能;玻璃鋼具有光滑、易清洗的優(yōu)點。

（3）電流陰極保護法。外加電流陰極保護是防止地下金屬結構如管道、儲罐等腐蝕的有效方法。輔助陽極是外加電流系統(tǒng)中的重要組成部分，起作用是將保護電流經過介質傳遞到保護結構物表面上。地下結構物外加電流陰極保護用的陽極通常并不直接埋在土壤中，而是通過外接電源的方式，持續(xù)為管道供應穩(wěn)定的低壓直流電，電流通過管道傳導入地下的土壤中，使得電子流失從而保護管道免受腐蝕。此方法在供電穩(wěn)定且環(huán)境較為復雜的地區(qū)較為常用，維護方便，通常每月要進行斷電電位檢測，極化電位應為-850mv——-1200mv。

（4）犧牲陽極保護法。將還原性較強的金屬作為保護極，與被保護金屬相連構成原電池，還原性較強的金屬將作為負極發(fā)生氧化反應而消耗，被保護的金屬作為正極就可以避免腐蝕。因這種方法犧牲了陽極保護了陰極，因而叫做犧牲陽極保護法。這種陽極消耗較快，安設位置及方法必須便于更換，在陽極周圍填充碳質回填料而構成陽極保護地床，低電位金屬材料一般有鋁合金、鎂合金、鋅合金等。

4 油氣管道防腐技術中應注意的問題及防腐蝕研究進展

在進行管道防腐時，應當首先明確油氣儲運管道所在區(qū)域的外部環(huán)境，以及可能導致管道腐蝕的主要原因，有針對性的選取防腐措施和防腐材料。在進行管道的現場安裝時，工作人員應當做好相關的質量檢測，還有就是展開必要的防腐試驗。新材料的研究與應用，是推動油氣儲運管道防腐技術不斷創(chuàng)新的關鍵。例如使用緩蝕劑進行防腐，雖然可以取得較好的防腐效果，但是大量使用緩蝕劑可能會造成油氣污染。目前新研發(fā)的一種綠色環(huán)保型緩蝕劑，主要成分是氨基酸類物質，降解后不會對油氣產生污染;還有就是使用在線檢測和評估技術，能夠對油氣儲運管道的腐蝕速率、陽極消耗速度等進行動態(tài)監(jiān)測，方便管理人員更加直觀的掌握管道腐蝕現狀。另外像“等離子體技術制備抗腐涂層技術”、“石墨烯添加劑防腐技術”等，也是近年來我國在油氣儲運管道防腐工作上取得的新進展。

5 結束語

做好油氣儲運管道防腐在節(jié)約資源、防治污染和保障管道沿線安全等方面發(fā)揮了重要作用，在明確了導致油氣儲運管道的腐蝕因素和腐蝕機理后，可以采取針對性的防腐技術，保障油氣儲運管道的運行安全。今后要加大投入做好新型防腐技術研發(fā)，為保障我國油氣儲運安全和滿足區(qū)域用油和油氣需求奠定基礎。

參考文獻：

[1]陶文金，楊志煒，吳秀全，等.油氣田老管道外腐蝕綜合檢測及評價方法[J].腐蝕科學與防護技術，2017（2）：188-194.

[2]程猛猛，趙文峰，楊圃，等.輸油管道防腐技術存在問題及解決辦法[J].全面腐蝕控制，2017，31（3）：29-32.

[3]任永飛，胡元甲.管道防腐技術在油氣儲運中的全程控制與應用分析[J].中國石油和化工標準與質量，2017，37（10）：144-145.