夾克泡沫陰極保護管道的腐蝕原因及防護

趙維 王菁

摘要 本文主要是針對黃夾克管道在集油管線中出現的腐蝕穿孔現象進行分析，分析夾克泡沫塑料層的破損情況及開裂原因等，探討黃夾克輸油管道的防腐措施。

關鍵詞：?黃夾克 腐蝕 防護

目前，在集油系統埋地管道中，黃夾克管道的應用較為廣泛，雖然管道的材質以及外防腐材料和防腐方式不斷得到改善，但由于各種各樣的原因，黃夾克管道的腐蝕及穿孔現象卻不斷發生，這些情況都對油田生產直接造成了嚴重的經濟損失和安全隱患。所以，了解并掌握黃夾克管道出現腐蝕及穿孔的原因所在，探索并尋找出相應的解決辦法和對管道的保護措施，不僅便于生產管理，還可以延長管道的使用壽命、節約生產運行成本。

1 生產現狀

集輸管道一般距離較長，大都采用埋地方式。因施工、外力、老化等原因，夾克防水層總會存在一定局部缺陷，如管道補口、彎頭防水層施工質量差以及直管段夾克層破損、老化開裂等。為彌補防腐層存在的局部缺陷造成管道局部腐蝕，在管道具有防腐絕緣層的基礎上再施加以陰極保護形成雙層保護，是目前被認為既經濟又有效的防止埋地管道土壤腐蝕的防腐方式。因此，大港南部油田在距離較長的聯合站外輸、中轉站系統輸油管道上進行了規模應用，但實際應用中發現管道雖然實施了陰極保護，在管道運行2-3年后仍然還會逐步出現腐蝕穿孔，且腐蝕穿孔部位主要集中在管道夾克破損處、彎頭、管道補口、管道進出地面易積水管段、經常有水浸泡管段以及地面以上有保溫層易存水部位等，即多集中在陰極保護應發揮作用的防腐絕緣層存在缺陷的部位，顯示出陰極保護沒有發揮應有作用。為此，對陰極保護管道漏失原因進行分析，進而提出針對性措施和建議。

2 埋地金屬管道腐蝕機理

金屬管道腐蝕以電化學腐蝕為主，腐蝕過程就是無數腐蝕原電池的發生過程，即若在同一種電解質溶液中，存在兩種不同電極電位的金屬有電性連接，則電極電位低的金屬發生腐蝕（陽極），電位高的不腐蝕，但產生氣體或其它腐蝕產物。腐蝕原電池發生原理示意圖如下。

從腐蝕原電池發生機理得出腐蝕原電池發生必須滿足三個條件：1）兩種金屬必須處于同一連續的電解質溶液中。2）兩種金屬存在電位差。3）兩種金屬之間存在電性連接。

埋地金屬管道所處土壤可視為一種成分復雜的電解質溶液環境，管道不同部位因材質差異、所處環境不同，相對土壤腐蝕介質存在不同電極電位差，若不采取任何防腐措施，管道將形成無數的腐蝕原電池，造成腐蝕。

3埋地金屬管道常用外防腐措施

3.1防腐絕緣層

為防止埋地金屬管道土壤腐蝕，一般都要施加防腐絕緣層。埋地管道施加防腐絕緣層一方面隔離了管道與土壤腐蝕介質，另一方面也切斷了不同部位宏觀腐蝕原電池之間電性連接，從而阻止了管道腐蝕原電池的發生，這也是目前最有效的防腐措施。從近年來采油廠管道檢測修復工作中也發現，凡是埋地管道防腐絕緣層完好管段，管道應用10年以上也基本不存在土壤外腐蝕，管道腐蝕漏失部位幾乎全部集中在防腐絕緣層存在缺陷或老化破損處。

3.2陰極保護

管道防腐絕緣層由于施工缺陷、老化等原因，很難完好無損，為了彌補這方面的不足，在管道具備防腐絕緣層的基礎上，再施加陰極保護作為補充來實現對防腐層損壞部位的保護，是目前國內外普遍采用的一種防腐方法。陰極保護防腐原理如下。

管道陰極保護就是為了消除腐蝕原電池在管道上的的發生，在管道具有防腐絕緣層基礎上而采取的一種防腐技術措施。通常有兩種方法，一是將電極電位更負的金屬與管道相連，電極電位更負的金屬作為腐蝕原電池的陽極遭受腐蝕，管道作為腐蝕原電池的陰極免遭腐蝕，這就是犧牲陽極法;另一種是利用外部電源，強制將輔助陽極地床作為腐蝕原電池陽極，管道變為腐蝕原電池的陰極，避免管道腐蝕，這就是強制陰極保護電流法。

4 陰極保護管道漏失原因分析

從管道運行情況看，多數帶有陰極保護的保溫管道在投產運行2～3年仍出現腐蝕穿孔現象，具體原因分析如下：

4.1管道不埋地部分外腐蝕主要是保溫層進水腐蝕造成的

傳統陰極保護方式是以大地土壤為腐蝕介質，通過犧牲陽極或強制電流法形成的陰極保護系統，只有在管道—土壤—犧牲陽極（強制電流輔助接地陽極）這個腐蝕體系中形成電流回路，即管道外壁獲得陰極保護電子后管壁才能不腐蝕，陰極保護才能發揮作用，而對地面以上不埋地管道以及管道內壁，陰極保護不發揮作用。為了提高防腐保溫效果，一般對地面以上管道也進行發泡保溫，然后在外部再纏繞防水層。但由于防水層暴露在外，極易老化、損壞，雨水或溝渠污水極易進入泡沫保溫層，若不能及時排出，會形成腐蝕，甚至泡沫還會發生水解，產生比土壤還會強的酸性腐蝕成分，加速對管體腐蝕，造成腐蝕穿孔。如管道進出地面易積水管段、拱跨有保溫層底部易存雨水部位等。

4.2 管道埋地部分，由于防腐保溫結構絕緣電阻率高，對陰極保護電流具有屏蔽性，導致陰極保護起不到防護作用導致腐蝕。

4.2.1陰極保護“屏蔽”現象

如圖為一犧牲陽極保護示意圖，如在鐵板中間部位用絕緣層封閉一段空間，空間內若仍充滿腐蝕介質，那么，即使鐵板實施了犧牲陽極保護，但在封閉空間內因得不到陰極保護電流，鐵板會仍會腐蝕，這就是所謂的陰極保護“屏蔽”現象。

4.2.2夾克保溫管道屏蔽層的形成

根據GB/T50538的設計要求，保溫管道聚乙烯防護層的體積電阻率大于1×1014Ω·m，聚氨酯泡沫塑料的體積電阻率達1×108～1×108Ω·m。防護層和保溫層都是電絕緣良好的材料，且均有一定的厚度，與一般的管道防腐層結構相比，保溫管道的復合結構更易形成相對獨立的封閉空間，形成“屏蔽層”。若由于補口因材質、施工質量和管道位移等因素，使得補口的嚴密性和可靠性達不到要求，或管道夾克防護層破損，就會導致地下水滲入，造成鋼管與新形成的封閉空間腐蝕介質直接接觸，形成一個新的腐蝕體系，而傳統的陰極保護方式陰極保護電流無法進入從而導致腐蝕。

5 陰極保護管道減緩腐蝕漏失建議

5.1加強管道防腐絕緣層檢測修復，提高防腐效果

防腐絕緣層可使管道表面與周圍介質相隔離，切斷腐蝕電池回路，阻止腐蝕，是管道防腐的重要措施，因此無論從管道開始敷設時的施工質量還是使用后期的檢測、維護都十分重要。

5.2實驗應用夾克層內置犧牲陽極保護，消除夾克泡沫層陰極保護“屏蔽”問題。

針對傳統陰極保護存在缺陷，提出一種新型陰極保護技術實施方式，即保溫層內置犧牲陽極技術，以解決“陰極保護電流屏蔽”問題。

參考文獻

[1]徐曉剛、賈如磊 ?油氣儲運設施腐蝕與防護技術 化學工業出版社，2013

[2]紀云嶺、張敬武、張麗 ?油田腐蝕與防護技術 石油工業出版社 2006

大港油田第三采油廠工藝研究所，河北，061023