淺析油氣集輸管道腐蝕機理與防腐技術研究進展

魯大麗

隨著我國各行業(yè)的發(fā)展，在油氣資源方面也具有了更大的需求量，集輸管道數目得到了較多的增長。但在油氣傳輸中，腐蝕情況的存在則會對油氣集輸產生十分嚴重的陶染，不僅會因此引發(fā)較大的經濟損失，且可能因此導致安全事故發(fā)生。所以，需要我們在平時就做好管道腐蝕機理的研究，未雨綢繆，把握管道的腐蝕機理，掌握防腐新，以應對隨時到來的因管道腐蝕而產生的生產問題甚至是事故。

一、油氣集輸管道腐蝕機理

隨著我國對油氣需求量的增長，油氣集輸管道的數目也日益增長，但是管道的腐蝕給油氣集輸帶來了嚴重的陶染，同時也給國家造成了巨大的經濟損失。管道的腐蝕造成的妨害主要有：（1）使設備和管道損壞；（2）管道漏油以至于污染周邊農田及河流；（3）污染工作區(qū)影響員工工作休息；（4）產品流失；（5）人員傷亡等。因此，充分認識腐蝕的形成機理與研討相應的防腐蝕技術具有重要的現實意義。管道的腐蝕按位置來分分為兩種，第一種是從管道外發(fā)生的腐蝕，稱為外腐蝕；第二種是從管道內發(fā)生的腐蝕，稱為內腐蝕。

油氣管道外腐蝕，指管道在同周圍介質產生作用的情況下因電化學作用、物理融解作用以及化學反應等情況的出現破壞管道的外壁的現象。根據管道所處位置的不同，導致外腐蝕產生的原因也具有一定的差別。管道的腐蝕主要包括土壤腐蝕和海水腐蝕等。

管道內腐蝕，受到管質料量、輸送介質以及管道防腐水平的陶染，油氣集輸管道內壁腐蝕主要包括：（1）H2S腐蝕；（2）CO2腐蝕；（3）多相流腐蝕；

二、油氣集輸管道防腐技術

1.外防腐技術。油氣管道外防腐技術經過100多年的發(fā)展歷程，從最初采用天然瀝青作為油氣管道的防腐材料，到現在廣泛使用的三層結構聚乙烯防腐、三層結構聚丙烯防腐、環(huán)氧樹脂類防腐，已經從原材料的加工到防腐設備的制造等方面形成了產業(yè)鏈式的發(fā)展。從防腐技術的發(fā)展趨勢來看，是在向高效、適用、環(huán)保、節(jié)能的方向發(fā)展。石油瀝青涂層：一直被用作防腐的常用方法，石油瀝青層和聚氯乙烯膜是它的主要構成材料，防水較好，廉價，耐候性優(yōu)良，易于操作，技術嫻熟，所以現階段，金屬防腐使用最多的還是石油瀝青防腐層。但是溫度對其影響很大，受到溫度的制約嚴重。高溫軟化，易熔融，低溫下變脆；受到撞擊的時候容易發(fā)生開裂；而且容易發(fā)生老化現象；埋在有巖石的土壤里，要有機械保護層或在溝內填充砂土，增長了金錢的花銷；易受細菌侵蝕，勞動條件差，損耗大，并且石油瀝青防腐層對環(huán)境影響很大，在人口稠密地區(qū)以及人類生活居住區(qū)的使用限制很大。

3PE防腐層：三層結構聚乙烯防腐層綜合了環(huán)氧涂層和擠壓聚乙烯兩種防腐層的優(yōu)良性質，將環(huán)氧涂層的界面特性和耐化學特性，與擠壓聚乙烯防腐層的機械保護特性等優(yōu)點結合起來，從而顯著改善了各自的性能。因此作為埋地管線的外防護層是非常優(yōu)越的。3PE防腐層能夠增加管道的使用時間。

環(huán)氧粉末防腐層：將粉末噴涂到管線的表面上，并且管線需要提前加熱處理，這樣一來，粉末就會在管體上發(fā)生固化反應，形成一層致密的防腐層。所形成的防腐層性能優(yōu)良，具有如下優(yōu)點：（1）使用溫度范圍為-60～100℃；（2）與管體粘著力大，耐陰極剝落性好；（3）抗沖擊性、韌性與耐溫性好，焊接損傷小；（4）防水性、電絕緣性好；（5）損傷易發(fā)現，易修補。（6）對環(huán)境影響較小。其主要缺點是膜層較薄，易損壞，易出現漏點，生產技術要求高；設備也較復雜，野外施工管理難度大。

煤焦油瓷漆：具有吸水率低，抗水滲透的特點。優(yōu)良的化學惰性，耐溶劑和石油產品侵蝕，電絕緣性能好，粘結性優(yōu)于石油瀝青。抗植物根莖穿透和耐微生物腐蝕。低溫發(fā)脆，熱穩(wěn)定性差。施工熬制和澆涂的過程中容易溢出有害物質，對環(huán)境和人體健康有陶染。一般用于地下水位高和沼澤地段的土壤環(huán)境。

聚乙烯膠帶：常用管道防腐材料之一，適用溫度范圍為-30～70℃，在油氣管道上已有三十多年的使用歷史。膠帶在使用中已發(fā)展至多種結構，有良好的防腐綜合性能（如抗沖擊性能、耐靜壓力、防水密封性等）。

三層結構聚乙烯防腐層：熔結環(huán)氧粉末底層的作用是形成連續(xù)的涂膜，提供良好的附著力；熔結環(huán)氧粉末涂料是一種固體的，多成份樹脂體系，以單組份形式出現；聚合物膠粘劑中間層的作用是在環(huán)氧粉末涂料膠化之前與之融合，并與外面的聚乙烯層粘結使三層成為一個整體。通過高溫熔結到鋼管表面經固化、流平形成一層堅硬密實的涂膜，從而達到防腐的目的。聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層一般用于埋地管道上，石油的溫度一般不超過一百攝氏度，能夠完全的保護埋地管線，并且起到保溫的作用。電化學保護法是一種常用的保護金屬的方法，主要有犧牲陽極、外加電流法（陰極保護法）。金屬腐蝕時，由于極化作用，陽極和陰極電位都接近于交點S 所對應的腐蝕電位Ecorr，與此相對應的腐蝕電流為Icorr。在腐蝕電流作用下，金屬上的陽極區(qū)不斷發(fā)生溶解，導致腐蝕破壞。其他防腐涂層：（1）尿烷（焦油）；（2）尼龍；（3）聚氯乙烯；（4）聚丙稀；

2.內防腐技術。目前石油行業(yè)已知的內防腐技術主要包括：采用特殊質料，如不銹鋼、合金、玻璃鋼、碳鋼緩蝕劑、防腐涂層、襯塑等技術，輔以相應的腐蝕監(jiān)測技術和防腐工藝來進行腐蝕控制 ；使用緩蝕劑進行防腐、涂抹防腐材料、電鍍、復合管防腐等技術。緩蝕劑防腐：透過改變腐蝕金屬的表面情況，或者采用催化劑，讓腐蝕的過程中，陽極和陰極產生變化，降低其反應速率，最后實現防腐蝕。復合管防腐：廣泛使用的復合管主要有雙金屬復合管、陶瓷內襯復合管和玻璃鋼內襯復合管。復合管能在一定程度上防止集輸管線的腐蝕，但其與鍍層一樣，相對價格較高，而且對于特殊的地段需要特殊的材料，工藝較為復雜，成本較高。涂料防腐：涂層鋼管最常用于輸油管線，其原理是在管道內壁和腐蝕介質之間提供一個隔離層，從而起到減緩腐蝕的作用。內涂層防腐技術可有效防止內腐蝕，節(jié)約大量的管材和維修費用，顯著提高油氣田的輸送效率，減少清管次數。

三、管道防腐新技術展望

隨著我國能源政策的調整，長輸管線的建設在我國具有相當的市場潛力，防腐技術會呈現出新的需求。但由于地方財政、認識水平等多方面因素的陶染，價格昂貴的防腐蝕涂料的應用必然受到局限，而綜合性能好、成本低廉、使用方便、易于推廣的防腐蝕新材料和新工藝將在主管道或支管道上受到歡迎，急需加強在這方面的研討開發(fā)工作，這也是我們現階段最需要做的事情。

必須強烈意識到，由于受到經濟與理論知識認識度等多方面因素限制，成本低廉、綜合性能好、使用方便的材料更加易于推廣。因此，防腐技術的是每一位從事該項研究的科研工作者面臨的挑戰(zhàn)與機遇。