油氣管道的腐蝕與防護技術

馮春艷 馬萬飛 陳泓宇 楊莉榮

油氣管道的腐蝕與防護技術

連藝秀1馮春艷1劉文博2馬萬飛2陳泓宇2楊莉榮1

1河北石油職業技術學院2中國石油天然氣管道局維搶修分公司

控制油氣管道和壓力容器腐蝕破壞主要有電化學保護(管道采用陰極保護）、選擇有效的防腐層、采用聯合防護和添加緩蝕劑等方法。針對涂敷漏點的腐蝕破壞性，為使管線得到完全保護，采用陰極保護和防腐層聯合防護技術，從而在安全性和經濟性方面達到完美的組合，能夠取得良好的防腐蝕效果。緩蝕劑是一種具有抑制金屬管線腐蝕的化合物總稱，對于一定的腐蝕環境而言，如果選配得當，只需添加極少量的緩蝕劑就能有效地抑制管線腐蝕速率，而且不會改變金屬構件和介質的基本性質。

管道；腐蝕與防護；電化學保護；防腐層；緩蝕劑

1 電化學保護技術

電化學保護就是利用外部電流來實現兩個電極的極化現象，即通過外部電流后，使被保護的管道發生陰極極化，電極電位向負方向發生移動，使腐蝕電池的陰極區域達到其陽極的開路電位，此時在金屬構件的表面上變成了等電動勢，則腐蝕電流為零，金屬管道基本上得到保護。實際上，當金屬管道的腐蝕速率降低到工程運行中可以接受的微小腐蝕量時，即年腐蝕速度≤0.01mm時，就能滿足陰極保護標準的規定，因此就可認為達到了理想的陰極保護。

基于以上分析可知：如果能使被保護的金屬管線或金屬構件的表面都有電流流入的話，就可以減小腐蝕速率，直至得到理想的保護狀態。因此，在管線實際運行中都采取陰極保護。

1.1 犧牲陽極的陰極保護

在被保護的金屬管線上，連接一種電位比原有金屬表面的微陽極還要負的金屬或合金使其形成一個新的腐蝕原電池。由于管線上原來的腐蝕電池陽極的電極電位比外加犧牲陽極的電位要正，因此整個管線就成為陰極被保護起來。可供選擇的犧牲陽極材料有很多種，如鎂及鎂合金、鋅及鋅合金、鋁合金等，其中鎂犧牲陽極材料可提供的電位約為-1.75V左右；鋅約為-1.1V；工業純鋁約為-0.8V等。在實際運行中，犧牲陰極應根據每種材料提供的電位、金屬所接觸的周圍環境以及所需要提供保護電流的大小等方面進行綜合考慮。

由于犧牲陽極材料提供的電位不高，因此提供的保護電流是有限的。這種保護方法一般適用于金屬構件保護所需電流較小的情況，如在中短距離和復雜的管網以及隨管道安裝一起施工時，工程量較小的運行場合等，且犧牲陽極應埋在濕潤的土壤環境中，便于管線和犧牲陽極兩者之間的接觸（電阻較低），使犧牲陽極能提供一定量的保護電流。

1.2 外加電流的陰極保護

通過陰極保護系統裝置，使其交流電源整流為低壓的直流電源，將被保護的金屬管線與直流電源的負極相連接，把另一輔助陽極地床接到電源的正極，電流的流向是從電源的正極流到輔助陽極，再從輔助陽極流出，經土壤電解質到達金屬管道表面，再流回電源的負極。作為輔助陽極表面發生了丟失電子的氧化反應即遭受腐蝕，則輔助陽極地床的本身存在一定的消耗[1]。因此整個金屬管線就成為陰極被保護起來。

一般外加電流的陰極保護站，輸出電壓10～50V，電流十安培到幾百安培，可見提供的保護電流、電壓遠遠大于犧牲陽極的陰極保護。因此外加電流的陰極保護適用于長輸管線和區域性管網的保護；在安裝工程量較小時，可對舊管道補加陰極保護的運行場合。

2 選擇有效的防腐層

防腐層的保護技術是用高電阻的涂層涂敷在金屬管道表面上，將管道與腐蝕介質隔離，切斷電化學腐蝕電池的流通渠道，從而阻止或減緩管道的腐蝕。防腐層的涂料種類很多，由于環氧粉末—聚乙烯復合結構防腐層（即三層PE）相對其他防腐材料有很多優勢，具有質價比高、壽命長、保護電流密度在1～5μA/m2左右、防腐性能極佳等特點，是一種性能優異的防腐涂層材料，因此三層PE近年來得到廣泛推廣。

三層PE在工程上應用從強度方面考慮，可分為普通型（涂層總厚度≥3.0mm）和加強型（涂層總厚度＞3.7mm）；從使用環境方面考慮，分為常溫型（在50℃以下環境使用）和高溫型（在70℃以下環境使用）。目前，由于管道敷設環境的變化，有可能面臨高環境溫度運行，因此需要選擇新型的三層結構聚丙烯涂層（即三層PP）。例如秦沈線運行管線采用三層PE防腐涂層，防腐等級為：在三、四級地區、巖石和碎石分布較廣的低山、丘陵地帶以及在管線穿越的特殊地段等，管線外防腐均采用三層PE加強級防腐；在二級平原地段，采用三層PE普通級防腐；在干線大中型穿越11處，支線大中型穿越3處，均采用三層PE高溫型加強級防腐。

3 聯合防護技術

在實際工程應用中，盡管防腐涂層的涂層質量很高，金屬管線幾乎絕大多數表面都被涂層有效地保護著，但是不可避免地會存在一些空洞（即不連續點），稱為漏點。同樣在管道實際運行時，由于各種原因，例如管道的受損破壞，在用涂層管線的老化產生陰極剝離現象，管道在土壤的運移以及土壤性質的變化等都有可能將金屬管道局部區域暴露在地下土壤環境中[2]。由于涂層裂縫暴露的金屬表面先有氧化膜生成，作為微電池的陰極，而金屬管道的微電池陽極腐蝕往往發生在涂層的里面，將會產生較高的腐蝕速率，可能導致此處腐蝕穿孔或開裂。因此針對涂敷漏點的腐蝕破壞性，為使管線得到完全保護，采用陰極保護和防腐層聯合防護技術，從而在安全性和經濟性方面達到完美的組合，能夠取得良好的防腐蝕效果。

4 緩蝕劑保護技術

由于管線內壁是與輸送介質直接接觸的，而很多輸送介質由于凈化不徹底或混入了許多腐蝕因素（如水分、溶解氧、硫化氫、二氧化碳、硫酸鹽還原菌等是引起管道內壁腐蝕的主要因素），在外部條件如溫度、流速、壓力以及在交變應力等多種因素復合存在的情況下，會使金屬碳鋼的內壁產生局部腐蝕穿孔。輕質石油產品（輕烴等）在沒有經過很好的穩定處理時，在有水和氧氣存在的情況下，也會引起管線的內部腐蝕；在輸氣管線中，由于脫水凈化殘留的游離水分存在，與氣體中的硫化氫、二氧化碳共同作用，對管道內壁產生腐蝕；在油田集輸系統、注水系統、油氣處理裝置、供水管線中卻常常由于氧氣和硫酸鹽還原菌的存在，會使油氣田集輸內部管線產生電化學腐蝕等。針對管線內部的防護技術措施，除了采取涂層外，最有效的方法之一是添加緩蝕劑。

緩蝕劑是一種具有抑制金屬管線腐蝕的化合物總稱。對于一定的腐蝕環境而言，如果選配得當，只需添加極少量的緩蝕劑就能有效地抑制管線腐蝕速率，而且不會改變金屬構件和介質的基本性質。另外，使用緩蝕劑不需要復雜的設備，因此緩蝕劑被廣泛地應用于石油和天然氣的開采、煉制以及管線輸送等工藝中，凡是與腐蝕介質接觸的管道、設備及其閥門等表面都可以得到理想的保護。

緩蝕劑的種類很多，如按作用機理分類可分為陽極型、陰極型和混合型緩蝕劑等。在實際應用中如何選用緩蝕劑，主要從被保護金屬的種類，腐蝕的介質，緩蝕劑的用量和協同效應，緩蝕劑使用時的周圍環境保護，以及藥劑的配伍性等方面綜合考慮，同時還要考慮緩蝕劑的緩蝕效率等。

[1]陳德勝，王遂平，龍嬡嬡，等．輸氣管線內腐蝕檢測評估技術研究與應用[J]．油氣田地面工程，2011，30（8）：6-8.

[2]張新戰．隧道內管道外腐蝕控制技術[J]．油氣田地面工程，2012，31（8）：6-8.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.066