石油長輸管道腐蝕與防護措施

胡小光 陸海洋 吳舟

摘要：石油是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)、生活、軍事等領(lǐng)域的重要能源物資，大量的石油資源通過不同渠道運輸?shù)绞褂媚康牡兀渲泄艿肋\輸是較為穩(wěn)定和快捷的運輸方式，所以我國興建了大量的長距離輸油管道。輸油管道能夠穩(wěn)定、持續(xù)的提供原油運輸，但是管道自身的使用環(huán)境大多為地下、潮濕、腐蝕性強的環(huán)境，導(dǎo)致石油管道比其他管道更容易受到腐蝕作用，腐蝕會縮短管道的使用壽命，并且還會給管道運輸帶來安全風(fēng)險。所以需要探討石油管道受到腐蝕的影響因素，從而采取針對性的防腐蝕措施來保障石油管道的使用安全。

關(guān)鍵詞：石油長輸管道;腐蝕;防護措施

1石油長輸管道腐蝕種類

1.1化學(xué)腐蝕

石油中含有的化學(xué)物質(zhì)與金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是輸油管道內(nèi)壁發(fā)生腐蝕的重要原因。例如，原油中含有的硫化合物和水、成品油中含有的氧氣和水，都能夠與鐵原子發(fā)生反應(yīng)，生成鐵離子或氧化物，從而腐蝕管路內(nèi)壁。特別是在硫化氫和水共存的情況下，硫化氫發(fā)生解離，解離產(chǎn)物會與管道中的活潑金屬元素如鐵等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的硫化物，聚集在金屬材料晶界處產(chǎn)生應(yīng)力，進而使管道產(chǎn)生裂紋，最終發(fā)生斷裂。由于石油長輸管道敷設(shè)路徑的地質(zhì)和化學(xué)環(huán)境非常復(fù)雜，管道外壁的化學(xué)腐蝕也不容忽視。石油長輸管道的長度達數(shù)百、數(shù)千千米，服役過程中要通過各種不同的環(huán)境，接觸不同的化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)會與金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而對管道外壁發(fā)生腐蝕。如酸性條件下，氫離子會與鐵原子發(fā)生反應(yīng);二氧化碳在有水情況下生成碳酸進而和鐵原子發(fā)生反應(yīng)，碳酸根離子是硫化物應(yīng)力開裂的誘因;氧化氣氛下，鐵原子會與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鐵等。另外，管道自身加工和組裝質(zhì)量也是影響其化學(xué)穩(wěn)定性的原因，其加工過程中殘余應(yīng)力、焊接過程中不均勻加熱導(dǎo)致的應(yīng)力、組織和元素偏析，以及缺陷等，都對長輸管道的化學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

1.2電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是兩種物質(zhì)之間通過電解質(zhì)形成原電池后引起的氧化還原反應(yīng)。這種電化學(xué)反應(yīng)較化學(xué)反應(yīng)更為普遍，速度也更快，對長輸管道的破壞也更為嚴重。對于長輸管道而言，其經(jīng)過的土壤環(huán)境和大氣，都含有能電離成離子的電解質(zhì)，為形成原電池創(chuàng)造條件，特別是經(jīng)過海水、河流、湖泊等區(qū)域時，因其含有大量的無機鹽，電化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象更為顯著。管道外壁化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)力等的不均勻分布和土壤濕度、酸堿度、成分等的差異，都可以在管道表面形成原電池。如鋼中的碳化鐵、鑄鐵中的石墨等都和鐵元素的平衡電位不同，產(chǎn)生原電池。原電池的陽極反應(yīng)為輸油管路中的金屬原子失去電子，生成金屬離子;陰極反應(yīng)根據(jù)環(huán)境中的不同分為析氫和吸氧兩個過程。在一種化學(xué)物質(zhì)與（例如鑄鐵中的碳）與鐵形成原電池后，可立刻通過電解質(zhì)實現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移，生成1 個亞鐵離子帶2個單位的正電荷，并在此基礎(chǔ)上與周圍環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)生成氫氧化鐵、四氧化三鐵等，使管道迅速發(fā)生腐蝕。除了以上原因外，周圍環(huán)境中存在的雜散電流，可會導(dǎo)致以上電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。

1.3生物腐蝕

石油長輸管道通過的土壤等環(huán)境中含有大量的細菌、真菌等微生物，其對金屬管道的腐蝕也是管道損壞的原因之一，也是金屬氧化細菌、產(chǎn)酸菌、硫酸鹽還原菌、金屬還原細菌等多種菌群共同作用的復(fù)雜結(jié)果。例如，硫酸鹽還原菌群能夠在厭氧環(huán)境中將硫酸鹽還原為硫化物，并形成硫化亞鐵;某些細菌和真菌會產(chǎn)生醋酸等有機酸，對鐵基材料的腐蝕很強。某些細菌在新陳代新過程中會伴隨著金屬離子的氧化，加速管道腐蝕。

2 造成管道腐蝕的主要因素

2.1 管道所處環(huán)境

石油管道埋入地下進行石油運輸有利于提高運輸穩(wěn)定性，并且避免影響周邊居民生活和生產(chǎn)作業(yè)等，但是地下環(huán)境潮濕、腐蝕性強，很容易對管道產(chǎn)生腐蝕作用，具體對管道的影響有幾個方面：首先是土壤中的鹽分、腐蝕性元素等會直接對管道外壁產(chǎn)生腐蝕作用，土壤中的液體、氣體等也會導(dǎo)致管道外壁發(fā)生各種理化作用，進而導(dǎo)致外壁的穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)各種孔洞或者斑駁銹跡。其次是土壤中的環(huán)境相對溫濕，所以存在大量的細菌，細菌在活動的過程中會釋放出大量的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)會形成酸性環(huán)境來腐蝕管道的外壁，進而導(dǎo)致管道受到逐步的侵蝕，嚴重的甚至?xí)纬纱竺娣e的管道外壁脫落。最后就是地下各種電纜線路產(chǎn)生的電流影響，地下鋪設(shè)的電纜等會在土壤中產(chǎn)生各種雜亂的電流，這些電流會與管道外壁形成反應(yīng)，這種反應(yīng)會加速管道的腐蝕速度。

2.2 管道自身質(zhì)量

管道自身的質(zhì)量缺陷是導(dǎo)致管道腐蝕的最主要原因之一，如果能夠提升管道質(zhì)量，則能夠顯著提升管道防腐蝕效果。

2.2.1管道材質(zhì)問題

目前在石油管道中經(jīng)常使用碳素鋼，其通常呈現(xiàn)出微晶的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力較差，是造成管道出現(xiàn)腐蝕問題的主要因素之一。

2.2.2管道腐蝕防護質(zhì)量不達標

石油管道深埋地下之前都會全面的覆蓋防腐層，其目的就是確保石油運輸管道不會在潮濕、酸性大的地下持續(xù)受到腐蝕作用，避免腐蝕性環(huán)境影響管道的使用性能及壽命。但在實際的作業(yè)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)管道防腐蝕工作不按規(guī)范落實的情況，導(dǎo)致起不到真正的防腐蝕效果。并且在石油運輸過程中，間斷出現(xiàn)壓力因素也會導(dǎo)致管道壁出現(xiàn)變性甚至裂隙，這也會導(dǎo)致防腐層出現(xiàn)破損，這些破損部位就會成為最先被腐蝕的位置。所以當(dāng)前管道腐蝕的防護效果尚且不能夠滿足管道運輸?shù)男枨蟆?/p>

3腐蝕防護措施

3.1長輸管道材料的選擇與強化

減少石油長輸管道的腐蝕首先應(yīng)從管道材料選擇入手。在選擇材質(zhì)時，應(yīng)針對不同的應(yīng)用環(huán)境，選擇合適材料。在細菌菌落分布多的管線環(huán)境中，可選擇向管線材料中添加一定量的抗菌金屬元素，如銅、鋅等。在化學(xué)腐蝕性強的環(huán)境中可增加鐵基材料中鉻、鉬等耐腐蝕元素的含量，并調(diào)整材料組織結(jié)構(gòu)，提高管道耐腐蝕性能。

3.2防腐蝕層的涂覆

在長輸管道表面涂覆防腐蝕涂層，是一種提高其耐蝕能力的更為直接的方法。涂覆后的長輸管道化學(xué)穩(wěn)定性、抗生物附著性等性能均會得到有效增強。針對管道內(nèi)、外壁的腐蝕介質(zhì)不同，所采用的防腐涂層的成分也有所不同：管道內(nèi)部的腐蝕主要與輸送油品中的硫化物、水等有關(guān)，可采用耐油防腐涂料及有機涂層（乙烯、環(huán)氧樹脂）作為管道內(nèi)壁的防腐材料，不僅能夠起到防化學(xué)腐蝕作用，且具有較好的機械性能，不污染傳輸油品。另外，長輸管道的外壁腐蝕環(huán)境更為復(fù)雜，可使用油性或醇酸防銹漆與金屬漆（鋁粉或銀粉）相結(jié)合的方式進行防護。同時，使用包括環(huán)氧樹脂層、環(huán)氧煤瀝青布、煤焦油瓷漆層、玻璃絲布等絕緣材料對長輸管道進行絕緣保護，可消除電化學(xué)腐蝕和雜散電流等的影響，同時也減輕生物腐蝕帶來的影響。

3.3陰極保護的腐蝕防護策略

電化學(xué)腐蝕是最為常見的石油運輸管道腐蝕原因之一，因此采用陰極保護的方式對石油管道而言具有顯著的腐蝕防護效果。陰極保護法分為強制電流保護法以及犧牲陽極的陰極保護法兩種。強制電流保護法的原理是將待保護金屬與外接電源的負極相連接，減緩待保護金屬的陰極反應(yīng)。犧牲陽極的陰極保護法則是通過將待保護金屬與活性更強的金屬相連接，外接金屬作為陽極發(fā)生腐蝕反應(yīng)，進而對作為陰極的待保護金屬進行了保護。對于石油管道的腐蝕防護來說，犧牲陽極的陰極保護法因為其所處環(huán)境的特殊性和成本的高昂，以及具體操作流程的復(fù)雜性，使得在石油管道的腐蝕防護中對其的應(yīng)用不如強制電流保護法廣泛，大多是作為輔助措施發(fā)揮其腐蝕防護作用。例如，將鋅合金安裝在有河流通過的河岸兩側(cè)，鋅合金就會成為陽極被優(yōu)先腐蝕，對石油管道就形成了保護。

3.4對重點部位進行重點防護的腐蝕防護策略

石油管道所處的外界環(huán)境多變且復(fù)雜，容易發(fā)生腐蝕的管道部位也會因外界環(huán)境的不同而有所不同。因此在進行對石油管道的腐蝕防護工作時，針對特定環(huán)境中石油管道容易發(fā)生腐蝕的重點部位，要對其進行重點的防護，比如對于管道的彎頭等部位要經(jīng)常通過噴鈾防止其發(fā)生腐蝕。

結(jié)語

各種石油管道運輸工程在石油資源運輸中發(fā)揮著非常重要的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)管道腐蝕問題，不僅會對運輸造成非常大的影響，還容易造成各種事故的發(fā)生，應(yīng)根據(jù)腐蝕的類型，及時采取一些防腐技術(shù)，提高管道的防腐能力。

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