石油管道防腐問題及解決對策

常 成

國家管網(wǎng)集團(tuán)榆濟(jì)管道有限責(zé)任公司滄州輸油站 河北滄州 061000

石油管道途經(jīng)的地形地貌環(huán)境復(fù)雜，還會受到不可控氣候因素的影響，整體工作環(huán)境較為惡劣，面臨的管道腐蝕情況復(fù)雜。因此在石油管道防腐中，也會遇到各種各樣的管道腐蝕問題，影響了石油管道防腐的效果。為解決這一問題，有必要加強(qiáng)對石油管道防腐工作開展的探索，采用一些針對性的防腐應(yīng)對策略，從而提升管道的防腐性能，更好地應(yīng)對各種腐蝕問題，保證石油管道輸送的穩(wěn)定安全性。

1 石油管道腐蝕機(jī)理

石油管道一般深埋于地下，面臨的腐蝕問題以外腐蝕為主。從腐蝕情況來看，很少出現(xiàn)大面積腐蝕，局部腐蝕、點(diǎn)狀腐蝕比較常見。以鋼質(zhì)管道為例，主要面臨兩種腐蝕問題：一是化學(xué)腐蝕，二是電化學(xué)腐蝕[1]。前者主要是因?yàn)橥寥乐械乃嵝晕镔|(zhì)與管道發(fā)生氧化反應(yīng)造成腐蝕。后者則是因?yàn)橥寥乐械囊恍╇娊赓|(zhì)溶液與管道產(chǎn)生了氧化還原化學(xué)反應(yīng)而造成腐蝕。在油田以及附近區(qū)域中，如果地層水富含無機(jī)鹽離子，將會形成一種天然的電解質(zhì)溶液，從而對管道造成一定的腐蝕。其中管道陽極中的鐵原子會形成離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，電子流動到陰極表面，將會被電解質(zhì)溶液中的氧化性物質(zhì)所消耗，最終造成了管道腐蝕。

2 石油管道防腐中的問題

2.1 微生物腐蝕問題

埋藏石油管道的土壤，如果透氣性差，比較潮濕，有腐爛的植物，那么土壤中的細(xì)菌微生物一般比較多。石油管道與潮濕的土壤接觸時，在管道表面會發(fā)生反應(yīng)形成一層保護(hù)膜。一直到土壤中氧氣耗盡，這種反應(yīng)才會停止。但土壤中的一些厭氧微生物會繼續(xù)促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。比如厭氧微生物細(xì)菌會將硫酸鹽還原成某種硫化物。這種硫化物會與石油管道表面接觸，形成氫膜相互作用，氫膜在被消耗掉后，石油管道會被溶解，造成管道腐蝕。

2.2 雜散電流腐蝕問題

石油管道在實(shí)際運(yùn)行期間，如果經(jīng)過了大修，或者管道周圍的地形地貌出現(xiàn)了變化，將會面臨嚴(yán)重的雜散電流腐蝕問題。尤其是位于高壓線或者變電所附近的石油管道，相較于其他石油管段，面臨的腐蝕問題一般會更加嚴(yán)重。這些腐蝕主要表現(xiàn)為點(diǎn)狀腐蝕。如果腐蝕比較嚴(yán)重，還會出現(xiàn)滲油現(xiàn)象，埋下嚴(yán)重的安全隱患。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，當(dāng)存在交流電時，鋼制石油管道腐蝕電位會向活化方向移動。伴隨著電流密度提升，腐蝕也會越來越重。急劇增大。受交流電的影響，鈍化電流密度也會不斷提升，導(dǎo)致石油管道表面鈍化膜加速溶解，造成嚴(yán)重的點(diǎn)狀腐蝕問題。

2.3 湍流腐蝕問題

石油管道主要任務(wù)是運(yùn)輸石油。如果石油在管道中的流速比較快，那么石油與管壁之間的摩擦力也會越來越大[2]。隨著時間的推移，摩擦力將會對石油管道帶來持續(xù)的磨損，磨損問題也會越來越嚴(yán)重，最終造成湍流磨蝕損壞。與普通的磨蝕問題相比，湍流腐蝕對石油管道帶來的破壞更加嚴(yán)重。究其原因在于，受石油流速增加影響，腐蝕介質(zhì)與石油管道接觸頻次更多，更容易形成腐蝕。

3 石油管道防腐解決對策

3.1 藥劑防腐技術(shù)

為解決石油管道微生物腐蝕問題，在進(jìn)行防腐應(yīng)對時，可以采用藥劑防腐技術(shù)。一是在石油管道系統(tǒng)中加入防腐殺菌劑，這種防腐技術(shù)成本低，效率高。在實(shí)際應(yīng)用時，既能夠在單井井口中加入，還可以直接在管道系統(tǒng)中加入，尤其是在一些SRB 油套管內(nèi)，加入防腐殺菌劑，能夠起到良好的防腐效果。二是在石油管道中加入緩蝕劑。在一些長距離輸送石油管道中，加入緩蝕劑，可減小管道的腐蝕速率。緩蝕劑在防腐功能方面表現(xiàn)更加穩(wěn)定，同樣也有著良好的防腐效果。緩蝕劑不同，作用機(jī)理也有所差異。比如常見的緩蝕劑作用機(jī)理包括吸附、氧化反應(yīng)、沉淀反應(yīng)等。在上述作用機(jī)理下，都能夠在石油管道表面產(chǎn)生一層薄膜，從而降低石油管道腐蝕的速率。鋼質(zhì)管道的腐蝕。比如石油管道如果處于強(qiáng)酸弱堿環(huán)境中，為減緩管道腐蝕，可以加入酸性介質(zhì)的緩蝕劑。這種緩蝕劑能夠與水發(fā)生反應(yīng)，電離出腐蝕性的H+，這種H+能夠與緩蝕劑中H+形成帶有正電性質(zhì)的共軛電對物質(zhì)，從而促使石油管道表面帶正電，能夠有效排斥土壤酸環(huán)境中的H+，有效保護(hù)石油管道，減緩腐蝕效率。

3.2 陰極保護(hù)技術(shù)

在石油管道防腐應(yīng)對中，陰極保護(hù)技術(shù)也是一種常用的技術(shù)方法。該技術(shù)方法包括兩種，一種是犧牲陽極保護(hù)法，另一種是外加電流保護(hù)法。如果石油管道輸送距離比較遠(yuǎn)，管道口徑比較大，在電流防腐方面，多以外加電流保護(hù)法為主，然后采用犧牲陽極為輔，能夠起到良好的防腐蝕效果。在具體應(yīng)用過程中，為了避免陰極保護(hù)端電流流失，一般在場站工藝管道的進(jìn)、出口位置處，設(shè)置專門的電絕緣裝置。同時為了保障管道防腐層、絕緣裝置能夠長時間穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮防腐作用，避免遭受一些外力因素影響而失效，比如雷擊因素、電力故障因素等，通常會在絕緣接頭位置處，安裝鋅接地電池。在石油管道運(yùn)輸過程中，如果需要穿越一些大型河流，一般會選擇在岸兩邊，各自安裝一組鋅合金電池，通過犧牲陽極對石油管道進(jìn)行有效的防腐保護(hù)。

3.3 內(nèi)涂鍍層技術(shù)

這種防腐應(yīng)對選擇從石油管道內(nèi)部著手，在管道內(nèi)壁噴涂一層惰性防腐材料，從而可以有效應(yīng)對湍流腐蝕問題。在內(nèi)壁涂抹防腐材料，一方面，可以提升管道內(nèi)表面光滑度，降低石油流動帶來的摩擦[3]。二是材料本身屬于惰性材料，相當(dāng)于在管道內(nèi)形成了一層保護(hù)膜，可以有效保護(hù)石油管道，降低管道腐蝕。在涂抹防腐材料時，可以選擇環(huán)氧粉末材料。相較于其他防腐材料，這種材料有著諸多的優(yōu)點(diǎn)。比如環(huán)氧粉末材料有著非常強(qiáng)的附著力，對管道內(nèi)壁清潔度要求不高，一般只需要完成表面清理即可，無需噴涂底漆。

4 石油管道防腐施工工藝應(yīng)用

石油管道防腐是一項(xiàng)專業(yè)復(fù)雜的工作。其中專業(yè)性體現(xiàn)在面對不同的管道腐蝕問題，需要采取針對性防腐措施加以應(yīng)對。復(fù)雜性體現(xiàn)在不同的石油管道所處的土壤環(huán)境、周邊環(huán)境、氣候環(huán)境等非常復(fù)雜多變，這些都導(dǎo)致了管道腐蝕也變得復(fù)雜多變，增加了管道防腐的難度。以下是對石油管道防腐施工工藝介紹：

4.1 石油管道熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料的涂裝施工工藝

（1）管道表面處理。在涂抹熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料前，需要對管道表面進(jìn)行噴砂處理。噴砂處理主要是利用高壓空氣噴出的鋼砂對管道表面進(jìn)行沖擊，最終形成一些凹凸不平的錨紋。這種處理方式可以很好地清除管道表面油脂、鐵銹等附著物。同時形成的錨紋也能夠增大底材與涂層的接觸面積，促使熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料更好地附著在管道表面，發(fā)揮出涂料防腐功能。通常而言，噴砂處理施工要求能夠達(dá)到ISO 8501 規(guī)定的Sa2.5 級以上標(biāo)準(zhǔn)。

（2）管道預(yù)熱。在完成石油管道噴砂處理后，需要采用中頻電磁渦流對石油管道進(jìn)行預(yù)熱，要求將管道表面溫度加熱235～245℃范圍內(nèi)，便于后續(xù)熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料噴涂。

（3）噴涂施工。在開展噴涂施工時采用了靜電噴涂方式。在這一過程中，要求將靜電噴槍固定在管道外壁一周，然后通過粉末輸送管，完成熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料輸送，確保噴槍有足夠的噴涂材料供應(yīng)。然后借助噴槍工具，將熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料噴涂在石油管道的表面。要求單層熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂層厚度為300～400μm。如果是雙層熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料，第二層的噴涂厚度在400～500μm。在進(jìn)行單層熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料噴涂施工時，只需要一個噴粉房。如果是雙層噴涂，則需要兩個噴粉房。

（4）固化。在完成熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料噴涂施工后，可以利用管道余熱，促使涂料粉末固化。在充分固化后，還需要在石油管道表面淋水，這一施工過程也被形象地形象地稱之為“淬火過程”。從噴涂結(jié)束到淬火這段時間即為熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料固化時間，要求這一時間在95s以上。

（5）檢驗(yàn)。在完成石油管道熱熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料涂裝施工后，還需要對涂裝效果進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)分為兩種方式，一是工藝評定檢驗(yàn)，二是施工生產(chǎn)檢驗(yàn)。前者檢驗(yàn)?zāi)康氖谴_保涂層材料涂裝施工能夠達(dá)到石油管道的防腐技術(shù)要求，主要檢驗(yàn)的內(nèi)容包括是否存在漏點(diǎn)、沖擊、陰極剝離等問題。后者檢驗(yàn)對象則是涂裝施工工藝，檢驗(yàn)內(nèi)容包括涂層是否有漏點(diǎn)。如果發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，需要做好標(biāo)識，并及時落實(shí)修補(bǔ)措施。

4.2 聚氨酯泡沫保溫管保溫防腐施工工藝

在石油管道中，除了加強(qiáng)防腐，在一些寒冷地區(qū)，做好保溫也非常重要。因此可以應(yīng)用聚氨酯泡沫保溫管施工工藝。在該施工工藝下，保溫管可以直接在工廠車間中預(yù)制，整個保溫防腐結(jié)構(gòu)如下：內(nèi)層為3LPE 防腐管道，管道中間層覆蓋有硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫層，在管道最外層則涂裝了高密度聚乙烯保護(hù)層。近年來，這種保溫防腐結(jié)構(gòu)在石油管道防腐中應(yīng)用較為廣泛。在實(shí)際進(jìn)行施工過程中，應(yīng)落實(shí)以下幾點(diǎn)施工要點(diǎn)：

（1）防腐石油管道進(jìn)管預(yù)熱。先將管道通過進(jìn)管輸送至車間。在輸送過程中，采用中頻電磁渦流進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度范圍控制在45～65℃內(nèi)。為了保障預(yù)熱溫度的準(zhǔn)確性，在預(yù)熱期間，要求施工人員采用紅外線測溫槍實(shí)時監(jiān)控預(yù)熱溫度的變化。

（2）乙烯外護(hù)管生產(chǎn)。生產(chǎn)材料以聚乙烯專用料為主。將該材料放入自動上料機(jī)，然后由該設(shè)備將聚乙烯顆粒料抽至擠出機(jī)加熱料倉內(nèi)。先完成材料預(yù)熱，再將材料輸送至擠出機(jī)內(nèi)部，然后通過攪拌擠出，再經(jīng)真空定徑、冷卻、牽引等工序，即可完成聚乙烯外護(hù)管的生產(chǎn)。在整個生產(chǎn)過程中，要求施工技術(shù)人員實(shí)時監(jiān)控擠出機(jī)的生產(chǎn)參數(shù)，保障生產(chǎn)質(zhì)量。

（3）直管保溫。將防腐管與聚乙烯外護(hù)管同時放在頂管車床之上，然后有車床將防腐管頂進(jìn)外護(hù)管內(nèi)。在整個頂進(jìn)操作過程中，要求施工人員在每頂進(jìn)一段距離后，選擇在防腐管外安裝一組支撐模塊，確保頂進(jìn)質(zhì)量。

（4）發(fā)泡操作。防腐管在完成穿管后，需要利用發(fā)泡車床完成發(fā)泡操作，促使內(nèi)層防腐管與外層保溫管組成一個整體。在這一過程中，需要由施工人員采用法蘭將管道兩端完成封堵，然后調(diào)整發(fā)泡平臺傾斜角度，將液體異氰酸酯和聚乙烯多元醇進(jìn)行高壓混合，最后從管段端注入外護(hù)管與鋼管之間。待充分發(fā)泡后，即可進(jìn)行管段切割施工。

（5）管段切割施工。在切割時需要采用線位切割機(jī)。在防腐管兩端，應(yīng)注意預(yù)留一定的長度，保障切割的準(zhǔn)確性，在完成切割后，還需要及時清理殘留的聚氨酯泡沫。

（6）防水帽安裝。在外護(hù)管兩端安裝防護(hù)帽，并采用噴槍進(jìn)行加熱，確保防水帽與防腐管端充分貼合，起到良好的防火效果。

5 總結(jié)

石油管道防腐是一項(xiàng)專業(yè)復(fù)雜的工作，為了提高石油管道防腐的效果，還需要深刻認(rèn)識到當(dāng)下管道中存在的各種腐蝕問題，并采用各種防腐技術(shù)策略加以應(yīng)對。最后，還應(yīng)從施工層面入手，加強(qiáng)對石油管道防腐施工工藝的應(yīng)用，從而進(jìn)一步提升石油管道防腐的效果，保障管道能夠安全穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)石油的輸送。