埋地鋼制油氣管道防腐蝕措施的探究

李思琪(國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司華北魯皖分公司，山東 曲阜 273100)

1 確保材料質(zhì)量，提高檢測水平

石油和天然氣是重要能源，其穩(wěn)定輸送與供應(yīng)是保障我國能源安全供給不可或缺的重要條件，因此油氣管道運輸質(zhì)量直接影響著國民經(jīng)濟的發(fā)展。

優(yōu)化埋地鋼制管道，首先要對其制作材料予以嚴格管控，這不僅要求相關(guān)管理人員對材料進行強度、韌性、耐腐蝕性等諸多功能測試，還需從運輸物性質(zhì)及其周圍地質(zhì)特點進行綜合考慮，確保土壤酸堿度及運輸物性質(zhì)不會對埋地鋼制管道產(chǎn)生嚴重腐蝕效果，延長鋼制管道使用年限。除嚴格制作材料的挑選過程外，相關(guān)企業(yè)也應(yīng)提高對防腐材料涂層工作的重視程度。結(jié)合現(xiàn)階段埋地鋼制管道涂層施工現(xiàn)狀來看，部分企業(yè)選取高價涂層材料，卻忽略了油氣運輸特點，導(dǎo)致出現(xiàn)資金消耗過多、質(zhì)量提升卻不明顯的現(xiàn)象。考慮到油氣管道運輸過程中可能會產(chǎn)生一定熱量，因此在挑選鋼制管道鍍涂材料時不能僅考慮耐腐蝕性，還應(yīng)將受熱后的應(yīng)力納入來考慮范圍，另一方面，還要考慮其與埋地鋼制管道連接的緊密性，防止鍍涂層脫落。

結(jié)合上述要求，我國現(xiàn)階段鋼表面常采用熱噴鋁鍍層對管道表面進行處理，該處理方式對技術(shù)方面的要求較高，因此相關(guān)企業(yè)還應(yīng)加強對操作人員施工技術(shù)的要求，提高鍍涂施工水平，避免出現(xiàn)鍍層吸附性不達標，或噴鍍層出現(xiàn)空隙的問題，進一步提高熱噴鋁抗腐蝕效果，延長管道使用壽命[1]。

我國地下輸送管道鋪設(shè)較為密集，容易出現(xiàn)管道過保護，或保護欠缺等問題，要想對埋地鋼制管道保護情況及保護效果進行準確的調(diào)查，還需建立起較為完善的檢測機制。出于美觀考慮，部分區(qū)域不適合設(shè)置大量的測試樁，只能將設(shè)置成簡易測試點?，F(xiàn)階段，中國埋地鋼制管道檢測主要采取Pearson檢測法與交流電流衰減法、直流電位梯度法、變頻—選頻法、密間隔電位法等。隨著新型信息技術(shù)的發(fā)展，油氣行業(yè)加大了數(shù)字化智能技術(shù)在管道運輸中的應(yīng)用力度，針對于埋地鋼制管道的防腐工作，相關(guān)企業(yè)也可適當(dāng)引用新型技術(shù)對管道進行檢測與管理，提高對數(shù)據(jù)檢測與分析的水平。目前，智能化技術(shù)的應(yīng)用僅限于數(shù)據(jù)對比等方面，應(yīng)用范圍較為狹窄，管理人員可將管道保護數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬軟件相結(jié)合，預(yù)測管道腐蝕效果，以便及時發(fā)現(xiàn)管道腐蝕破損情況。

2 更新施工技術(shù)，增強防腐效果

包裹絕緣層是鋼制油氣管道腐蝕保護中最為重要的措施之一，它能隔斷管道鋼制表層與地下土壤的直接接觸，增大兩者間電阻，使接觸管道的腐蝕電流明顯減少，降低了腐蝕電流對埋地鋼制管道的傷害。煤焦油瓷漆防腐層在管道運輸業(yè)中擁有較長的應(yīng)用歷史，早在1995年，我國就將其應(yīng)用到了管道腐蝕防護中。隨著時代的進步，鋼制管道防護層技術(shù)不斷創(chuàng)新，其構(gòu)成材料也逐步多樣化。

(1)乙烯防腐層腐護技術(shù)。該技術(shù)通過在管道外表面覆蓋或纏繞聚乙烯材料達到防腐效果，一般分為冷纏與包覆兩種保護形式。冷纏聚乙烯防腐層與埋地鋼制管道有較強的黏結(jié)性性，其耐水與絕緣能力也符合管道腐蝕防護的要求，但其剝離后會產(chǎn)生陰極屏蔽，造成耐沖擊力、耐土壤應(yīng)力等能力下降，容易出現(xiàn)防護層褶皺；包覆聚乙烯防腐層與埋地鋼制管道的黏結(jié)性較差，應(yīng)用于鋼制管道防腐的情況較為少見。

(2)熱噴玻璃釉防腐技術(shù)。長時間應(yīng)用下，管道會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，為延緩管道老化腐蝕的速度，我國積極研發(fā)出了熱噴玻璃釉防腐技術(shù)。這一技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)玻璃釉與現(xiàn)代熱噴涂技術(shù)的優(yōu)勢，使其與搪瓷的防腐效果達到同一水平，是我國在鋼制管道防腐技術(shù)上取得的巨大成就。施工人員采用熱噴涂方式，在埋地鋼制管道外表面噴涂玻璃釉，從而形成“玻璃—金屬”復(fù)合涂層[2]。該涂層的防腐性能極其強大，同時還具有永不老化的特點，但其正處于工業(yè)化實施階段，應(yīng)用范圍還不廣泛。

(3)石油瀝青防腐技術(shù)。該技術(shù)與煤焦油瓷漆技術(shù)類似，石油瀝青技術(shù)也是較為傳統(tǒng)的防腐方式，該防腐層主要材料為底漆與石油瀝青，再通過玻璃絲布進行加強，防水效果較為顯著。但其對溫度的感應(yīng)能力較強，且容易被土壤中的細菌所侵蝕，再加上熬制瀝青時會產(chǎn)生大量有害氣體，增加環(huán)保工作壓力，因此在近年來埋地鋼制管道腐蝕防護工作中已逐漸被淘汰。

(4)環(huán)氧煤瀝青防腐技術(shù)。埋地鋼制管道絕緣層鋪設(shè)中，環(huán)氧煤瀝青防腐技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，與其他絕緣層材料橡膠，環(huán)氧煤瀝青有較大的價格優(yōu)勢，在確保除銹條件過關(guān)的情況下，環(huán)氧煤瀝青絕緣層施工成本遠低于其他材料。此外，環(huán)氧煤瀝青對鋪設(shè)環(huán)境的適應(yīng)能力較強，不僅能用于埋地鋼制管道絕緣層鋪設(shè)，對儲罐等其他鋼材也有較強的保護與防腐效果。但需要注意的是，應(yīng)用環(huán)氧煤瀝青絕緣層的埋地鋼制管道應(yīng)對防腐層做加熱處理，熱度過低會導(dǎo)致環(huán)氧煤瀝青無法固化，降低其應(yīng)用效果，使鋼制管道腐蝕概率增加。也正因如此，該管道在冬季時需要長時間加熱才能正常應(yīng)用，可能會造成工期的延誤，另一方面，環(huán)氧煤瀝青固化過程中容易產(chǎn)生有害氣體，會造成空氣污染。

(5)熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐技術(shù)。施工人員事先將鋼制管道外表層進行加熱，待其達到220 ℃，再使用靜電噴涂法將其表層噴涂一層熱固性粉末，粉末受熱發(fā)生熔融反應(yīng)，在管道表層固化，從而形成嚴密性極強的防腐層。該防腐層厚度只有400 μm左右，不僅擁有極強附著能力，對溫度的適應(yīng)范圍也較為廣泛，針對于容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的管道使用，能達到良好的防腐蝕效果。除此之外，該防護層的形式較多，不僅有單雙層之分，固體防腐層與液體防腐層也有不同的效果，相關(guān)人員需結(jié)合實際應(yīng)用需求，選取合適的應(yīng)用方式。

近年來，科研人員結(jié)合傳統(tǒng)埋地鋼制管道防腐層材料應(yīng)用優(yōu)勢與弊端，研發(fā)出一種3層PE防腐層結(jié)構(gòu)，即將環(huán)氧粉末、黏結(jié)層與聚乙烯防腐層結(jié)合成3層結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于埋地鋼制管道防腐層鋪設(shè)中。該結(jié)構(gòu)結(jié)合了3種防腐層的優(yōu)勢，同時消除了單層結(jié)構(gòu)的弊端，是我國現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的防腐層鋪設(shè)結(jié)構(gòu)。但在其應(yīng)用過程中，也存在較多施工方面的問題。首先是管道表層處理不當(dāng)，導(dǎo)致管道表面殘留污垢、水分、鹽分等雜質(zhì)，不僅破壞管道的表層結(jié)構(gòu)，也使鋼制管道表層與防腐層的黏結(jié)效果變差；其次是熔結(jié)環(huán)氧粉末固化效果不佳，以至于該層質(zhì)量無法達到防腐要求；最后是環(huán)氧粉末質(zhì)量不達標，無法達到3層PE防腐層結(jié)構(gòu)的預(yù)計防腐效果。為解決相關(guān)問題，管道企業(yè)應(yīng)從施工角度入手，挑選高質(zhì)量環(huán)氧粉末，提高對其固化溫度與時間的管控力度，杜絕以價格作為材料及施工的唯一標準，提高埋地鋼制管道防腐層整體施工質(zhì)量。

3 采用電化學(xué)技術(shù)，保護管道陰極

埋地鋼制管道鋪設(shè)中，還可以應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)對其進行防腐處理。施工人員在進行埋地鋼制管道的鋪設(shè)工作時，根據(jù)電化學(xué)原理將其變?yōu)殛帢O區(qū)，利用電化學(xué)技術(shù)實施陰極保護，以此達到防止埋地鋼制管道防腐的目的。電化學(xué)技術(shù)在埋地鋼制管道腐蝕防護工作中有3種表現(xiàn)形式，分別是外加電源防腐、犧牲陽極的陰極防腐以及雜散電流排流防腐。

在外加電源防腐應(yīng)用過程中，施工人員通常會利用直流電源加速陰極保護站的產(chǎn)生，同時使用直流電源對埋地鋼制管道周邊土壤進行處理，使其產(chǎn)生負極電位達到較好的防腐效果。實際施工中，部分油氣輸送企業(yè)還會以陰極保護站為中心，形成一個較為完善的埋地鋼制管道保護圈，以便通過電流對鋼制管道進行永久性防腐。但該防腐方式也存在弊端，長期作用下容易對其他地下管道產(chǎn)生不良影響。

犧牲陽極的陰極防腐將埋地鋼制管道置于某一電解質(zhì)中，同時在電解質(zhì)中放置電位更負的金屬材料，并將其與管道連接，受到電化學(xué)作用，金屬材料中的電力轉(zhuǎn)移到埋地鋼制管道上，維持管道中的電位平和，避免其產(chǎn)生腐蝕效果。這一防腐方法的施工方式較為簡單，施工成本也在企業(yè)可接受的范圍內(nèi)，但在選取陽極材料時還應(yīng)注意，陽極對地電位不能高于-0.85 V，在保護工作開始后，陰極電位向負方向的變化值應(yīng)高出自然電位300 mV左右。當(dāng)埋地鋼制管道周圍土壤或其他電解質(zhì)中含有硫酸鹽還原菌，且SO42-的含量超出土壤總含量的0.5%或管道運輸處于高溫狀態(tài)下時，應(yīng)確保其對地電位在通電過程中維持在-0.95 V以下[3]。為檢測高溫狀態(tài)下運輸對陰極保護工作的影響，施工人員可在管道附近設(shè)置鋼制試片，以便監(jiān)控埋地鋼制管道陰極保護法的應(yīng)用效果。在此過程中，需要注意控制深井陽極地床設(shè)計深度，降低其對陰極保護效果的影響。結(jié)合埋地鋼制管道防腐措施探索歷程可知，無論哪種防腐方法，深井陽極地床的設(shè)計深度與陰極保護效果都存在一定聯(lián)系。對于保護電流輻射范圍而言，深井陽極地床的設(shè)計越深，其輻射范圍就越廣，而在埋地管道網(wǎng)絡(luò)較為密集的區(qū)域，深井陽極地床的深度對電流分布情況也能產(chǎn)生影響效果。設(shè)計深度的合理性不能只依靠以往施工經(jīng)驗來判斷，還需結(jié)合管道鋪設(shè)地質(zhì)、管道材質(zhì)、投資成本限制等多方因素進行分析，施工人員可采用數(shù)值模擬的方式，更直觀地呈現(xiàn)深井陽極地床深度對陰極保護效果的影響，以便相關(guān)人員對設(shè)計方案進行調(diào)整。

雜散電流是指管道運輸過程中，受外界條件影響而產(chǎn)生的一種電流。如工廠等地上運營企業(yè)在用電過程中，出現(xiàn)用電設(shè)備接地或漏電現(xiàn)象，都會在地下土壤中產(chǎn)生雜散電流，對土壤中的埋地鋼制管道造成腐蝕。因此，施工人員還要對管道周圍的雜散電流進行排查，并采取排流的形式，提高埋地鋼制管道的陰極化程度，減少雜散電流對鋼制管道的腐蝕。調(diào)查研究顯示，排流保護措施主要有3種保護形式。其一是直接排流法，即使用導(dǎo)線將管道與鐵軌等進行連接，不借助任何設(shè)備輔助，達到排流目的，但這種方法只能排除土壤中的順流電流；其二是極性排流法與強制排流法，這兩種方法的施工原理類似，都需要借助外加電源等設(shè)備進行輔助排流，是排除土壤中逆流電流的有效方式；其三是接地排流法，顧名思義是將雜散電流直接引入地下，經(jīng)回流重新作用在鐵軌上，達到保護埋地鋼制管道的目的。

4 規(guī)范防腐施工，減少污染途徑

除管道鋪設(shè)過程中的腐蝕防護外，施工人員還應(yīng)對埋地鋼制管道進行定時檢修與維護，以此來提高管道運輸?shù)姆€(wěn)定性，延長其使用年限，一定程度上為管道運輸企業(yè)節(jié)約更換或維修管道的成本。管道檢修主要是檢測管道絕緣層是否完好，檢查是否存在絕緣層剝落或脫離現(xiàn)象，同時檢查防護是否完善，確保其應(yīng)用效果，為埋地鋼制管道腐蝕防護工作提供保障。切實提高埋地鋼制管道的防腐蝕效果，還應(yīng)從防腐施工及后期維護技術(shù)方面進行考慮，加強人員技術(shù)培養(yǎng)，積極引進新型技術(shù)，在確保施工質(zhì)量的同時，降低對施工環(huán)境的污染。鋼制埋地輸送管道的防腐工作質(zhì)量直接影響著油氣輸送效率，提高剛制埋地輸送管道的防腐施工質(zhì)量，才能確保人民正常生活生產(chǎn)不會出現(xiàn)油氣短缺的問題，為社會穩(wěn)定發(fā)展與進步提供助力。

5 結(jié)語

結(jié)合全文來看，埋地鋼制管道腐蝕防護是一項艱巨而復(fù)雜的任務(wù)，一旦管道出現(xiàn)泄漏，對企業(yè)、群眾、社會都是巨大的損失。管道腐蝕還可能引起管道停運等問題，有時甚至?xí)驗橛蜌庑孤┒l(fā)爆炸，不僅造成資源損失與環(huán)境破壞，還會導(dǎo)致嚴重的人員傷亡?；诖?，管道輸送企業(yè)需對埋地鋼制管道腐蝕防護工作予以高度重視，從多角度實施腐蝕防護工作，為油氣管道輸送提供安全保障。