防腐涂料在石油天然氣管道中的應用探討

黃漢奇

（大慶油田天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

目前，天然氣是我國重要的礦產能源，在我國有著極為廣泛的應用空間。天然氣資源在開采后均會進行脫水脫硫處理，以求提高能源使用的環保性以及降低其對管線設備造成的腐蝕。但在尤其儲運的過程中，工況條件復雜多變，天然氣管線仍存在不同程度的腐蝕。造成管線腐蝕的原因較多，但多數是因為硫化氫、二氧化碳和水。根據不完全數據統計顯示，全球每年因天然氣管線泄露造成的直接經濟損失總價格超過10000億美元，是地震、水災、臺風等自然災害造成經濟損失的6倍。其中石油天然氣企業受到的損失最為嚴重。除因管線泄露造成的直接經濟損失外，還存在因斷線、效率下降等問題造成的間接經濟損失。因此管線防腐是各個國家都在致力研究的科研內容之一。目前防腐涂層是最經濟、應用最為普遍的方法之一。

1 石油天然氣管道腐蝕的原因分析

管線腐蝕現象的本質原因，是管線中金屬的組成部分，在環境因素的影響下，逐步轉化為低能量的氧化物，這是一個電化學的過程。

1.1 管道外腐蝕

1.1.1 土壤腐蝕

天然氣管線一般長埋地下，因土壤造成的腐蝕是管線腐蝕發生的主要原因之一，土壤中存在許多容易造成管線腐蝕的物質，如水、硫、容易在水中電離的鹽類物質等等[1]。會逐步對管線產生化學腐蝕以及電化學腐蝕。

1.1.2 微生物腐蝕

在土壤中生存的厭氧型細菌也對管線存在的一定的腐蝕作用，微生物腐蝕特點十分鮮明，均為點狀的局部腐蝕，目前已知對管線存在腐蝕作用的微生物種類較多，主要包括鐵細菌、硝化菌、霉菌、真菌以及硫酸鹽還原菌[2]。

1.1.3 雜散電流腐蝕

受多種原因決定，土壤中會存在一定的電流，而管線多為導電金屬鑄造， 容易在電流的作用下形成腐蝕。此類腐蝕現象外防腐措施作用效果較低，一般需求采用電器化鐵道、陰極保護、交直流高壓輸電系統接地等措施進行防護和規避。

1.2 管道內腐蝕

一般情況下處于干燥狀態下硫化氫對金屬材料沒有直接的腐蝕能力，但硫化氫在溶于水后，硫化氫會迅速發生電離，電離釋放出的氫離子會在陰級位置吸收電子，導致出現陽極鐵溶的現象發生，最終導致管線腐蝕現象的發生。

2 石油天然氣管道防腐涂料

2.1 地上管道外壁用防腐涂料

管道外壁用防腐涂料是目前最常見的管線防腐措施之一，防腐涂料可以有效隔絕太陽光照、溫差變化、雨水、腐蝕性氣體等對管線的直接腐蝕作用，延緩管線外腐蝕現象的發生進程。這就要求外防腐涂層需要具備耐水性、耐化學腐蝕性、絕緣性以及一定的物理強度。目前天然氣管線的外防腐涂層一般采用多層結構，最底層為富鋅底漆或環氧云底漆，然后根據實際的防腐需要在底漆上噴涂多層的醇酸鋁粉面漆涂料，起到絕緣、防水、防腐的作用。近年來我國又逐步研發了如含氯聚合物、丙烯酸、聚氨酯等新型面漆[3]。

2.2 地下管道外壁用防腐涂料

地下敷設的天然氣管道需要面臨比地上管道更為嚴峻惡劣的腐蝕環境，不僅長期處于高溫高壓的環境中，要需要面對土壤中存在的水、酸、堿、鹽以及微生物等物質產生的腐蝕作用，同時要與陰極保護等防腐蝕技術具有較高的兼容性，也要具有一定的耐剝落強度，抵抗地下植物根系的穿透以及其他的應力破壞。目前我國應用于生產中的天然氣管線防腐涂層種類較多，不同的涂層材料有著不同優缺點以及使用范圍。例如，最早出現的煤油磁漆，具有極高的使用穩定性以及鋼附著力，可以在地下環境下長期使用，使用壽命極強，同時漏電敏感性較低，具有良好的陰極剝落性。但由于材料過于老舊，同時生產和使用過程存在一定的環境污染與人身健康威脅，因此目前生產廠家以及施工隊伍數量極少，處于淘汰邊緣。工廠預制膠帶涂層，該涂層屬于定制性涂層之一，由工廠根據實際的使用參數進行定制，因此具有極高的安裝便捷度，漏電敏感性也十分優秀，并具有良好的鋼附著能力，但對運輸、安裝以及存儲要求極為苛刻，容易因溫度以及紫外線問題產生鼓包的現象，影響使用效果，同時對陰極保護技術存在屏蔽作用，這也是限制其應用范圍的主要缺陷。瀝青粘合劑加獅子頭擠壓聚烯烴涂層。該涂層技術是我國1956年引入的技術之一，并逐步完善推廣應用。該涂層施工簡單方便，在生產以及施工的過程中對周邊環境以及操作人員的健康沒有影響，但對鋼附著力小，使用壽命短，同時在應用中發現，此類涂料在外力作用下容易發生撕裂現象。

烯基粘合劑雙側向擠壓聚烯烴涂層，該涂層材料是目前綜合使用效果最好的涂層材料之一，幾乎涵蓋上述涂層材料的所有優點，同時還具備優良的陰極剝離能力，但在使用中發現，在達到使用年限需要替換防腐涂層時，該涂層材料剝除難度極高，需要大量的人力以及時間測成本，同時在剝除過程中可能對管線造成損傷。多層環氧涂層，該涂層材料是目前防腐性能的最強的涂層材料之一，是已知涂層材料中抗沖擊能力最強，耐磨性最高的材料，此外該材料還具備優秀的碳氫化合物的耐受性以及最低的陰極保護電流密度，但目前此類涂料的施工難度較高，具備施工資格的隊伍數量仍較少，初期成本也相對較高，對施工環境以及管線參數也有著苛刻的要求。

2.3 管道外壁防腐涂料的要求

為了滿足管線在實際使用過程中的防腐需求，管線外壁使用的防腐涂料應具備如下特點，首先涂料應具備足夠抗剝落強度，以及鋼附著力，確保使用穩定性以及使用壽命。其次，涂料應易于施工，并具備絕緣的特性，也對搬運和安裝過程中可能產生的機械損傷有一定的抗性。