場站室外地面管道的管托腐蝕情況調(diào)查及防治建議

易飛虎

中國石油冀東油田公司，河北唐山 063200

管托是管道與支撐管道的鋼結(jié)構(gòu)或混凝土支架之間的連接件，起支撐（托）管道作用，是支架的一種形式。近年來，在冀東油田場站檢維修時發(fā)現(xiàn)幾個主要場站室外地面管道的管托腐蝕情況較為嚴(yán)重，部分場站的管托涂層出現(xiàn)起泡、脫落，甚至嚴(yán)重腐蝕，嚴(yán)重影響管道運(yùn)行安全。盡管在安裝管托時采取了防腐措施，但由于防腐涂料的選擇、防腐施工工藝以及所處的氣候環(huán)境等方面因素的影響，管托涂層容易遭到破壞，由此產(chǎn)生的多次維護(hù)增加了管道的安全隱患和運(yùn)行成本。本文通過對冀東油田靠近海岸線的5個場站室外管托腐蝕情況的調(diào)查分析，并結(jié)合油田常用的兩種防腐結(jié)構(gòu)的使用情況，提出了管托腐蝕的防治建議。

1 場站室外地面管道的管托腐蝕狀況

1.1 管托防腐結(jié)構(gòu)及材料調(diào)查

管托防腐結(jié)構(gòu)存在的問題：

（1）對管托沒有進(jìn)行針對性的防腐設(shè)計。在工藝安裝圖中，只給出管托的結(jié)構(gòu)型式，而管托的防腐結(jié)構(gòu)及防腐涂料并未明確，因而在管托防腐施工時，一般都參照地面管道防腐結(jié)構(gòu)及防腐涂料的要求進(jìn)行防腐施工。

（2）由于管托結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，容易造成防腐施工死角。油田地面管道常用管托的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：一種是丁字托滑動支座及丁字托加側(cè)板滑動支座，另一種是曲面槽滑動支座。由于管托的面積較小、棱角多、角焊縫多，容易造成施工死角，給防腐施工造成一定的難度，在一定程度上影響防腐施工質(zhì)量。

防腐涂料的選擇對防腐效果影響較明顯。油田常用管托的防腐材料主要有兩類：一類是醇酸類涂料，另一類是環(huán)氧類+丙烯酸聚氨酯類涂料。從防腐性能來看，醇酸類涂料的耐水性、附著力和漆膜強(qiáng)度都弱于環(huán)氧類+丙烯酸聚氨酯涂料。

醇酸類涂層主要有兩種結(jié)構(gòu)：一種是地面保溫管道（如輸油管道、伴熱管道）的管托防腐結(jié)構(gòu)，為“防銹漆+調(diào)和面漆”的兩層結(jié)構(gòu)；另外一種是地面非保溫管道（如輸氣管道、輸水管道）的防腐結(jié)構(gòu)，為“防銹漆+中間漆+調(diào)和面漆”的三層結(jié)構(gòu)。

環(huán)氧類涂料+丙烯酸聚氨酯涂料一般采用兩底+兩中+兩面的三層結(jié)構(gòu)。

1.2 腐蝕情況調(diào)查

油田海岸沿線5個場站室外地面管托腐蝕情況見表1和圖1。

表1 管托腐蝕情況統(tǒng)計

圖1 管托腐蝕的幾種情況

從調(diào)查情況看，管托腐蝕主要表現(xiàn)在兩方面：一是本體返銹、腐蝕及漆膜空鼓、脫落；二是焊縫、邊緣等邊角處返銹，這是管托腐蝕最常發(fā)生的位置。

2 場站室外地面管道管托腐蝕因素分析

通過對油田5個沿海場站室外地面管道管托防腐情況的調(diào)查，總結(jié)了如下腐蝕因素。

2.1 防腐材料

從調(diào)查統(tǒng)計來看，采用不同的防腐材料的管托腐蝕情況不一樣，采用醇酸類調(diào)和涂料防腐的一般是返銹腐蝕，采用環(huán)氧類涂料防腐的一般是返銹、起鼓、脫落。

醇酸類調(diào)和涂料在涂刷前一般采用稀料進(jìn)行調(diào)制，而稀料都具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，涂刷完成后固化時間較長，而在固化過程中，稀料的大量揮發(fā)容易使涂層形成針孔缺陷；另外一個原因是調(diào)和漆形成的漆膜強(qiáng)度相比環(huán)氧類涂料差很多，涂層存在缺陷時會形成點(diǎn)狀腐蝕，因此腐蝕表現(xiàn)一般為返銹。

環(huán)氧類涂料+丙烯酸聚氨酯面漆涂刷前一般采用稀料和固化劑進(jìn)行調(diào)制，可控制涂層固化時間，使涂層在較短的時間內(nèi)形成致密的高強(qiáng)度涂層，一般腐蝕均從缺陷處開始向四周擴(kuò)散，因此其腐蝕表現(xiàn)主要是漆膜起鼓、脫落。

2.2 施工因素

（1）施工順序。在管道施工中，由于場站地面管道復(fù)雜，管道標(biāo)高定位困難，一般地面工藝管道施工都是先加臨時支撐，待流程全部安裝完成后才安裝正式管托。鑒于這種情況，管托安裝基本是在工藝安裝的末期，屬于收尾階段，無論是施工人員還是管理人員對工程細(xì)節(jié)的關(guān)注程度都有所下降，從而導(dǎo)致管托防腐質(zhì)量下降。

（2）管托加工。管托加工一般采用氧氣乙炔切割下料，然后再焊接的工藝。氧氣乙炔切割產(chǎn)生的氧化層結(jié)構(gòu)致密，可形成很好的保護(hù)層，但氧化層清理不徹底會造成漆膜附著力差，從而留下涂層隱患。這也是管道管托邊角處容易發(fā)生腐蝕的重要原因之一。

（3）施工水平。現(xiàn)場人員進(jìn)行管托制作時，一般角焊縫的成形質(zhì)量相對較差，表面焊渣清理困難，經(jīng)常出現(xiàn)焊渣、飛濺物清理不徹底等問題，導(dǎo)致管托的表面處理達(dá)不到要求的等級。如果采用的工具不合適，焊縫周圍表面除銹的質(zhì)量也不能保證，甚至出現(xiàn)涂料附著力達(dá)不到要求的情況。

2.3 環(huán)境因素

2.3.1 大氣中所含的介質(zhì)

沿海地區(qū)大氣中夾雜著大量鹽分，在潮濕環(huán)境下使管托涂層表面形成含有溶解性電解質(zhì)的液膜，而氯離子滲透性又非常強(qiáng)，當(dāng)陽極區(qū)鐵產(chǎn)生腐蝕生成二價鐵離子時，在腐蝕電池產(chǎn)生的電場作用下，氯離子不斷向陽極區(qū)遷移并富集。由于氯離子在腐蝕碳鋼的電化學(xué)反應(yīng)中起反復(fù)催化作用，管托鋼材表面將不斷被侵蝕，促使管托表面局部腐蝕不斷加快。

2.3.2 空氣濕度

鋼鐵腐蝕的臨界濕度一般在60%～70%之間，低于臨界濕度時，鋼鐵表面受到的是化學(xué)腐蝕，其銹蝕速度不大；高于臨界濕度時，其腐蝕類型由化學(xué)腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀瘜W(xué)腐蝕，銹蝕速度突然增加，此時銹蝕影響是很大的。

沿海地帶在夏季高溫時相對濕度長期大于75%，在雨后更高達(dá)90%以上。當(dāng)鋼鐵表面濕潤時氧的通路受到限制，銹層作為氧化劑，發(fā)生陰極去極化反應(yīng)；當(dāng)鋼鐵表面干燥時，銹層透氧，這時二價鐵離子又會被滲入的氧重新氧化成氧化鐵[1-5]。因此在干濕交替的條件下，帶有銹層的鋼鐵將加速其自身腐蝕的進(jìn)行，隨著腐蝕的加劇，逐漸出現(xiàn)涂層起泡甚至脫落。

2.3.3 環(huán)境溫度

油田地處溫帶半濕潤氣候，極端最高溫度達(dá)到43.7℃，極端最低溫度達(dá)到-20℃，年平均氣溫達(dá)到12.6℃。大氣中的水蒸汽含量隨氣溫的升高而增大，同時氣溫升高促使銹蝕加劇，尤其在潮濕的環(huán)境里，氣溫越高銹蝕越快。另外，大氣與管托表面間的溫差導(dǎo)致在防腐層表面形成冷凝水，若防腐層存在缺陷，冷凝水滲入防腐層，也會加劇管托母材表面的銹蝕。

3 管托腐蝕防治的建議

3.1 防腐結(jié)構(gòu)及防腐材料的選擇

在管托表面處理、防腐結(jié)構(gòu)及防腐材料的選擇上，應(yīng)根據(jù)施工階段所處季節(jié)、氣候特點(diǎn)和作業(yè)環(huán)境選擇合適的表面處理等級、防腐結(jié)構(gòu)及防腐材料。

2014—2016年，幾個場站陸續(xù)進(jìn)行了管托的防腐治理，均選用了環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆的防腐結(jié)構(gòu)，治理后的管托防腐層至今保持完好，取得了良好效果。從防腐原理來看，是防銹漆在鋼材表面形成致密的涂層對外部腐蝕因素進(jìn)行物理隔離，從而達(dá)到防腐的效果，而富鋅底漆除對外部腐蝕介質(zhì)起到物理隔離的作用外，還通過涂層中的鋅粉以犧牲陽極的方式對鋼材表面進(jìn)行保護(hù)。因此，對于類似近海岸線場站管道的管托防腐，推薦采用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆的涂層結(jié)構(gòu)形式。

3.2 防腐施工

3.2.1 表面處理

因管托制作占整個工程工作量的比例很小，其表面處理等級一般采用St3級[6]。St3級除銹采用非常徹底的手工和動力工具清理，達(dá)到目視檢查時鋼材表面應(yīng)無可見的油、脂和污物，并且氧化皮、鐵銹、涂層和外來雜質(zhì)被清理徹底，使鋼材表面具有金屬底材的光澤。但由于采用手工或手持電動工具進(jìn)行表面處理的局限性，使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜的管托在表面處理時容易出現(xiàn)死角，并且錨紋深度也常常達(dá)不到涂料附著力的要求。作為決定漆膜防腐蝕效果及使用壽命的關(guān)鍵因素，表面處理質(zhì)量若達(dá)不到要求將影響涂料附著力，形成質(zhì)量隱患，因此建議管托的表面處理等級選用Sa2.5級，即采用噴射的方法進(jìn)行處理，不但可以非常徹底、全面地清除焊渣、鐵銹及氧化層，而且可以通過選擇不同的磨料來保證錨紋深度，確保涂層的附著力。

3.2.2 涂裝作業(yè)

在防腐涂料涂刷前，應(yīng)將管托表面殘留的粉塵清理干凈。涂料涂刷應(yīng)保持均勻。確定好前道涂層的表干時間，把握好涂刷間隔時間，如前道涂層未表干不得涂刷第二道涂料；如果上道涂層已經(jīng)干透，必須將干透的涂層表面打毛才能涂刷下一道涂料。

針對曲面槽管托，應(yīng)提前對曲面內(nèi)側(cè)進(jìn)行防腐，避免安裝結(jié)束后形成無法防腐的死角。

3.3 工廠化預(yù)制

工廠化預(yù)制的優(yōu)勢在于加工時采用專用設(shè)備、專用場地，從而使產(chǎn)品的品質(zhì)保持一致。管托作為管道安裝中常用的附件，有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集，屬于標(biāo)準(zhǔn)件，因此新建場站時，根據(jù)設(shè)計選定的管托結(jié)構(gòu)形式及防腐結(jié)構(gòu)委托專業(yè)生產(chǎn)廠進(jìn)行管托預(yù)制加工批量生產(chǎn)，更有利于保證管托的防腐質(zhì)量。

3.4 提高重視程度

從工程施工角度來說，無論管理人員還是施工人員都應(yīng)強(qiáng)化質(zhì)量意識和風(fēng)險意識，合理安排管托防腐施工工序，從細(xì)節(jié)入手，保證管托的防腐質(zhì)量，不給工程留下隱患。

4 結(jié)束語

要從根本上解決管托防腐層使用時間不長就開始失效的問題，首先從設(shè)計階段就開始選擇合適的涂料和合理的防腐結(jié)構(gòu)，保證防腐層的耐腐蝕性能；其次是強(qiáng)化施工管理，保證管托防腐質(zhì)量，使其達(dá)到設(shè)計使用壽命，從而降低維護(hù)成本、保證管道安全運(yùn)行。