埋地原油集輸管道防腐技術(shù)適用性分析

肖 娜 邵 騫 劉 軒

（1. 中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029；2. 中國腐蝕控制技術(shù)協(xié)會(huì)，北京 100101；3.中蝕國際腐蝕控制工程技術(shù)研究院（北京）有限公司，北京 100101）

0 引言

從現(xiàn)實(shí)情況來看，一些地區(qū)的原油集輸管道腐蝕情況尤其嚴(yán)重，甚至新建管線投運(yùn)就會(huì)出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象。這不僅會(huì)造成原油泄漏，還會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染，給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來安全隱患。為此，需要采用合適的防腐蝕技術(shù)進(jìn)行管控。

1 原油集輸管道的腐蝕環(huán)境

1.1 輸送介質(zhì)的腐蝕

水是石油的天然伴生物，這意味著在油田的開采過程中，90%以上的水會(huì)與石油一同被開采出來。雖然水在石油開采中扮演了重要的角色，但是它也帶來了一些問題，其中最大的問題就是腐蝕。水成為主要的腐蝕介質(zhì)，這是因?yàn)樗写嬖谠S多雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)加速金屬的腐蝕速度。水中的雜質(zhì)可以來自于許多方面，包括地下水源、降雨等，其中最常見的就是水中溶解的各種鹽類。主要的腐蝕因素包括溶解鹽類、水中溶解的氣體、微生物和垢下腐蝕。溶解鹽類是最常見的腐蝕因素之一，它們能夠加速金屬的腐蝕速度，導(dǎo)致管道和設(shè)備的損壞。水中溶解的氣體也能夠加速金屬的腐蝕速度，其中最常見的氣體包括氧氣、二氧化碳和硫化氫。微生物也是造成腐蝕的一個(gè)重要因素。許多微生物能夠利用管道和設(shè)備中存在的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行生長，同時(shí)它們還會(huì)產(chǎn)生一些化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠加速金屬的腐蝕速度。垢下腐蝕則是指管道和設(shè)備中的沉積物會(huì)吸附水中的雜質(zhì)，從而加速金屬的腐蝕速度。為了減少水帶來的腐蝕問題，石油行業(yè)采取了許多措施。其中最常見的措施就是使用防腐劑來保護(hù)管道和設(shè)備。此外，石油行業(yè)還會(huì)對(duì)水進(jìn)行處理，以去除水中的雜質(zhì)和微生物，從而降低腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。這些措施的實(shí)施旨在保護(hù)石油行業(yè)設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

1.2 埋地土壤的腐蝕

土壤是人類生產(chǎn)和生活的基礎(chǔ)，但是土壤的腐蝕問題卻經(jīng)常被忽視。土壤腐蝕主要由電解質(zhì)溶液、雜散電流和微生物引起。首先，土壤中的電解質(zhì)溶液和雜散電流均會(huì)引起電化學(xué)腐蝕。土壤中的電解質(zhì)溶液可以形成電解質(zhì)溶液腐蝕，降低金屬的電極電位，促進(jìn)金屬離子的溶解，從而導(dǎo)致金屬腐蝕。同時(shí)，土壤中的雜散電流也會(huì)導(dǎo)致金屬腐蝕，特別是在金屬結(jié)構(gòu)周圍的土壤中，由于電位的不均勻分布，產(chǎn)生的雜散電流會(huì)加速金屬的腐蝕。其次，微生物腐蝕也是土壤腐蝕的重要原因之一。微生物腐蝕主要由硫酸鹽還原菌引起，這種菌在土壤中廣泛存在。硫酸鹽還原菌會(huì)利用金屬表面的電子，還原硫酸鹽，生成硫化亞鐵，從而導(dǎo)致金屬的腐蝕。為了減少土壤腐蝕對(duì)人類生產(chǎn)和生活的影響，需要采取有效的措施。一方面，可以采用防腐涂層等措施來保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)，防止土壤中的電解質(zhì)溶液和雜散電流對(duì)金屬的腐蝕；另一方面，可以采用生物學(xué)防治等措施來控制微生物腐蝕，減少硫酸鹽還原菌的生長和繁殖，從而減少土壤腐蝕對(duì)人類生產(chǎn)和生活的影響。

2 埋地原油集輸管道防腐技術(shù)適用性分析

2.1 緩蝕劑防腐

在石油工業(yè)生產(chǎn)中，管道和設(shè)備的腐蝕問題一直是一個(gè)重要的問題。為了解決這個(gè)問題，緩蝕劑被廣泛應(yīng)用。根據(jù)輸送介質(zhì)的腐蝕性，緩蝕劑可以分為無機(jī)類和有機(jī)類。無機(jī)類緩蝕劑主要是金屬離子，如鈍化劑、鉻酸鹽等。這種緩蝕劑的缺點(diǎn)是腐蝕抑制作用較差，且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。有機(jī)類緩蝕劑被廣泛應(yīng)用于油氣田，如咪唑啉類、有機(jī)磷酸、硫脲等。這種緩蝕劑具有操作簡單、見效快、適合長期使用的特點(diǎn)。緩蝕劑的作用是減少腐蝕介質(zhì)對(duì)金屬管體的腐蝕。緩蝕劑通過吸附在金屬表面形成一層保護(hù)膜，阻止腐蝕介質(zhì)與金屬直接接觸，從而達(dá)到緩蝕的目的。緩蝕劑的選用需要進(jìn)行大量匹配性實(shí)驗(yàn)，因?yàn)椴煌慕橘|(zhì)對(duì)緩蝕劑具有不同的要求。此外，緩蝕劑的后續(xù)工作量也較大，需要不斷地進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整。確定最佳的加藥量和周期比較困難。由于生產(chǎn)和含水量的增加，加藥量和周期需要不斷地調(diào)整。因此，緩蝕劑的使用需要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測和管理，以確保緩蝕劑的有效性和安全性。

2.2 襯管技術(shù)

襯管技術(shù)在管道防腐領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，其中包括穿插和翻襯兩種技術(shù)。穿插技術(shù)是指在金屬管道內(nèi)穿插一條高密度聚乙烯（HDPE）內(nèi)襯管，而翻襯技術(shù)則采用浸透熱固性樹脂的纖維增強(qiáng)軟管作為管道的襯里材料。穿插技術(shù)的原理是通過內(nèi)襯管材質(zhì)的記憶效應(yīng)使內(nèi)襯管外壁與金屬管道內(nèi)壁緊緊地結(jié)合在一起，形成防腐層，起到防腐效果。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于不需要對(duì)管道進(jìn)行拆除和切割，可以在不停止管道運(yùn)行的情況下進(jìn)行修復(fù)，大大節(jié)省了時(shí)間和成本。翻襯技術(shù)則是采用氣壓或液壓法將軟管翻轉(zhuǎn)進(jìn)管道內(nèi)，并使浸透熱固性樹脂的一面貼附在鋼管內(nèi)壁表面并壓緊，然后采用熱水或蒸汽使軟管上的熱固性樹脂固化，形成防腐層，起到防腐效果。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)管道進(jìn)行全面的襯里修復(fù)，防腐效果更好，但需要停止管道運(yùn)行一段時(shí)間，成本較高。近年來，襯管技術(shù)在油氣、化工、水利等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。某原油外輸管線在內(nèi)穿插修復(fù)后，應(yīng)用效果良好，不僅大大延長了管道使用壽命，還減少了管道維護(hù)成本，為襯管技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了有力的支持。

2.3 內(nèi)涂層預(yù)制技術(shù)

預(yù)制廠在生產(chǎn)鋼管時(shí)，會(huì)對(duì)其進(jìn)行內(nèi)部涂層處理。目前常用的涂層材料包括環(huán)氧粉末和液體環(huán)氧涂料。這種處理方法可以有效地增強(qiáng)鋼管的耐腐蝕性能，提高其使用壽命。然而，在鋼管的生產(chǎn)過程中，會(huì)出現(xiàn)一些問題。其中，最主要的問題是施工現(xiàn)場內(nèi)補(bǔ)口的問題。一般來說，內(nèi)補(bǔ)口需要使用補(bǔ)口車進(jìn)行處理。但是，這種方法存在管徑和管線長度的限制，同時(shí)補(bǔ)口質(zhì)量也不易控制。因此，在使用補(bǔ)口車進(jìn)行內(nèi)補(bǔ)口時(shí)，需要特別注意質(zhì)量的控制。此外，有一些部位無法進(jìn)行補(bǔ)口處理，這些地方會(huì)形成補(bǔ)口“盲點(diǎn)”，對(duì)鋼管的使用壽命產(chǎn)生一定的影響。為了解決這個(gè)問題，需要采用一些新的技術(shù)方法。目前，內(nèi)襯短管補(bǔ)口技術(shù)和機(jī)械壓接內(nèi)補(bǔ)口技術(shù)等新技術(shù)已經(jīng)被引入鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域。然而，這些新技術(shù)存在操作不便、質(zhì)量不易保證等問題，需要進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。

2.4 環(huán)氧粉末涂層

環(huán)氧粉末涂料是一種噴涂并熔融成膜的防腐涂料，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，如不含溶劑、無溶劑污染、快速固化、附著力強(qiáng)、耐溫等級(jí)高等。因此，它被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如化工、電力、石油、天然氣、水利等。然而，環(huán)氧粉末涂料在涂覆小口徑管道預(yù)制方面存在困難，管徑越小，上粉率越低。這是由于小口徑管道內(nèi)部空間狹小，使得涂料無法均勻覆蓋，導(dǎo)致涂層質(zhì)量不佳。因此，需要采取一些特殊的涂覆技術(shù)，如旋涂或噴涂，來提高涂覆效率和涂層質(zhì)量。此外，環(huán)氧粉末涂層的耐沖擊性能相對(duì)較差，但通常與保溫層和防水層一起使用，以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。這種組合涂層能夠提供更好的保護(hù)和維護(hù)管道的整體性能，從而延長其使用壽命。值得一提的是，一些集輸管道采用環(huán)氧粉末涂層作為保溫管線的防腐層，應(yīng)用效果較好。這是由于環(huán)氧粉末涂層具有優(yōu)異的防腐性能和耐高溫性能，能夠有效地防止管道內(nèi)部的腐蝕和氧化。

2.5 陰極保護(hù)

管道防腐技術(shù)是現(xiàn)代化工和石油行業(yè)的一個(gè)重要領(lǐng)域。其中，陰極保護(hù)技術(shù)是一種常用的管道防腐技術(shù)，通過引入電流，使管道表面形成一個(gè)保護(hù)電位，從而達(dá)到防腐的目的。陰極保護(hù)技術(shù)通常與防腐涂層配合使用，以提高防腐效果。對(duì)于防腐管線而言，陰極保護(hù)技術(shù)與防腐涂層的配合效果非常顯著，特別是在使用環(huán)氧粉末和液體環(huán)氧類涂層的情況下。這種配合能夠更有效地保護(hù)管道，延長其使用壽命，減少安全隱患。然而，與保溫管線配合的防腐技術(shù)效果卻有待進(jìn)一步研究。這是因?yàn)楫?dāng)防腐層出現(xiàn)缺陷時(shí)，保溫層和防水層會(huì)屏蔽保護(hù)電流，從而降低了防護(hù)效果。因此，需要進(jìn)一步研究如何在保溫管線中應(yīng)用陰極保護(hù)技術(shù)，以增強(qiáng)其防腐效果。當(dāng)管道表面的防腐層出現(xiàn)缺陷時(shí)，防腐效果也會(huì)大大降低。此時(shí)，只有當(dāng)管體同時(shí)露出保溫層和防水層時(shí)，陰極保護(hù)技術(shù)才能夠發(fā)揮作用，從而保護(hù)管道不受腐蝕。因此，及時(shí)檢查和修補(bǔ)管道的防腐層也是非常重要的。

2.6 擠涂技術(shù)

擠涂技術(shù)在管道防腐領(lǐng)域中是一種常用的涂裝工藝。它是將兩個(gè)擠涂器放入管道內(nèi)，形成整體涂層。相比于其他涂裝工藝，擠涂技術(shù)具有一次性擠涂距離長，內(nèi)補(bǔ)口數(shù)量少的優(yōu)點(diǎn)。然而，擠涂技術(shù)也有其局限性。擠涂長度受限，一般不超過2km，擠涂段之間難以進(jìn)行連接處的內(nèi)補(bǔ)口。此外，擠涂技術(shù)的質(zhì)量控制也相對(duì)困難。在擠涂環(huán)氧涂料時(shí)，管道內(nèi)壁除銹、涂膜質(zhì)量無法全面掌握。而在擠涂水泥砂漿或水泥聚合物砂漿-粘接層-防腐層復(fù)合涂層時(shí)，容易出現(xiàn)與管體的分層情況。盡管擠涂技術(shù)存在一些缺陷，但是在某些情況下仍然是一種有效的涂裝工藝。在管道內(nèi)部較為平坦的情況下，擠涂技術(shù)的涂層質(zhì)量可以得到保證。同時(shí)，擠涂技術(shù)也可以應(yīng)用于大直徑管道的防腐施工，這種情況下，擠涂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)更加明顯。因此，在選擇管道防腐工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。擠涂技術(shù)是一種有效的工藝，但是在使用時(shí)需要注意其局限性，以免影響后續(xù)的使用效果。

3 結(jié)語

總之，原油集輸管道是油田開發(fā)生產(chǎn)的重要組成部分，但腐蝕問題一直是阻礙其安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。只有通過引進(jìn)新的防腐蝕技術(shù)和方法，才能提高其防腐技術(shù)水平，延長使用壽命，保障管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。