淺談沿海埋地輸油管道腐蝕與防護

朱林超，張仁坤，顧佳鵬

(浙江海洋大學 石化與能源工程學院，浙江 舟山 316000)

目前，我國已是僅次于美國的第二大石油消費國，能源需求巨大，而且我國也是石油凈口國，對外依賴程度大。考慮到國家石油安全戰略儲備和穩定石油市場需要，我國在遼寧大連、山東黃島、浙江鎮海和浙江舟山等地建造大型國家戰略儲備庫，可見，選址地區都分布于沿海地區。沿海地區經濟發達，油庫眾多，沿海埋地輸油管道也得到迅速發展。由于輸油管道多鋪設于地下，且土壤多呈鹽堿性，其組成和性能不均勻，除了受到管道內油品的腐蝕，埋在土壤中的金屬輸油管道還因外部環境影響極易發生腐蝕穿孔，引發油品泄漏事故，這可能會給油品運輸帶來中斷、泄漏問題，造成資源的浪費，還會污染環境，更嚴重是油品泄漏后存在燃燒爆炸的風險。可見，一次輸油管道泄漏事故往往會給生產帶來巨大的損失和危害。為使埋地輸油管道安全運行，探討埋地輸油管道長期有效的防腐措施是十分必要的。

1 沿海環境

在我國東部沿海地區，氣候大多有高溫、高濕的特點，南部沿海地區每年炎熱季節日平均氣溫到 30 ℃的天數可達100天以上， 雨季平均濕度可達 85 %左右。在近海地區，海水入侵使沿海地區土壤中的可溶性鹽含量相比內陸高出許多，主要的可溶性鹽有氯化鹽、硫酸鹽和鎂離子等，而土壤中的可溶性鹽能加快埋地輸油管道受到的化學、電化學腐蝕作用。含有海水成分的土壤是具有很大腐蝕性的天然電解質 ，特別是對金屬物質，促進其電化學反應非常有利。同時，沿海地區氣候濕潤，降水多，土壤含水量高，進一步提高了土壤中可溶性鹽濃度，使土壤導電率增大，沿海地區含有海水成分的潮濕土壤的導電率遠比內陸地區土壤導電率要高，這使得土壤腐蝕性大大增強，此外含水量高低隨時間的變化也會使土壤腐蝕性加強。

2 腐蝕類型與機理

埋地金屬管道發生腐蝕按其部位的不同可分為內壁腐蝕和外壁腐蝕。內腐蝕是指管道內輸送油品中可能含有的硫、水等雜質對管道內壁產生腐蝕影響；而外壁腐蝕主要的影響因素是土壤環境，土壤中含有的水、氧氣、可溶性鹽、微生物，都對金屬管道有一定的腐蝕作用，使埋地管道發生各種化學腐蝕和電化學腐蝕。

2.1 土壤腐蝕

埋地管道深埋地下，腐蝕的外部因素主要是土壤環境，土壤是一個由氣、液、固三相物質組成的復雜系統，作為腐蝕過程中的電解質主要特征包括多相性、不均勻性、酸堿性。因此，研究土壤對埋地輸油管道的腐蝕規律，已是管道防腐科學領域研究中一個重要課題。

2.1.1 土壤腐蝕的電化學過程

埋地金屬管道與土壤形成雙電層，產生電位差，即管道在土壤中的電極電位。由于土壤在不同位置理化性質的不同，埋地管道的不同部位，電極電位是不相等的，兩個不同電極電位系統之間就形成腐蝕電池，發生電化學腐蝕。

(1)陽極過程

鋼鐵是管道的主要材質，在一般弱酸性、中性和堿性土壤中腐蝕的陽極過程如下：

Fe+nH2O →Fe2++nH2O+2e-

鐵在潮濕土壤中的腐蝕與在溶液中腐蝕時類似，腐蝕過程主要由陰極過程所控制。在透氣性好的土壤中，陽極過程的進行方式接近于鐵在中性電解液的陽極行為。像在大多數中性電解液中一樣，鐵在電化學腐蝕過程中以兩價鐵離子進入土壤電解質，并與OH-、O2發生一系列次生反應最終生成Fe2O3，只有在酸性較強的土壤中，才有一定數量的鐵成為兩價和三價離子，以離子狀態存在。

(2)陰極過程

在弱酸性、中性和堿性土壤中，陰極反應主要是氧的去極化作用。陰極過程是：

O2+2H2O+4e-→40H-

氧的去極化過程包括兩個步驟:①氧向陰極的遷移；②氧的離子化反應。由于土壤腐蝕的復雜條件，使腐蝕過程的控制因素差別也較大。埋地管道在土壤中電化學腐蝕中，陰極過程是主要控制步驟。氧在土壤中的擴散速度取決于管道的埋深程度、松緊程度、土壤結構、濕度等因素。

2.1.2 土壤腐蝕影響因素

(1)土壤含水量

含水量影響土壤的導電率和含氧量。沿海地區降水豐富，土壤含水量高，會使土壤中可溶性鹽濃度提高，土壤電阻減小，腐蝕加劇。當然，土壤含水量也不是一直固定不變的，受季節降水影響，含水量也會發生變化，而含水量的變化會使土壤腐蝕性加強，可見土壤腐蝕對埋地輸油管道的影響是復雜的，也是非常重要的。

(2)土壤鹽分

(3)土壤導電性

土壤的導電性受土質、含水量、可溶性鹽分濃度等因素的影響。在水分容易滲透流失的砂土中，土壤導電性差，腐蝕性小；而在水分不容易流失的黏土中，鹽分溶解得多，因此土壤導電性好，腐蝕性強，人們通常用土壤的導電性來衡量土壤的腐蝕性。沿海地區土壤鹽分含量高，且含有的水會提高土壤中可溶性鹽濃度，電阻率小而使得土壤腐蝕性強。

(4)土壤含氧量

氧可以通過顆粒間空隙滲透進入土壤，或者由于水中的溶解氧隨水一起滲入地下，存在于土壤中。氧對土壤腐蝕影響很大，除了在少數強酸性土壤中，金屬腐蝕的陰極過程是氫去極化，在絕大多數的土壤中，氧為陰極去極化劑，反應過程如下:

O2+2H2O+4e-→4OH-

不同結構土壤的透氣性不同，在透氣性好的土壤中氧含量高，金屬腐蝕加快，但埋地輸油管道沿經土壤可能既存在土壤密實段也存在土壤疏松段，造成土壤含氧量差異，這樣一來，使管道形成氧濃差電池，土壤中含氧量高的地段管線成為陽極，受到強烈的腐蝕。

(5)雜散電流

雜散電流是指由正常電路漏失的電流。主要可能的來源包括電氣化鐵道、有軌電車、電化學保護裝置等，埋設于地下的輸油管道在雜散電流影響下發生雜散電流腐蝕。雜散電流腐蝕可導致地下管道發生嚴重的腐蝕破壞作用。其腐蝕量與雜散電流的強度成正比，且服從法拉第電解規律。在土壤中發生雜散電流的強度有時非常大，對于壁厚為7～8 mm的鋼管，4～5個月即可發生腐蝕穿孔。由此可見，雜散電流引起的腐蝕是相當嚴重的。

(6)微生物腐蝕

土壤中有各類微生物、細菌，土壤腐蝕中常見的與腐蝕有關的是硫桿菌屬的細菌，包括氧化硫桿菌，排硫桿菌等，且都屬好氧性細菌。這些微生物能將硫酸鹽中的元素硫轉化成硫酸、硫化氫等酸性物質，對埋地管道造成嚴重腐蝕。微生物的催化作用能加速管道腐蝕，改變管道周圍的環境條件，如氧濃度、鹽濃度、pH值，破壞管道表面保護性覆蓋層的穩定性等。

2.2 內腐蝕

埋地輸油管道內輸送的介質無疑是各類油品，包括汽油、柴油、原油等。油品中可能的硫、水等化學物質，都會對管道腐蝕產生影響，在油品介質的長期作用下，使得其出現一定程度的腐蝕，從而影響埋地輸油管道運行的可靠性。

3 埋地管道的防腐措施

根據埋地管道內部與外部環境因素，外部要防止土壤環境的化學和電化學腐蝕，內部要做好其儲存及輸送介質的防腐工作。

3.1 內部防腐措施

內部防腐主要是針對管道中所輸送的油品介質而言，在實際生產和運輸中，可以根據輸送介質的腐蝕程度選擇合適的金屬材質管道來進行運輸，對管道進行除銹、清垢、噴砂等表面處理后，涂襯涂層或薄膜材料，使管內形成內防腐層。此外，還可以對輸送介質進行適當的處理，如降低油品含水率、加入減緩金屬腐蝕的化學劑等，以減少油品對管道內壁的腐蝕作用。

3.2 外部防腐措施。

(1)涂層保護

在管道表面加保護涂層保護，使管道表面與土壤環境隔離，以阻礙金屬管道表面微電池腐蝕。地下金屬構件上施加的涂層，通常是有機或無機物質做成的。目前管道外涂層用得比較普遍的是煤焦油瀝青、環氧樹脂涂料和聚氨酸泡沫塑料等材料。

(2)電化學保護

埋地輸油管道受到的腐蝕作用中，電化學腐蝕的危害相當大，且腐蝕率高，采用電化學保護方法，做到遺失電子的補充，能有效避免輸油管道被腐蝕。陰極保護法利用外加電流或犧牲陽極法對金屬施加外加陰極電流來減小或防止金屬腐蝕。

(3)聯合保護

涂層法與電化學保護法的聯合使用，是一種相當經濟有效的方法，可大大延長管線壽命。這樣不僅可以彌補保護涂層的針孔或破損缺陷造成的保護不完整，而且可以避免單獨使用陰極保護時高電能的消耗。目前為止，金屬管線的土壤腐蝕防護普遍采用涂層和陰極保護聯合防腐措施。

4 結語

為了滿足我國經濟發展的要求，我國對于能源的需求程度更為增加，輸油管道規模化建設，而油品管道輸送的可靠性也逐漸被社會所關注。管道腐蝕無法避免，對埋地輸油管道的防腐蝕保護，雖然前期投入各類防腐措施資金成本較高，但可以大幅度提高被保護管道的運行壽命，避免污染環境，降低因腐蝕穿孔而導致油品泄漏帶來更大風險的可能。因此，從長遠角度來看，提前做好管道的防腐工作其所帶來的經濟效益、社會效益十分顯著，對確保管道安全輸油，降低生產成本，保護環境具有重要的意義。