長(zhǎng)輸管道保溫層下腐蝕與防護(hù)研究

陳廣（中原油田普光分公司采氣廠 四川 達(dá)州 636156）

陳強(qiáng) 崔啟勇 王偉（海洋石油工程股份有限公司 天津 塘沽 300452）

長(zhǎng)輸管道腐蝕現(xiàn)象遍及整個(gè)管輸生產(chǎn)過(guò)程中，危害十分嚴(yán)重。首先，腐蝕會(huì)造成重大的直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的同濟(jì)，因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占當(dāng)年國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的4.7%。其次管道金屬腐蝕，特別是不顯而易見裸露在直觀視覺(jué)下的腐蝕，會(huì)在物任何征兆下發(fā)生并危及人身安全。如1965年3月美國(guó)某輸油管線因腐蝕破裂而失火，造成17人死亡；1980年8月北海油田的采油平臺(tái)輸油管線發(fā)生腐蝕破壞，致使123人喪生。由此可見：腐蝕不僅消耗大量金屬，而且造成能源浪費(fèi)，因腐蝕造成的跑冒滴漏，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能使有毒物質(zhì)泄漏，導(dǎo)致環(huán)境污染，危及人身安全。在長(zhǎng)輸管道方面，每年由于保溫層下腐蝕導(dǎo)致的管道輸油及設(shè)備的跑冒滴漏故障以及非正常情況下停輸所造成的損失高達(dá)幾千萬(wàn)元。

一、保溫層下腐蝕

1.機(jī)理描述

帶保溫層的設(shè)備或管道在實(shí)際工況下，若設(shè)備、管線外面防腐層和保溫材料施工過(guò)程不規(guī)范，或長(zhǎng)輸管道外層保溫防腐保護(hù)層在野外等惡劣環(huán)境下常常遭受到外界因素而導(dǎo)致的破壞、缺失等現(xiàn)象發(fā)生。因此可以按照腐蝕環(huán)境腐蝕機(jī)理可以分為潮濕環(huán)境、干燥氣體、熔融鹽等，在潮濕環(huán)境下屬于電化學(xué)機(jī)理；干燥氣體中為化學(xué)機(jī)理。長(zhǎng)輸管道保溫層下腐蝕基本屬于上述兩種類型，具體表現(xiàn)為干腐蝕和濕腐蝕兩種：干腐蝕是指保溫層內(nèi)部與管道金屬表面直接在常溫干燥的空氣下發(fā)生的氧化腐蝕現(xiàn)象，表面生成很薄的腐蝕產(chǎn)物，使金屬失去光澤。濕腐蝕是指在潮濕管徑和含水介質(zhì)的腐蝕，絕大多數(shù)常溫腐蝕屬于這一種，其腐蝕機(jī)理為電化學(xué)腐蝕機(jī)理。

保溫層下腐蝕形態(tài)一般表現(xiàn)為：金屬表面防腐油漆層變色、失光、粉化、裂紋、發(fā)脆、鼓泡、銹蝕，金屬表面大量銹蝕產(chǎn)物，腐蝕凹坑，嚴(yán)重時(shí)造成設(shè)備穿孔。

當(dāng)管道金屬壁周圍存在著水分子時(shí)，由于水分子為強(qiáng)的極性分子，且處于不停的熱運(yùn)動(dòng)中，使處于表面邊角處的金屬原子首先受到水分子的吸引，并由勁歌遷移到表面，變成吸附原子；在雙電層電場(chǎng)的作用下，變成水化陽(yáng)離子，金屬陽(yáng)離子在晶格中的位能較高，而且它們?cè)谌芤褐械乃x子位能較低，因此金屬離子的水化過(guò)程伴隨著能量降低，是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。其存在的主要的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)方程為：

陰極反應(yīng)：O2+H2+e→OH-;

陽(yáng)極反應(yīng)：Fe-4e→Fe2+;

陰極與陽(yáng)極同時(shí)發(fā)生反應(yīng)的同時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物又相聚，致使陽(yáng)極反應(yīng)生成的Fe2+與陰極反應(yīng)生成的OH-生成此生腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2穩(wěn)定性不強(qiáng)，存在繼續(xù)在氧氣的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，最終得到腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)3和Fe3O4。其反應(yīng)方程式如下：

Fe(OH)2+H2O+O2→Fe(OH)3;

Fe(OH)2+Fe(OH)3→H2O+Fe3O4;

腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)3和Fe3O4，不能牢固附著在管道壁上，因此長(zhǎng)輸管道一旦發(fā)生了腐蝕現(xiàn)象，腐蝕就會(huì)接連持續(xù)下去。

2.易發(fā)生保溫層下腐蝕情況

保溫層下腐蝕發(fā)生在低溫部位的管道設(shè)備的保溫層下的外壁，通常發(fā)生的部位有：1、-10攝氏度到100攝氏度運(yùn)行的碳鋼材質(zhì)管道輸送系統(tǒng)中，在運(yùn)行溫度引起大氣濕氣頻繁或持續(xù)凝結(jié)和再次汽化的場(chǎng)合，外部腐蝕特別具有侵蝕性；2、100攝氏度以上，但處在間歇場(chǎng)合或經(jīng)常停運(yùn)的碳鋼材質(zhì)管輸系統(tǒng)中；3、遭受工藝淋漏物、濕氣侵入或酸蒸汽的區(qū)域和暴露于蒸汽排放口附近的區(qū)域；4、露點(diǎn)以下溫度運(yùn)行的冷設(shè)備及防腐層退化的設(shè)備。

二、保溫層下腐蝕的防護(hù)措施

1.材料表面進(jìn)行改性

對(duì)長(zhǎng)輸管道腐蝕發(fā)生面一側(cè)材料表面進(jìn)行改性和防護(hù)是當(dāng)前相對(duì)較追求的一種技術(shù)手段。目前國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都從事這方面的研究，就近幾年應(yīng)用成果來(lái)說(shuō)：較為突出的防腐技術(shù)方面表現(xiàn)在一下幾方面：（1）對(duì)碳鋼材質(zhì)，不銹鋼材質(zhì)的長(zhǎng)輸管道表面應(yīng)用了轉(zhuǎn)化膜新技術(shù)，可以大大提高抗腐蝕性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。（2）普通碳鋼材質(zhì)的管道在施工過(guò)程中控制腐蝕表面時(shí)采用了滲鋁技術(shù)，如電解式滲鋁、埋覆式滲鋁、熱浸式滲鋁等技術(shù)。（3）新型涂層技術(shù)、對(duì)長(zhǎng)輸管道進(jìn)行整體涂覆技術(shù)、防腐和抗靜電涂層技術(shù)以及雙層環(huán)氧管線等防護(hù)技術(shù)。

2.研制新型緩蝕劑

隨著近幾年緩蝕劑技術(shù)的發(fā)展，特別是具有緩蝕和阻垢的復(fù)配綠色金屬表面緩蝕劑方向，主要向著無(wú)毒無(wú)害、高效復(fù)合以及環(huán)境友好的方向發(fā)展。特別是有機(jī)緩蝕劑的研究是一個(gè)熱點(diǎn)，有機(jī)物分子在溶液或氣相中自發(fā)的吸附在固體金屬表面上所形成的緊密排列的二維有序單分子層，其厚度約零點(diǎn)幾到幾個(gè)納米，這樣致使被保護(hù)的金屬表面性質(zhì)發(fā)生很大的差異性變化，從而使環(huán)視效率大大提高，特拓寬了緩蝕劑的應(yīng)用范圍。同時(shí)，由于成膜分子在空間有序排列，這就為在二維乃至三維領(lǐng)域內(nèi)研究其物理性質(zhì)提供了節(jié)能，為進(jìn)一步探索緩蝕劑的作用機(jī)理，合成新的高效緩蝕劑提供了途徑。

結(jié)論

對(duì)長(zhǎng)輸管道腐蝕情況的分析不難看出，油氣集輸過(guò)程引起保溫層下管道腐蝕的物質(zhì)需要引起特別注意，本文對(duì)于長(zhǎng)輸管道的腐蝕機(jī)理、腐蝕過(guò)程、防護(hù)策略進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，提出了相應(yīng)的保護(hù)措施，目的就是要達(dá)到長(zhǎng)期有效的防腐作用，最大限度降低應(yīng)腐蝕帶來(lái)的成本損耗，確保油氣集輸過(guò)程中的正常生產(chǎn)運(yùn)行，提高安全確保效益。

[1]《保溫層下金屬材料腐蝕的研究現(xiàn)狀》姜瑩潔等著，腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2011年9月.

[2]《煉油設(shè)備保溫層下腐蝕與防治》饒興鶴著，腐蝕與防護(hù)，2001年8月.