石油天然氣管道的防腐保護(hù)

史大源 羅霄 朱蕾 劉白楊

作者簡(jiǎn)介：史大源（1986—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)楣艿狸帢O保護(hù)及電氣自動(dòng)化.

摘要：社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展加大了對(duì)石油和天然氣的使用需求，同時(shí)，在我國(guó)能源、化工行業(yè)持續(xù)發(fā)展背景下，使得社會(huì)范圍內(nèi)對(duì)石油、天然氣的進(jìn)口需求也在不斷擴(kuò)大。在石油、天然氣進(jìn)口數(shù)量日益增多的背景下，人們對(duì)石油、天然氣管道的防腐蝕工作也提出了更高的要求?；诖耍疚脑陉U述石油天燃?xì)夤艿婪栏g類型的基礎(chǔ)上，結(jié)合石油天然氣管道腐蝕原理和發(fā)展現(xiàn)狀，就如何優(yōu)化石油天然氣管道防腐蝕管理進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：石油;天然氣;管道;腐蝕機(jī)理;防腐蝕

中圖分類號(hào)：TE988.2

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-5190

Abstract：The progress and development of society has increased the demand for oil and natural gas. At the same time， under the background of the sustainable development of China's energy and chemical industry， the import demand for oil and natural gas is also expanding. With the increasing number of oil and natural gas imports， people also put forward higher requirements for the anti-corrosion of oil and natural gas pipelines. Therefore， on the basis of expounding the anti-corrosion types of oil and gas pipelines， combined with the corrosion principle and development status of oil and gas pipelines， this paper explores how to optimize the anti-corrosion management of oil and gas pipelines.

Key Words： Petroleum; natural gas; The Conduit; Corrosion mechanism; Corrosion protection

1 石油天然氣管道腐蝕機(jī)理和腐蝕現(xiàn)狀

1.1 機(jī)理

按照石油天然氣管道的腐蝕反應(yīng)原理來(lái)說(shuō)，石油天然氣管道的腐蝕包含化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、生物化學(xué)腐蝕，化學(xué)腐蝕是土壤、空氣、管道中各類化學(xué)介質(zhì)和金屬接觸產(chǎn)生引起的，在物質(zhì)的接觸下不會(huì)出現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。在出現(xiàn)化學(xué)腐蝕的時(shí)候，整個(gè)管道金屬表面的流失會(huì)呈現(xiàn)出均勻的狀態(tài)。一般情況下，石油天然氣的電化學(xué)腐蝕是金屬在電解質(zhì)中所出現(xiàn)的電流流動(dòng)腐蝕一，即表現(xiàn)為金屬在電解質(zhì)溶液中出現(xiàn)的溶解。石油天然氣生物化學(xué)腐蝕體現(xiàn)在細(xì)菌腐蝕，在細(xì)菌活動(dòng)的作用下會(huì)加速金屬表面的腐蝕[1]。

1.2 腐蝕現(xiàn)狀

石油天然氣管道的流經(jīng)途徑經(jīng)歷了從油氣供應(yīng)點(diǎn)到油氣場(chǎng)所的變化，在這個(gè)期間，管道所處的環(huán)境是多樣的，輸送的介質(zhì)類型也比較多，這些介質(zhì)包含了大量的腐蝕性氣體和水，最終會(huì)對(duì)輸氣管道帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕。大慶油田每年因?yàn)楦g需要護(hù)理和防護(hù)的管道有700km，天津燃?xì)夤芫€長(zhǎng)38km，管道在被腐蝕之后被更換多次。當(dāng)前，城市石油天然氣管道的設(shè)計(jì)趨向于使用無(wú)腐蝕的塑料管，但是塑料管的承受壓力較低，特別是在低溫的環(huán)境下，管道的抗拉強(qiáng)度會(huì)被降低。

2 石油天然氣管道防腐蝕及管道腐蝕的分類

石油天燃?xì)夤艿婪栏饕侵笧榱四軌驕p緩或者防范管道在內(nèi)外介質(zhì)化學(xué)、電化學(xué)、生物代謝作用下出現(xiàn)的腐蝕和變質(zhì)所采取的措施，通過(guò)采取這樣的措施能夠避免管道遭受空氣、土壤、輸送介質(zhì)的干擾[2]。

3 天然氣油氣管道防腐蝕的重要性分析

在天然氣、油氣管道運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，受其所處土壤環(huán)境的復(fù)雜，管道流通過(guò)程中所經(jīng)歷的物質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性，各個(gè)類型的腐蝕材質(zhì)都會(huì)對(duì)管道的內(nèi)外部管壁產(chǎn)生腐蝕。在管道遭受腐蝕之后就會(huì)出現(xiàn)穿孔的情況，這種情況的出現(xiàn)不僅會(huì)導(dǎo)致天然氣和石油管道出現(xiàn)泄漏，最終導(dǎo)致管道材料被中斷傳輸，周圍的環(huán)境也會(huì)被污染。我國(guó)天然氣管道的鋪設(shè)長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，在經(jīng)過(guò)地形這類不利背景的時(shí)候就需要進(jìn)一步加強(qiáng)長(zhǎng)輸管道的防腐蝕工作，通過(guò)對(duì)管道采取必要的防護(hù)處理能夠有效延長(zhǎng)管道被腐蝕而出現(xiàn)損壞的時(shí)間，保證天然氣管道運(yùn)輸?shù)挠行訹3]。

4 天然氣油氣管道防腐蝕的工藝流程和材料選定

4.1 工藝流程

天然氣油氣管道防腐蝕的基本流程如下：在進(jìn)行天然氣油氣管道腐蝕的時(shí)候需要提前進(jìn)行必要的基面處理，在調(diào)配涂料之后直接在上面涂抹油漆，在材料噴漆之后進(jìn)行管道的養(yǎng)護(hù)。

4.2材料的選定

在天然氣油氣管道防腐蝕處理的時(shí)候需要根據(jù)主體管道防腐蝕層材料的不同來(lái)做出相應(yīng)的選擇。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)范圍內(nèi)常見(jiàn)的管道防腐蝕材料包含3層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)和單層粉末環(huán)氧。

3層PE熱縮材料具備良好的防腐蝕性能，材料使用過(guò)程中也會(huì)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和防水性能，質(zhì)量穩(wěn)定，所適合應(yīng)用的管道類型較多，在使用的時(shí)候還不會(huì)污染環(huán)境。PE材料的吸收率較低，環(huán)氧強(qiáng)度較高，在使用的時(shí)候會(huì)顯示出較強(qiáng)的防腐蝕可靠性。但是在實(shí)際應(yīng)用中，PE材料的缺點(diǎn)是和其他補(bǔ)口材料成本相比需要消耗比較多的費(fèi)用。與同種類型的材料防腐管體熔結(jié)相比，單層粉末環(huán)氧防腐蝕采取的是靜電噴涂的方式，由此會(huì)顯示出良好的管體熔結(jié)好、粘接力強(qiáng)的屬性[4]。

5 天然氣油氣管道防腐蝕方法技術(shù)

5.1 涂層防腐蝕

5.1.1 防腐蝕涂層

第一，外部防腐蝕涂層。根據(jù)管道材料的外部屬性和特點(diǎn)來(lái)采取必要的防腐蝕處理，從而使得管道材料能夠滿足天然氣、油氣資源的運(yùn)輸需要。第二，內(nèi)壁防腐蝕涂層。為了能夠防范天然氣油氣管道的內(nèi)部腐蝕，降低管道內(nèi)部的摩擦阻力，可以通過(guò)在管道內(nèi)部涂抹防腐層的方式來(lái)增強(qiáng)管道內(nèi)部的厚度。管道內(nèi)部防腐蝕層常用的涂料包含聚酰胺環(huán)氧樹(shù)脂、固化環(huán)氧樹(shù)脂。在選擇材料之后wield能夠確保涂層和管壁的密切粘結(jié)，需要采取積極的措施對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行處理，常用的方法是內(nèi)外部聯(lián)合防腐處理。第三，防腐蝕保溫涂抹層。在中小口徑的熱輸原油或者燃料管道上，為了能夠減少管道向土壤中的散熱，可以在管道的外部添加保溫復(fù)合層和防腐蝕復(fù)合層。這些防腐蝕層的材料可以是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，通過(guò)使用這種材質(zhì)松軟的材料能夠打造出復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，從而有效防范地下水進(jìn)入到管道內(nèi)部[5-6]。

5.1.2 復(fù)合涂層

在石油天然氣管道防腐蝕處理工作中常用的新建埋地管道防腐蝕涂層包含復(fù)合涂層、環(huán)氧粉末。在具體實(shí)施操作的時(shí)候，由于煤焦油瓷漆和石油瀝青的污染較少，因而還能夠被人們應(yīng)用到老管道修復(fù)工作中。

通過(guò)簡(jiǎn)單的物理疊合、化學(xué)粘結(jié)方式來(lái)將各類具有特點(diǎn)的單一涂層連接在一起，由此打造出綜合性能良好的涂層系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中包含2層聚乙烯、2層聚丙烯、3層聚乙烯、3層聚丙烯。

5.1.3 3層聚乙烯、聚丙烯涂層

石油天然氣管道防腐蝕處理工作中常用的3層系統(tǒng)是復(fù)合涂層，具體由環(huán)氧粉末底層、粘結(jié)劑中間層、聚烯烴外護(hù)層共同組成。組合形成的材料會(huì)具備更為理想的防腐蝕性能、粘結(jié)性能和抗?jié)B漏性能，在材料的綜合使用下會(huì)形成性能良好的涂層，之后適合應(yīng)用在各類敷設(shè)環(huán)境比較復(fù)雜的石油天然氣管道中。在具體使用的過(guò)程中，3層涂層的使用缺點(diǎn)是施工工藝操作比較繁瑣，在焊接處理不恰當(dāng)?shù)那闆r下會(huì)出現(xiàn)空鼓。涂層在失去自身粘結(jié)性之后會(huì)實(shí)現(xiàn)層間分離，高度絕緣的聚乙烯外保護(hù)層會(huì)自動(dòng)屏蔽陰極保護(hù)電流。

5.1.4 環(huán)氧粉末涂層

環(huán)氧粉末具體由固態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑等多個(gè)類型的助劑經(jīng)過(guò)混合加工形成。在我國(guó)石油天然氣管道中應(yīng)用最為廣泛的涂層就是環(huán)氧粉末涂層，這個(gè)涂層一般會(huì)作為復(fù)合涂層的底層被人們廣泛應(yīng)用、熔結(jié)環(huán)氧粉末是一次成膜涂層，對(duì)鋼鐵材料會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的粘結(jié)、抗剝離屬性。熔結(jié)環(huán)氧粉末在使用的時(shí)候會(huì)一次加工完成，對(duì)很多土壤都會(huì)顯示出較強(qiáng)的適用性，特別是在高溫的環(huán)境下會(huì)顯示出更為理想的吸水率。

5.1.5 液體聚氯脂涂層

液體聚氯脂涂料被人們廣泛地應(yīng)用到管道的涂層修復(fù)中，經(jīng)過(guò)一系列的修復(fù)處理會(huì)使得管道達(dá)到理想的厚度，即將石油天然氣管道的厚度控制在1～1.5mm，在具體加工操作的時(shí)候可以被應(yīng)用在溫度在80℃的管道中。無(wú)溶劑聚氯脂涂料能夠在短短的幾分鐘就能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢员挥|摸的干度，在幾個(gè)小時(shí)之后就能夠完全固化。液體聚氯脂涂層還具備良好的抗磨損和抗土壤能力，在和其他材料配合使用的時(shí)候顯示出良好的粘結(jié)屬性，且在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)陰極保護(hù)電流的要求較低。

5.2 犧牲陽(yáng)極法

犧牲陽(yáng)極法主要是指使用比被保護(hù)金屬電機(jī)電位更負(fù)的金屬及被保護(hù)的金屬連接在一起，這兩個(gè)金屬會(huì)在電解液中形成一個(gè)原電池。電位處于負(fù)狀態(tài)的金屬會(huì)成為陽(yáng)極，在輸出電流的過(guò)程中不斷被消耗。被保護(hù)的管道金屬會(huì)成為陰極，在變成陰極之后就不會(huì)再被腐蝕，因此可以被稱作是金屬的犧牲陽(yáng)極。地下管道一般會(huì)使用犧牲陽(yáng)極來(lái)作為保護(hù)，在這個(gè)期間影響保護(hù)因素的是陽(yáng)極發(fā)生電流數(shù)量、陽(yáng)極的數(shù)量及保護(hù)長(zhǎng)度。

5.3 緩蝕劑保護(hù)

緩蝕劑防護(hù)主要是指在腐蝕環(huán)境中通過(guò)使用少量且能夠減緩金屬腐蝕速度的物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣管道的保護(hù)。緩蝕劑具有使用操作方便、投資少、效果良好的屬性，因而被人們廣泛地應(yīng)用到天然氣油氣管道施工中。在具體實(shí)施操作上，緩蝕劑是通過(guò)緩蝕劑分子上極性基團(tuán)的物理、化學(xué)吸附作用來(lái)吸收燃?xì)夤艿纼?nèi)部的污染物，清潔金屬管道的表面。

5.4 陰極保護(hù)

陰極保護(hù)早在20世紀(jì)30年代就被人們應(yīng)用到石油天然氣管道中，在20世紀(jì)50年代這項(xiàng)防腐蝕技術(shù)發(fā)展成熟。發(fā)展至今，陰極保護(hù)技術(shù)在石油天然氣管道中的應(yīng)用已經(jīng)擁有50多年的發(fā)展歷史。對(duì)埋地管道的陰極保護(hù)是一種管道保護(hù)的附加保護(hù)方式，在實(shí)施操作的時(shí)候會(huì)為管體金屬提供防腐蝕保護(hù)支持。為了能夠達(dá)到理想化的保護(hù)效果，有很多石油天然氣管道還會(huì)額外使用外加電流陰極保護(hù)方式，個(gè)別石油天然氣管道使用了犧牲陽(yáng)極的保護(hù)方式。

6 天然氣油氣管道的防腐管理

6.1 按照科學(xué)的要求篩選鋼管材料和加工工藝

在進(jìn)行天然氣油氣管道生產(chǎn)加工的時(shí)候需要相關(guān)人員就管道所在的環(huán)境進(jìn)行調(diào)查研究，根據(jù)管道的使用環(huán)境來(lái)選擇適合的天然氣油氣管道加工材料。在管道材料的選擇上一方面需要著重從鋼材材料篩選角度入手積極選擇一些耐腐蝕性良好的鋼制材料。

6.2 結(jié)合管道使用環(huán)境選擇適合的防腐蝕工藝

天然氣石油管道是在地下運(yùn)行的，因此想要保證油氣管道具備良好的防腐蝕效果，需要立足社會(huì)環(huán)以及管道運(yùn)行環(huán)境來(lái)選擇適合的防腐蝕工藝。一方面，根據(jù)油氣管道出現(xiàn)腐蝕的原因來(lái)對(duì)管道內(nèi)外壁實(shí)施防腐涂層保護(hù)。在防腐涂層的支持下來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管內(nèi)外壁的保護(hù)，提升鋼管的耐腐蝕性能，延長(zhǎng)管道的使用壽命。另一方面，需要根據(jù)管道的屬性來(lái)選擇適合的涂層工藝，常見(jiàn)的土層工藝包含煤焦油瓷漆、PE 2層結(jié)構(gòu)、PE 3層結(jié)構(gòu)、熔結(jié)環(huán)氧粉末等。

6.3 強(qiáng)化對(duì)油氣管道應(yīng)力的控制

為了能夠減少應(yīng)力腐蝕對(duì)整個(gè)天然氣油氣管道的運(yùn)行干擾，在設(shè)計(jì)管道的過(guò)程中還需要充分考慮天然氣輸送過(guò)程中不同應(yīng)力對(duì)油氣管道的干擾，將油氣管道的應(yīng)力控制在適合的范圍內(nèi)，有效提升管道對(duì)應(yīng)力的承受能力。

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