油氣集輸管道腐蝕機(jī)理及預(yù)防對策分析

伍小三 劉吉祥 邰萌 王傳剛

摘要：油氣產(chǎn)品的輸送方式多采用管道，一般采用螺旋焊縫鋼管、碳素?zé)o縫鋼管及直縫電阻焊鋼管，在實際應(yīng)用過程中時常會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，腐蝕將大大縮短管道的使用年限，如發(fā)生泄漏會對生態(tài)環(huán)境造成一定程度的污染，還將直接威脅人們的生命安全。因此，對油氣管道的化學(xué)腐蝕機(jī)理和防腐蝕措施的研究十分必要。

關(guān)鍵詞：油氣管道;化學(xué)腐蝕機(jī)理;防腐措施

油氣產(chǎn)品的運輸方式多采用管道。管道在長期的使用過程中會產(chǎn)生腐蝕，對管道使用年限和運行安全造成嚴(yán)重影響。文章在對油氣管道腐蝕機(jī)理進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，介紹了幾種管道腐蝕檢測技術(shù)，提出了化學(xué)腐蝕預(yù)防措施，可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

1.油氣管道腐蝕機(jī)理

1.1化學(xué)腐蝕

油氣管道的化學(xué)腐蝕是由于金屬物質(zhì)和非電解材料產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，對金屬結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，該種腐蝕為純氧化的還原反應(yīng)，在反應(yīng)的過程中沒有形成電流。管道的化學(xué)腐蝕又可分為氣體腐蝕及非電解質(zhì)腐蝕。氣體腐蝕是指金屬物質(zhì)直接暴露在空氣當(dāng)中，和空氣中的氧氣、硫化氫和二氧化硫等接觸，在金屬材料的表層形成氧化物以及化合物。如果溫度較高，形成的金屬氧化膜速率會比較快，還會伴隨著脫碳現(xiàn)象，如果空氣中的水分比較充足，氣體的腐蝕速率會進(jìn)一步加快。非電解質(zhì)腐蝕是指在油氣物質(zhì)中含有硫化氫、二氧化硫和二氧化碳等對管道造成腐蝕的成分，如果含有水分時，該類氣體物質(zhì)會溶解在水中，對油氣管道的內(nèi)壁造成腐蝕。

1.2電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是對油氣管道造成腐蝕的主要因素，與化學(xué)腐蝕的區(qū)別在于該類腐蝕進(jìn)行時會形成原電池，會產(chǎn)生電流。由于油氣管道是鋼鐵材料制造的，具有鐵元素以及其它物質(zhì)，由于電位的不同，由于二氧化碳、二氧化硫和氯化鈉溶解在水分中，會生成濃度有差別的電解質(zhì)溶液，油氣管道和電解質(zhì)溶液在進(jìn)行接觸的過程中，會生成原電池，從而引起電化學(xué)腐蝕。鐵物質(zhì)作為陽極，其它雜質(zhì)作為電池的陰極，如果溶液的酸性較大，在陽極：Fe=Fe2++2e，F(xiàn)e2++2OH=Fe（OH）2。而在陰極：2H++2e=H2↑。之后氫氧化亞鐵就會形成還原反應(yīng)而生成氫氧化鐵，再經(jīng)過脫水之后就會形成三氧化二鐵，氫氧化鐵和三氧化二鐵為紅色鐵銹的主要成分。如果酸性條件較弱或者呈現(xiàn)出中性時，在陽極：2F=2Fe2++4e，陰極：O2+2H2O+4e=4OH-，從上式中可以看出，在電解質(zhì)溶液當(dāng)中，由于氫離子物質(zhì)的存在會導(dǎo)致油氣管道的腐蝕，如果內(nèi)部含有氧氣也會引起管道的腐蝕反應(yīng)。

2.油氣管道腐蝕檢測技術(shù)

2.1管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)

對管道的內(nèi)腐蝕進(jìn)行檢測主要是對內(nèi)壁的幾何形狀的變化情況進(jìn)行檢測和分析，如管道的壁厚情況、環(huán)焊縫密封、橢圓度和彎曲等，采用激光檢測法、漏磁通量法、電視測量法、超聲波法等進(jìn)行檢測，應(yīng)用比較廣泛的方法是超聲波法和漏磁通量法。

2.2外腐蝕檢測技術(shù)

管道的外腐蝕檢測技術(shù)是利用陰極保護(hù)的方法來實現(xiàn)的，檢測出來的參數(shù)可以用來評估油氣管道防護(hù)層的損壞情況，可以對受到腐蝕的管道進(jìn)行具體的了解。該種檢測方法可以采用管、地電位測量和管內(nèi)電流值檢測兩種方法，管地電位測量主要有直流電壓梯度法、組合電位測試法等，管內(nèi)電流檢測主要有分段管內(nèi)電流對比法、電流梯度分布法等。

3.油氣管道腐蝕預(yù)防措施

3.1油氣管道外壁涂層防腐

對油氣管道外壁進(jìn)行防腐蝕保護(hù)，多應(yīng)用防腐涂層對外壁進(jìn)行涂抹的方法。因為現(xiàn)在輸油氣管道采用單層管道，對熱油介質(zhì)進(jìn)行輸送時采用雙層管道，為了防止在管道的鋪設(shè)過程中形成負(fù)壓，在選用較大口徑單層管道的前提下，還應(yīng)對混凝土配重層進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計。在進(jìn)行油氣管道外壁防腐蝕施工時，應(yīng)利用防腐保溫層和涂層覆蓋層的雙重保護(hù)方式，特別需要引起注意的是，為了油氣管道的外腐蝕層可以應(yīng)用到多種工況條件，對涂料材質(zhì)進(jìn)行選取時，必須要保證防腐涂層具備抗彎、抗拉伸和抗變形能力，還應(yīng)該具備抗陰極剝離能力，抗?jié)B透性好，同時還可以與油氣管道進(jìn)行很好的粘合，如采用溶解環(huán)氧涂料、環(huán)氧煤瀝清涂料、煤焦油環(huán)氧涂料等。

3.2油氣管道藥劑防腐

油氣管道受到化學(xué)腐蝕的問題，可以利用化學(xué)防腐藥劑進(jìn)行有效的處理，應(yīng)用比較廣泛的藥劑有殺菌劑、緩蝕劑和降粘劑等，緩蝕劑可以依據(jù)實際的反應(yīng)原理選擇有針對性的種類，它可以在油氣管道內(nèi)表面進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，或形成沉淀吸附反應(yīng)，在內(nèi)部形成防腐保護(hù)膜，可以有效防止管道受到進(jìn)一步的腐蝕破壞，該種藥劑功能較為強(qiáng)大，具有很好的性價比。殺菌劑主要應(yīng)用在由于微生物原因造成的油氣管道腐蝕，多用于埋地管道的防腐保護(hù)。

3.3油氣管道內(nèi)壁修復(fù)防腐

為了有效避免在油氣物質(zhì)輸送時造成的管道內(nèi)壁腐蝕破壞，可以利用防腐涂料涂抹、緩蝕劑防腐和復(fù)合管道防腐等辦法。緩蝕劑可以起到有效改善管道表面腐蝕，減緩表面腐蝕的速度，可以降低管道內(nèi)部的腐蝕程度。采用復(fù)合管道防腐的辦法是用來對金屬材質(zhì)的管道腐蝕速度進(jìn)行有效的控制，經(jīng)常應(yīng)用的復(fù)合管道為玻璃鋼內(nèi)襯復(fù)合管、雙金屬復(fù)合管和陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管等，因其具備很好的防腐蝕特性，可以在不同的油氣介質(zhì)輸送條件下進(jìn)行腐蝕保護(hù)。

3.4油氣管道電保護(hù)防腐

電保護(hù)主要是向管道防腐涂層施加電流，使管道金屬從陽極變?yōu)殛帢O，達(dá)到保護(hù)管道不受到腐蝕的效果。電保護(hù)法主要有三類，即排流保護(hù)法、犧牲陰極保護(hù)法、陰極保護(hù)法?，F(xiàn)階段陰極保護(hù)法是極為常用的一種方法。立足于電化學(xué)腐蝕的原理，在腐蝕電池中陽極受到腐蝕而發(fā)生損壞，而陰極則完好無損，借助外加的直流電源，一般是陰極保護(hù)站產(chǎn)生的直流電源，致使鋼管對土壤陳勝負(fù)電位的保護(hù)法，也被叫作陰極保護(hù)法。陰極保護(hù)站直流電源的正極和接地陽極連在一起，負(fù)極和被保護(hù)的管道連在一起，外加電流從電源正極通過導(dǎo)線向接地陽極流入，直流電從接地陽極通過土壤向被保護(hù)的管道流入，再由管道通過導(dǎo)線流回負(fù)極。進(jìn)而導(dǎo)致整個被保護(hù)的管道變成陰極，而和接地陽極變成腐蝕電池，導(dǎo)致接地陽極的廢舊鋼材總是受到腐蝕。當(dāng)受保護(hù)的管道和其他多選金屬管道或構(gòu)筑物距離較近的時候，必須將陰極保護(hù)站的雜散電流對其產(chǎn)生的影響考慮到，當(dāng)這種影響超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的時候，就應(yīng)對燃?xì)夤艿篮退麄児餐碾姳Ｗo(hù)措施考慮到。因為城市的接到或街區(qū)庭院中具有很多的地下金屬管道和構(gòu)筑物，為了防止相互影響，在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中很少應(yīng)用電保護(hù)法，而只運用絕緣層防腐法，但在城市郊區(qū)的人氣管道或長輸管線上，經(jīng)常同時運用電保護(hù)法和絕緣層防腐法，以將取長補(bǔ)短的防腐效果順利實現(xiàn)。

3.5更換油氣管道材質(zhì)

油氣輸送管道可采用不銹鋼、合金材質(zhì)，該種材質(zhì)中的碳含量比較低，塑性變形能力不高，如果含碳量較高，那些管道焊接性就會變差。對多種影響因素進(jìn)行考慮，可以利用不銹、抗腐蝕的合金材料，其中碳的含量應(yīng)不高于0.15%。如果用于輸送含有二氧化碳的油氣介質(zhì)，可以采用含有鉻元素的不銹鋼管道;如果含有二氧化碳和氯離子，那些管道的腐蝕問題會較為嚴(yán)重，應(yīng)選用含有鉻、錳、鎳元素的不銹鋼管道。

4.結(jié)論與認(rèn)識

引起油氣管道腐蝕的機(jī)理主要有化學(xué)、電化學(xué)腐蝕。對于管道的內(nèi)腐蝕檢測多采用超聲波和漏磁通檢測方法，而外腐蝕檢測可以采用管內(nèi)電流和管地電位進(jìn)行測量的方法。針對不同的油氣管道腐蝕原因，應(yīng)該采取有針對性的防腐蝕措施，可以采用陰極保護(hù)、防腐涂層和更換管道材質(zhì)的方法。

參考文獻(xiàn)：

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