石油化工工藝管道的腐蝕及防護(hù)技術(shù)應(yīng)用

張建川，范詩(shī)剛(中國(guó)石油天然氣管道第二工程有限公司，江蘇 徐州 221008)

1 石油化工企業(yè)工藝管道腐蝕的原理

腐蝕現(xiàn)象是指金屬物質(zhì)在海水、土壤或者大氣之中受到一些因素的影響出現(xiàn)物理溶解、化學(xué)變化等反應(yīng)并被破壞的一種現(xiàn)象?；瘜W(xué)腐蝕是指金屬表面與周圍的影響介質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，從而出現(xiàn)腐蝕的情況。電化腐蝕的現(xiàn)象是因電流引起的金屬腐蝕問(wèn)題[1]。目前，我國(guó)石油化工企業(yè)在生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)期間所選用的工藝管道一般都是以金屬材質(zhì)為主，以電學(xué)規(guī)律作為指導(dǎo)理論分析來(lái)看，當(dāng)前工藝管道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象也是常見(jiàn)的自然現(xiàn)象。通常情況下，形成腐蝕的條件主要有三：其一，兩極處存在著具有電勢(shì)差的陰陽(yáng)兩極；其二，其中一個(gè)導(dǎo)電回路不僅連著陰極，還連著陽(yáng)極；其三，陰陽(yáng)兩極都處于導(dǎo)電介質(zhì)之中。從電學(xué)理論來(lái)看，電流是從陽(yáng)極流向陰極的，所以陽(yáng)極表面的金屬性原子在脫落之后會(huì)形成正電離子，并進(jìn)入到電解液之中。此時(shí)金屬處于電解液之中，必然會(huì)出現(xiàn)腐蝕的情況，且不同類型的金屬材料在金屬流失量上也存在著一定的差異。工藝管道發(fā)生腐蝕情況后，必然會(huì)影響管道性能，這對(duì)于油氣的運(yùn)輸來(lái)說(shuō)則是一個(gè)隱患。

2 石油化工管道腐蝕的影響因素

2.1 管道鋪設(shè)的環(huán)境因素

石油化工產(chǎn)業(yè)鋪設(shè)的工藝管道通常被埋藏在較深的地層下，極易受到各種外部因素和內(nèi)部因素帶來(lái)的影響，導(dǎo)致嚴(yán)重的銹蝕。從環(huán)境影響因素來(lái)看，土壤、細(xì)菌以及四處飄散的電流等，均是會(huì)引起工藝管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕的重要因素[2]。土壤這種因素的實(shí)質(zhì)是由固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等多種元素所構(gòu)成的一種膠質(zhì)體物質(zhì)，且土壤有著毛細(xì)管多孔性的特點(diǎn)。而空氣和水則是停留在土壤縫隙這種的主要填充物質(zhì)，且水中會(huì)含有一定的鹽分，當(dāng)這些鹽分在一定的條件之下會(huì)產(chǎn)生離子，從而具備導(dǎo)電的性能。除此之外，土壤本身的物理性質(zhì)或者化學(xué)性質(zhì)都不是很穩(wěn)定，再加上金屬材料具有的化學(xué)性質(zhì)尤為分散，確實(shí)讓石油化工企業(yè)鋪設(shè)的工藝管道長(zhǎng)期處在一個(gè)較為惡劣的有著較高電化學(xué)腐蝕條件的環(huán)境下，同樣會(huì)受到土壤帶來(lái)的影響，出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。其次，對(duì)于某些有著較多雜質(zhì)的土壤來(lái)說(shuō)，極易出現(xiàn)大量的細(xì)菌，致使管道受到明顯的腐蝕侵襲。例如，土壤若是嚴(yán)重缺乏氧氣，就會(huì)慢慢形成硫酸鹽還原菌，并逐漸侵蝕到管道內(nèi)部，引發(fā)管道腐蝕等問(wèn)題，然后產(chǎn)生某種程度的電極反應(yīng)，硫酸鹽、硫化氫和鐵產(chǎn)生一定的作用，管道受到嚴(yán)重的腐蝕。最后，雜散電流是導(dǎo)致所有工藝管道出現(xiàn)腐蝕情況的另外一個(gè)關(guān)鍵因素。滯留雜散電流、其余的交流雜散電流等都屬于雜散電流的主要構(gòu)成部分，當(dāng)這些電流出現(xiàn)在工藝管道附近，必然會(huì)引起較為嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。

2.2 管道防護(hù)效果的因素

管道所具有的防腐蝕性能決定著其將來(lái)的腐蝕程度。對(duì)如今的管道防護(hù)方式進(jìn)行分析可知，通常會(huì)應(yīng)用到兩種合理有效的方案：其一是防腐蝕覆蓋層的安裝和鋪設(shè)；另外一個(gè)則是陰極保護(hù)工作。簡(jiǎn)而言之，就是在整個(gè)管道的最外層做好電流添加處理。在管道表面鋪設(shè)防腐蝕覆蓋層，最為主要的目的就是把管道完整地覆蓋在施工現(xiàn)場(chǎng)，避免管道受到任何的影響和侵襲，盡量和管道保持著高度的緊貼狀態(tài)，防止陰保死區(qū)和陰極產(chǎn)生明顯的剝離情況。若是某些管道存在著嚴(yán)重的陰極剝離問(wèn)題，那么就應(yīng)該對(duì)管道最外側(cè)的電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)做好合理的調(diào)整，如此就能夠更好保護(hù)管道，避免其出現(xiàn)任何的腐蝕情況。

2.3 管道材料和制造工藝的因素

管道本身的材質(zhì)和其生產(chǎn)方式是導(dǎo)致管道存在腐蝕問(wèn)題的主要影響因素之一，如今國(guó)內(nèi)大多數(shù)石油化工產(chǎn)業(yè)所采購(gòu)的管道都屬于鋼材質(zhì)，但鋼材本身的化學(xué)成分或者是微量元素，則會(huì)導(dǎo)致管道極易出現(xiàn)腐蝕。除此之外，若是管道所應(yīng)用的鋼材微晶細(xì)度并未達(dá)到相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，那么晶粒周圍會(huì)產(chǎn)生各種各樣的裂紋，讓管道出現(xiàn)嚴(yán)重的開(kāi)裂情況。除此之外，在生產(chǎn)管道的時(shí)候，若是生產(chǎn)流程并不是很細(xì)致和完善，管道表面存在著較多的問(wèn)題和缺陷，那么在管道應(yīng)用的環(huán)節(jié)中，同樣會(huì)出現(xiàn)明顯的腐蝕。

2.4 管道的使用應(yīng)力因素

在對(duì)管道進(jìn)行應(yīng)用的環(huán)節(jié)中，管道承受的輸送壓力或者是其出現(xiàn)的壓力波動(dòng)，是管道由于使用應(yīng)力而出現(xiàn)開(kāi)裂或者是腐蝕情況的關(guān)鍵因素。若是承受的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，那么管道管壁的應(yīng)力必定會(huì)不斷地增加，導(dǎo)致管道逐漸產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫，出現(xiàn)明顯的腐蝕問(wèn)題。除此之外，壓力出現(xiàn)循環(huán)性波動(dòng)，同樣會(huì)讓關(guān)閉裂紋向周圍擴(kuò)展，導(dǎo)致管道受到不良影響，進(jìn)而產(chǎn)生明顯的腐蝕情況。

3 石油化工管道腐蝕的防護(hù)措施

3.1 選擇耐腐蝕性強(qiáng)的管材

目前，針對(duì)石油化工企業(yè)工藝管道腐蝕這一情況，為了在根本上杜絕腐蝕現(xiàn)象的發(fā)展，則需要從管材的選擇上著手，這也是在本源上控制工藝管道腐蝕速度的有效舉措。從現(xiàn)階段石油化工企業(yè)對(duì)工藝管道的選材來(lái)看，通常情況下選用的耐腐蝕性材料主要有兩種，即不銹鋼和合金材料[3]。在日常較為常見(jiàn)的耐腐蝕性材料還有非金屬材料，如：塑料、陶瓷、塑膠一類材料，在這一類材料之中，塑料這種管材具有極強(qiáng)的抗腐蝕性，且其制造成本不高，所以有著良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)?；て髽I(yè)必須立足具體的情況選擇耐腐蝕性管材，以此在根源上杜絕腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。由于金屬管材的特殊性質(zhì)決定了容易發(fā)生腐蝕的性質(zhì)，當(dāng)前為了改善此種情況，企業(yè)可以在工藝管道施工期間選用防腐性強(qiáng)的管材。如采用耐蝕性合金鋼管材、玻璃鋼管材、塑料管材等，此類型的材料憑借耐腐蝕性的優(yōu)勢(shì)成為了最佳的選擇。且該種類型的管材能夠利用自身的耐腐蝕性來(lái)抵抗二氧化碳的腐蝕，盡管應(yīng)用此種管材需要在前期投入的較多，但在后續(xù)使用期間配套的防腐措施簡(jiǎn)單，防腐效果良好。

3.2 應(yīng)用外涂層技術(shù)來(lái)防腐

目前，針對(duì)工藝管道存在的腐蝕現(xiàn)象，在油氣管道的表面上輻射相應(yīng)的外涂層，既可以避免管道外表面的腐蝕，還能夠延長(zhǎng)工藝管道的使用期限。從外涂層技術(shù)的應(yīng)用原理分析來(lái)看，在管材的外表增加一層涂層之后，這就意味著管材的表面與外面的自然環(huán)境處于隔離的狀態(tài)之下，管材自然不會(huì)接觸到外界的自然環(huán)境，就不會(huì)被土壤、空氣中的腐蝕介質(zhì)所影響。從外涂層技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，若是力學(xué)性能偏強(qiáng)的話，便可以將管道在土壤之中發(fā)生的細(xì)微移動(dòng)抵消了，特別是在溫差變化偏大的時(shí)候，管材的外涂層也不會(huì)被熱脹冷縮現(xiàn)象影響，自然不會(huì)出現(xiàn)脫落的情況。另外，當(dāng)前工藝管道外涂層的材料具有極強(qiáng)的耐腐蝕性，可以很好地將管道與微生物、酸堿物質(zhì)、大氣等進(jìn)行隔離，使得管道處于隔絕的狀態(tài)。此外，當(dāng)前石油化工企業(yè)所選用的外涂層材料有著經(jīng)濟(jì)實(shí)用、厚度適中等優(yōu)勢(shì)，在工藝管道應(yīng)用時(shí)，可以將此種類型的涂層材料以大規(guī)模的形式應(yīng)用到工藝管道防腐工作之中，從而保障工藝管道的功能性，降低腐蝕現(xiàn)象對(duì)管道性能的影響，保障油氣資源運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

3.3 合理采用陰極防護(hù)措施

目前，從石油化工企業(yè)對(duì)工藝管道防腐工作采取的措施分析來(lái)看，其中選用的陰極措施是指已經(jīng)鋪設(shè)在地下的某些管道的涂層被破壞掉需要采取的一種措施，可以說(shuō)當(dāng)前采用的這種措施是一種附加的保護(hù)措施。目前，在工藝管道防腐工作中，該種保護(hù)措施主要是針對(duì)已經(jīng)被腐蝕的管道，且具有良好的保護(hù)效果。目前，很多的石油化工企業(yè)在工藝管道維護(hù)方面，會(huì)選擇在工藝管道之中添加一定的電流的陰極保護(hù)措施，以此來(lái)提升工藝管道的耐腐蝕性，甚至一些企業(yè)會(huì)以犧牲陽(yáng)極的方式來(lái)對(duì)陰極進(jìn)行保護(hù)。同其他保護(hù)措施相比，此種保護(hù)措施的施工難度不高，且安裝操作的作業(yè)量不大，所以并不會(huì)對(duì)管道周邊的金屬建筑帶來(lái)消極的影響，可以說(shuō)陰極防護(hù)措施的應(yīng)用價(jià)值還是比較高的。

3.4 選用聚乙烯膠帶防腐層

聚乙烯是乙烯經(jīng)過(guò)聚合后形成的一種熱塑性樹(shù)脂，該種材料有著無(wú)毒無(wú)味的特點(diǎn)，外表與人們常見(jiàn)的蠟燭比較相似，且該種材料有著較高的耐低溫性能，這就意味著其化學(xué)性質(zhì)偏向穩(wěn)定。另外，從聚乙烯的優(yōu)勢(shì)分析來(lái)看，該種類型材料所制作的防腐蝕層具備較高的抗酸堿度，且有著良好的絕緣性能。在工藝管道防腐工作期間，采用此種材料制作的防腐蝕層，以纏繞的方式在工藝管道的表面形成一層抗腐蝕層，自然可以將工藝管道與土壤隔絕開(kāi)來(lái)，避免被土壤中的分散電流被電解，且該種防腐層的厚度在0.7 mm，當(dāng)前通過(guò)加強(qiáng)級(jí)的防腐層的厚度則可以達(dá)到1.4 mm[4]。雖然聚乙烯膠帶防腐層在實(shí)際應(yīng)用其間有著諸多的優(yōu)勢(shì)，但是也存在著一定的缺陷需要改進(jìn)。比如聚乙烯的延展性比較低，若是將其制作成專門(mén)的形狀來(lái)套在工藝管道智商，需要經(jīng)過(guò)較為復(fù)雜的工序才可以實(shí)現(xiàn)，所以當(dāng)前一般采用的則是利用聚乙烯膠帶來(lái)對(duì)工藝管道進(jìn)行包裹的方式，形成一層抗腐蝕層，然而此種方式產(chǎn)生的費(fèi)用偏大，尤其是對(duì)于聚乙烯膠帶解卷的時(shí)候，需要保證溫度達(dá)到5 ℃以上，雖然盡管相關(guān)的試驗(yàn)證明，防腐層施工可以在-30 ℃，但是必須確保其處于解卷溫度之中。

3.5 改變工藝管道周邊環(huán)境

從影響工藝管道腐蝕因素分析來(lái)看，環(huán)境溫度、濕度等因素都與管道的問(wèn)題有著直接的關(guān)系，所以化工企業(yè)對(duì)工藝管道腐蝕防護(hù)工作開(kāi)展期間，可以適當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)控制管道周邊環(huán)境的方式來(lái)降低介質(zhì)的腐蝕溶度，如控制溫度、濕度等因素，這樣也可以達(dá)到一定的防腐效果。在工藝管道防腐工作開(kāi)展期間，當(dāng)前為了保障采用的防腐蝕方法及技術(shù)發(fā)揮出其應(yīng)有的價(jià)值和效果，當(dāng)前則需要在進(jìn)行防護(hù)工作之前，對(duì)所選用的方法及技術(shù)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，結(jié)合工藝管道所處的自然環(huán)境來(lái)思考和評(píng)估防腐措施的可行性，從而選擇出與當(dāng)前工藝管道應(yīng)用環(huán)境最為相符的防腐蝕方法和技術(shù)，以此來(lái)有效地降低工藝管道的防腐蝕性能，確保工藝管道的性能始終處于良好的狀態(tài)，從而保障油氣資源運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

3.6 合理選用腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前，對(duì)石油工藝管道埋管的腐蝕檢測(cè)上，主要運(yùn)用到的檢測(cè)技術(shù)有內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)和外腐蝕檢測(cè)技術(shù)。從內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，主要是針對(duì)管壁的變化進(jìn)行測(cè)量和分析的。對(duì)沒(méi)有開(kāi)挖的工藝管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)上，通常情況下會(huì)選用漏磁通法、超聲波法、渦流檢測(cè)法、激光檢測(cè)法和電視測(cè)量法等。當(dāng)前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的管道腐蝕檢測(cè)方法主要以漏磁通法和超聲波法為主，這主要是因?yàn)槠渌麢z測(cè)方法應(yīng)用起來(lái)難度大，且數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，難以為后續(xù)的防腐蝕處理工作提供科學(xué)的依據(jù)。從外腐蝕檢測(cè)技術(shù)分析來(lái)看，這主要是埋地鋼質(zhì)管道的外腐蝕保護(hù)一般由絕緣層和陰極保護(hù)組成的防護(hù)系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)。通過(guò)對(duì)陰極保護(hù)參數(shù)的檢測(cè)，可以判斷管道防護(hù)層的損壞程度，從而得到管道受腐蝕的情況?；谶@一原理研究出的方法，其檢測(cè)參數(shù)大都是管/地電位的測(cè)量和管內(nèi)電流的測(cè)量。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的外覆蓋層檢測(cè)方法主要有Pearson檢測(cè)法、交流電流衰減法、直流電位梯度法(DCVG)、管中電流電壓法、變頻-選頻法、密間隔電位法(CIPS)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)能源尤其是對(duì)石油和天然氣的需求不斷增大。所以，當(dāng)前為了保障油氣資源運(yùn)輸?shù)陌踩?、可靠性，則需要強(qiáng)化對(duì)工藝管道腐蝕問(wèn)題的研究，結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇針對(duì)性的防護(hù)措施。文章中通過(guò)對(duì)石油化工企業(yè)工藝管道腐蝕原因的分析，發(fā)現(xiàn)影響工藝管道腐蝕的因素比較多，腐蝕問(wèn)題類型也比較多，當(dāng)前需要采用的防腐措施也是比較多樣的。因此，在石油化工企業(yè)工藝管道腐蝕問(wèn)題的解決上，針對(duì)防腐技術(shù)的選擇，需要充分考慮到防腐技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和缺陷，選擇性價(jià)比最優(yōu)的防腐措施，從而在滿足實(shí)際應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，保證工藝管道運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。