長輸管道保溫層下腐蝕與防護研究

陳廣（中原油田普光分公司采氣廠 四川 達州 636156）

陳強 崔啟勇 王偉（海洋石油工程股份有限公司 天津 塘沽 300452）

長輸管道腐蝕現象遍及整個管輸生產過程中，危害十分嚴重。首先，腐蝕會造成重大的直接或間接的經濟損失。據工業發達國家的同濟，因腐蝕造成的經濟損失約占當年國民經濟生產總值的4.7%。其次管道金屬腐蝕，特別是不顯而易見裸露在直觀視覺下的腐蝕，會在物任何征兆下發生并危及人身安全。如1965年3月美國某輸油管線因腐蝕破裂而失火，造成17人死亡；1980年8月北海油田的采油平臺輸油管線發生腐蝕破壞，致使123人喪生。由此可見：腐蝕不僅消耗大量金屬，而且造成能源浪費，因腐蝕造成的跑冒滴漏，不但造成經濟損失，還可能使有毒物質泄漏，導致環境污染，危及人身安全。在長輸管道方面，每年由于保溫層下腐蝕導致的管道輸油及設備的跑冒滴漏故障以及非正常情況下停輸所造成的損失高達幾千萬元。

一、保溫層下腐蝕

1.機理描述

帶保溫層的設備或管道在實際工況下，若設備、管線外面防腐層和保溫材料施工過程不規范，或長輸管道外層保溫防腐保護層在野外等惡劣環境下常常遭受到外界因素而導致的破壞、缺失等現象發生。因此可以按照腐蝕環境腐蝕機理可以分為潮濕環境、干燥氣體、熔融鹽等，在潮濕環境下屬于電化學機理；干燥氣體中為化學機理。長輸管道保溫層下腐蝕基本屬于上述兩種類型，具體表現為干腐蝕和濕腐蝕兩種：干腐蝕是指保溫層內部與管道金屬表面直接在常溫干燥的空氣下發生的氧化腐蝕現象，表面生成很薄的腐蝕產物，使金屬失去光澤。濕腐蝕是指在潮濕管徑和含水介質的腐蝕，絕大多數常溫腐蝕屬于這一種，其腐蝕機理為電化學腐蝕機理。

保溫層下腐蝕形態一般表現為：金屬表面防腐油漆層變色、失光、粉化、裂紋、發脆、鼓泡、銹蝕，金屬表面大量銹蝕產物，腐蝕凹坑，嚴重時造成設備穿孔。

當管道金屬壁周圍存在著水分子時，由于水分子為強的極性分子，且處于不停的熱運動中，使處于表面邊角處的金屬原子首先受到水分子的吸引，并由勁歌遷移到表面，變成吸附原子；在雙電層電場的作用下，變成水化陽離子，金屬陽離子在晶格中的位能較高，而且它們在溶液中的水化離子位能較低，因此金屬離子的水化過程伴隨著能量降低，是一個自發過程。其存在的主要的電化學腐蝕反應方程為：

陰極反應：O2+H2+e→OH-;

陽極反應：Fe-4e→Fe2+;

陰極與陽極同時發生反應的同時，反應產物又相聚，致使陽極反應生成的Fe2+與陰極反應生成的OH-生成此生腐蝕產物Fe(OH)2，Fe(OH)2穩定性不強，存在繼續在氧氣的作用下發生氧化反應，最終得到腐蝕產物Fe(OH)3和Fe3O4。其反應方程式如下：

Fe(OH)2+H2O+O2→Fe(OH)3;

Fe(OH)2+Fe(OH)3→H2O+Fe3O4;

腐蝕產物Fe(OH)3和Fe3O4，不能牢固附著在管道壁上，因此長輸管道一旦發生了腐蝕現象，腐蝕就會接連持續下去。

2.易發生保溫層下腐蝕情況

保溫層下腐蝕發生在低溫部位的管道設備的保溫層下的外壁，通常發生的部位有：1、-10攝氏度到100攝氏度運行的碳鋼材質管道輸送系統中，在運行溫度引起大氣濕氣頻繁或持續凝結和再次汽化的場合，外部腐蝕特別具有侵蝕性；2、100攝氏度以上，但處在間歇場合或經常停運的碳鋼材質管輸系統中；3、遭受工藝淋漏物、濕氣侵入或酸蒸汽的區域和暴露于蒸汽排放口附近的區域；4、露點以下溫度運行的冷設備及防腐層退化的設備。

二、保溫層下腐蝕的防護措施

1.材料表面進行改性

對長輸管道腐蝕發生面一側材料表面進行改性和防護是當前相對較追求的一種技術手段。目前國內外很多研究機構都從事這方面的研究，就近幾年應用成果來說：較為突出的防腐技術方面表現在一下幾方面：（1）對碳鋼材質，不銹鋼材質的長輸管道表面應用了轉化膜新技術，可以大大提高抗腐蝕性，延長設備使用壽命。（2）普通碳鋼材質的管道在施工過程中控制腐蝕表面時采用了滲鋁技術，如電解式滲鋁、埋覆式滲鋁、熱浸式滲鋁等技術。（3）新型涂層技術、對長輸管道進行整體涂覆技術、防腐和抗靜電涂層技術以及雙層環氧管線等防護技術。

2.研制新型緩蝕劑

隨著近幾年緩蝕劑技術的發展，特別是具有緩蝕和阻垢的復配綠色金屬表面緩蝕劑方向，主要向著無毒無害、高效復合以及環境友好的方向發展。特別是有機緩蝕劑的研究是一個熱點，有機物分子在溶液或氣相中自發的吸附在固體金屬表面上所形成的緊密排列的二維有序單分子層，其厚度約零點幾到幾個納米，這樣致使被保護的金屬表面性質發生很大的差異性變化，從而使環視效率大大提高，特拓寬了緩蝕劑的應用范圍。同時，由于成膜分子在空間有序排列，這就為在二維乃至三維領域內研究其物理性質提供了節能，為進一步探索緩蝕劑的作用機理，合成新的高效緩蝕劑提供了途徑。

結論

對長輸管道腐蝕情況的分析不難看出，油氣集輸過程引起保溫層下管道腐蝕的物質需要引起特別注意，本文對于長輸管道的腐蝕機理、腐蝕過程、防護策略進行了簡要概述，提出了相應的保護措施，目的就是要達到長期有效的防腐作用，最大限度降低應腐蝕帶來的成本損耗，確保油氣集輸過程中的正常生產運行，提高安全確保效益。

[1]《保溫層下金屬材料腐蝕的研究現狀》姜瑩潔等著，腐蝕科學與防護技術，2011年9月.

[2]《煉油設備保溫層下腐蝕與防治》饒興鶴著，腐蝕與防護，2001年8月.