防腐涂料在石油天然氣管道中的應(yīng)用探討

黃漢奇

（大慶油田天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

目前，天然氣是我國重要的礦產(chǎn)能源，在我國有著極為廣泛的應(yīng)用空間。天然氣資源在開采后均會進(jìn)行脫水脫硫處理，以求提高能源使用的環(huán)保性以及降低其對管線設(shè)備造成的腐蝕。但在尤其儲運(yùn)的過程中，工況條件復(fù)雜多變，天然氣管線仍存在不同程度的腐蝕。造成管線腐蝕的原因較多，但多數(shù)是因?yàn)榱蚧瘹?、二氧化碳和水。根?jù)不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，全球每年因天然氣管線泄露造成的直接經(jīng)濟(jì)損失總價格超過10000億美元，是地震、水災(zāi)、臺風(fēng)等自然災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)損失的6倍。其中石油天然氣企業(yè)受到的損失最為嚴(yán)重。除因管線泄露造成的直接經(jīng)濟(jì)損失外，還存在因斷線、效率下降等問題造成的間接經(jīng)濟(jì)損失。因此管線防腐是各個國家都在致力研究的科研內(nèi)容之一。目前防腐涂層是最經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用最為普遍的方法之一。

1 石油天然氣管道腐蝕的原因分析

管線腐蝕現(xiàn)象的本質(zhì)原因，是管線中金屬的組成部分，在環(huán)境因素的影響下，逐步轉(zhuǎn)化為低能量的氧化物，這是一個電化學(xué)的過程。

1.1 管道外腐蝕

1.1.1 土壤腐蝕

天然氣管線一般長埋地下，因土壤造成的腐蝕是管線腐蝕發(fā)生的主要原因之一，土壤中存在許多容易造成管線腐蝕的物質(zhì)，如水、硫、容易在水中電離的鹽類物質(zhì)等等[1]。會逐步對管線產(chǎn)生化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕。

1.1.2 微生物腐蝕

在土壤中生存的厭氧型細(xì)菌也對管線存在的一定的腐蝕作用，微生物腐蝕特點(diǎn)十分鮮明，均為點(diǎn)狀的局部腐蝕，目前已知對管線存在腐蝕作用的微生物種類較多，主要包括鐵細(xì)菌、硝化菌、霉菌、真菌以及硫酸鹽還原菌[2]。

1.1.3 雜散電流腐蝕

受多種原因決定，土壤中會存在一定的電流，而管線多為導(dǎo)電金屬鑄造， 容易在電流的作用下形成腐蝕。此類腐蝕現(xiàn)象外防腐措施作用效果較低，一般需求采用電器化鐵道、陰極保護(hù)、交直流高壓輸電系統(tǒng)接地等措施進(jìn)行防護(hù)和規(guī)避。

1.2 管道內(nèi)腐蝕

一般情況下處于干燥狀態(tài)下硫化氫對金屬材料沒有直接的腐蝕能力，但硫化氫在溶于水后，硫化氫會迅速發(fā)生電離，電離釋放出的氫離子會在陰級位置吸收電子，導(dǎo)致出現(xiàn)陽極鐵溶的現(xiàn)象發(fā)生，最終導(dǎo)致管線腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

2 石油天然氣管道防腐涂料

2.1 地上管道外壁用防腐涂料

管道外壁用防腐涂料是目前最常見的管線防腐措施之一，防腐涂料可以有效隔絕太陽光照、溫差變化、雨水、腐蝕性氣體等對管線的直接腐蝕作用，延緩管線外腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生進(jìn)程。這就要求外防腐涂層需要具備耐水性、耐化學(xué)腐蝕性、絕緣性以及一定的物理強(qiáng)度。目前天然氣管線的外防腐涂層一般采用多層結(jié)構(gòu)，最底層為富鋅底漆或環(huán)氧云底漆，然后根據(jù)實(shí)際的防腐需要在底漆上噴涂多層的醇酸鋁粉面漆涂料，起到絕緣、防水、防腐的作用。近年來我國又逐步研發(fā)了如含氯聚合物、丙烯酸、聚氨酯等新型面漆[3]。

2.2 地下管道外壁用防腐涂料

地下敷設(shè)的天然氣管道需要面臨比地上管道更為嚴(yán)峻惡劣的腐蝕環(huán)境，不僅長期處于高溫高壓的環(huán)境中，要需要面對土壤中存在的水、酸、堿、鹽以及微生物等物質(zhì)產(chǎn)生的腐蝕作用，同時要與陰極保護(hù)等防腐蝕技術(shù)具有較高的兼容性，也要具有一定的耐剝落強(qiáng)度，抵抗地下植物根系的穿透以及其他的應(yīng)力破壞。目前我國應(yīng)用于生產(chǎn)中的天然氣管線防腐涂層種類較多，不同的涂層材料有著不同優(yōu)缺點(diǎn)以及使用范圍。例如，最早出現(xiàn)的煤油磁漆，具有極高的使用穩(wěn)定性以及鋼附著力，可以在地下環(huán)境下長期使用，使用壽命極強(qiáng)，同時漏電敏感性較低，具有良好的陰極剝落性。但由于材料過于老舊，同時生產(chǎn)和使用過程存在一定的環(huán)境污染與人身健康威脅，因此目前生產(chǎn)廠家以及施工隊(duì)伍數(shù)量極少，處于淘汰邊緣。工廠預(yù)制膠帶涂層，該涂層屬于定制性涂層之一，由工廠根據(jù)實(shí)際的使用參數(shù)進(jìn)行定制，因此具有極高的安裝便捷度，漏電敏感性也十分優(yōu)秀，并具有良好的鋼附著能力，但對運(yùn)輸、安裝以及存儲要求極為苛刻，容易因溫度以及紫外線問題產(chǎn)生鼓包的現(xiàn)象，影響使用效果，同時對陰極保護(hù)技術(shù)存在屏蔽作用，這也是限制其應(yīng)用范圍的主要缺陷。瀝青粘合劑加獅子頭擠壓聚烯烴涂層。該涂層技術(shù)是我國1956年引入的技術(shù)之一，并逐步完善推廣應(yīng)用。該涂層施工簡單方便，在生產(chǎn)以及施工的過程中對周邊環(huán)境以及操作人員的健康沒有影響，但對鋼附著力小，使用壽命短，同時在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，此類涂料在外力作用下容易發(fā)生撕裂現(xiàn)象。

烯基粘合劑雙側(cè)向擠壓聚烯烴涂層，該涂層材料是目前綜合使用效果最好的涂層材料之一，幾乎涵蓋上述涂層材料的所有優(yōu)點(diǎn)，同時還具備優(yōu)良的陰極剝離能力，但在使用中發(fā)現(xiàn)，在達(dá)到使用年限需要替換防腐涂層時，該涂層材料剝除難度極高，需要大量的人力以及時間測成本，同時在剝除過程中可能對管線造成損傷。多層環(huán)氧涂層，該涂層材料是目前防腐性能的最強(qiáng)的涂層材料之一，是已知涂層材料中抗沖擊能力最強(qiáng)，耐磨性最高的材料，此外該材料還具備優(yōu)秀的碳?xì)浠衔锏哪褪苄砸约白畹偷年帢O保護(hù)電流密度，但目前此類涂料的施工難度較高，具備施工資格的隊(duì)伍數(shù)量仍較少，初期成本也相對較高，對施工環(huán)境以及管線參數(shù)也有著苛刻的要求。

2.3 管道外壁防腐涂料的要求

為了滿足管線在實(shí)際使用過程中的防腐需求，管線外壁使用的防腐涂料應(yīng)具備如下特點(diǎn)，首先涂料應(yīng)具備足夠抗剝落強(qiáng)度，以及鋼附著力，確保使用穩(wěn)定性以及使用壽命。其次，涂料應(yīng)易于施工，并具備絕緣的特性，也對搬運(yùn)和安裝過程中可能產(chǎn)生的機(jī)械損傷有一定的抗性。