埋地鋼制油氣管道防腐蝕措施的探究

李思琪(國家石油天然氣管網集團有限公司華北魯皖分公司，山東 曲阜 273100)

1 確保材料質量，提高檢測水平

石油和天然氣是重要能源，其穩定輸送與供應是保障我國能源安全供給不可或缺的重要條件，因此油氣管道運輸質量直接影響著國民經濟的發展。

優化埋地鋼制管道，首先要對其制作材料予以嚴格管控，這不僅要求相關管理人員對材料進行強度、韌性、耐腐蝕性等諸多功能測試，還需從運輸物性質及其周圍地質特點進行綜合考慮，確保土壤酸堿度及運輸物性質不會對埋地鋼制管道產生嚴重腐蝕效果，延長鋼制管道使用年限。除嚴格制作材料的挑選過程外，相關企業也應提高對防腐材料涂層工作的重視程度。結合現階段埋地鋼制管道涂層施工現狀來看，部分企業選取高價涂層材料，卻忽略了油氣運輸特點，導致出現資金消耗過多、質量提升卻不明顯的現象。考慮到油氣管道運輸過程中可能會產生一定熱量，因此在挑選鋼制管道鍍涂材料時不能僅考慮耐腐蝕性，還應將受熱后的應力納入來考慮范圍，另一方面，還要考慮其與埋地鋼制管道連接的緊密性，防止鍍涂層脫落。

結合上述要求，我國現階段鋼表面常采用熱噴鋁鍍層對管道表面進行處理，該處理方式對技術方面的要求較高，因此相關企業還應加強對操作人員施工技術的要求，提高鍍涂施工水平，避免出現鍍層吸附性不達標，或噴鍍層出現空隙的問題，進一步提高熱噴鋁抗腐蝕效果，延長管道使用壽命[1]。

我國地下輸送管道鋪設較為密集，容易出現管道過保護，或保護欠缺等問題，要想對埋地鋼制管道保護情況及保護效果進行準確的調查，還需建立起較為完善的檢測機制。出于美觀考慮，部分區域不適合設置大量的測試樁，只能將設置成簡易測試點。現階段，中國埋地鋼制管道檢測主要采取Pearson檢測法與交流電流衰減法、直流電位梯度法、變頻—選頻法、密間隔電位法等。隨著新型信息技術的發展，油氣行業加大了數字化智能技術在管道運輸中的應用力度，針對于埋地鋼制管道的防腐工作，相關企業也可適當引用新型技術對管道進行檢測與管理，提高對數據檢測與分析的水平。目前，智能化技術的應用僅限于數據對比等方面，應用范圍較為狹窄，管理人員可將管道保護數據與數值模擬軟件相結合，預測管道腐蝕效果，以便及時發現管道腐蝕破損情況。

2 更新施工技術，增強防腐效果

包裹絕緣層是鋼制油氣管道腐蝕保護中最為重要的措施之一，它能隔斷管道鋼制表層與地下土壤的直接接觸，增大兩者間電阻，使接觸管道的腐蝕電流明顯減少，降低了腐蝕電流對埋地鋼制管道的傷害。煤焦油瓷漆防腐層在管道運輸業中擁有較長的應用歷史，早在1995年，我國就將其應用到了管道腐蝕防護中。隨著時代的進步，鋼制管道防護層技術不斷創新，其構成材料也逐步多樣化。

(1)乙烯防腐層腐護技術。該技術通過在管道外表面覆蓋或纏繞聚乙烯材料達到防腐效果，一般分為冷纏與包覆兩種保護形式。冷纏聚乙烯防腐層與埋地鋼制管道有較強的黏結性性，其耐水與絕緣能力也符合管道腐蝕防護的要求，但其剝離后會產生陰極屏蔽，造成耐沖擊力、耐土壤應力等能力下降，容易出現防護層褶皺；包覆聚乙烯防腐層與埋地鋼制管道的黏結性較差，應用于鋼制管道防腐的情況較為少見。

(2)熱噴玻璃釉防腐技術。長時間應用下，管道會出現老化現象，為延緩管道老化腐蝕的速度，我國積極研發出了熱噴玻璃釉防腐技術。這一技術結合了傳統玻璃釉與現代熱噴涂技術的優勢，使其與搪瓷的防腐效果達到同一水平，是我國在鋼制管道防腐技術上取得的巨大成就。施工人員采用熱噴涂方式，在埋地鋼制管道外表面噴涂玻璃釉，從而形成“玻璃—金屬”復合涂層[2]。該涂層的防腐性能極其強大，同時還具有永不老化的特點，但其正處于工業化實施階段，應用范圍還不廣泛。

(3)石油瀝青防腐技術。該技術與煤焦油瓷漆技術類似，石油瀝青技術也是較為傳統的防腐方式，該防腐層主要材料為底漆與石油瀝青，再通過玻璃絲布進行加強，防水效果較為顯著。但其對溫度的感應能力較強，且容易被土壤中的細菌所侵蝕，再加上熬制瀝青時會產生大量有害氣體，增加環保工作壓力，因此在近年來埋地鋼制管道腐蝕防護工作中已逐漸被淘汰。

(4)環氧煤瀝青防腐技術。埋地鋼制管道絕緣層鋪設中，環氧煤瀝青防腐技術應用最為廣泛，與其他絕緣層材料橡膠，環氧煤瀝青有較大的價格優勢，在確保除銹條件過關的情況下，環氧煤瀝青絕緣層施工成本遠低于其他材料。此外，環氧煤瀝青對鋪設環境的適應能力較強，不僅能用于埋地鋼制管道絕緣層鋪設，對儲罐等其他鋼材也有較強的保護與防腐效果。但需要注意的是，應用環氧煤瀝青絕緣層的埋地鋼制管道應對防腐層做加熱處理，熱度過低會導致環氧煤瀝青無法固化，降低其應用效果，使鋼制管道腐蝕概率增加。也正因如此，該管道在冬季時需要長時間加熱才能正常應用，可能會造成工期的延誤，另一方面，環氧煤瀝青固化過程中容易產生有害氣體，會造成空氣污染。

(5)熔結環氧粉末防腐技術。施工人員事先將鋼制管道外表層進行加熱，待其達到220 ℃，再使用靜電噴涂法將其表層噴涂一層熱固性粉末，粉末受熱發生熔融反應，在管道表層固化，從而形成嚴密性極強的防腐層。該防腐層厚度只有400 μm左右，不僅擁有極強附著能力，對溫度的適應范圍也較為廣泛，針對于容易發生化學反應的管道使用，能達到良好的防腐蝕效果。除此之外，該防護層的形式較多，不僅有單雙層之分，固體防腐層與液體防腐層也有不同的效果，相關人員需結合實際應用需求，選取合適的應用方式。

近年來，科研人員結合傳統埋地鋼制管道防腐層材料應用優勢與弊端，研發出一種3層PE防腐層結構，即將環氧粉末、黏結層與聚乙烯防腐層結合成3層結構，應用于埋地鋼制管道防腐層鋪設中。該結構結合了3種防腐層的優勢，同時消除了單層結構的弊端，是我國現階段應用最為廣泛的防腐層鋪設結構。但在其應用過程中，也存在較多施工方面的問題。首先是管道表層處理不當，導致管道表面殘留污垢、水分、鹽分等雜質，不僅破壞管道的表層結構，也使鋼制管道表層與防腐層的黏結效果變差；其次是熔結環氧粉末固化效果不佳，以至于該層質量無法達到防腐要求；最后是環氧粉末質量不達標，無法達到3層PE防腐層結構的預計防腐效果。為解決相關問題，管道企業應從施工角度入手，挑選高質量環氧粉末，提高對其固化溫度與時間的管控力度，杜絕以價格作為材料及施工的唯一標準，提高埋地鋼制管道防腐層整體施工質量。

3 采用電化學技術，保護管道陰極

埋地鋼制管道鋪設中，還可以應用電化學技術對其進行防腐處理。施工人員在進行埋地鋼制管道的鋪設工作時，根據電化學原理將其變為陰極區，利用電化學技術實施陰極保護，以此達到防止埋地鋼制管道防腐的目的。電化學技術在埋地鋼制管道腐蝕防護工作中有3種表現形式，分別是外加電源防腐、犧牲陽極的陰極防腐以及雜散電流排流防腐。

在外加電源防腐應用過程中，施工人員通常會利用直流電源加速陰極保護站的產生，同時使用直流電源對埋地鋼制管道周邊土壤進行處理，使其產生負極電位達到較好的防腐效果。實際施工中，部分油氣輸送企業還會以陰極保護站為中心，形成一個較為完善的埋地鋼制管道保護圈，以便通過電流對鋼制管道進行永久性防腐。但該防腐方式也存在弊端，長期作用下容易對其他地下管道產生不良影響。

犧牲陽極的陰極防腐將埋地鋼制管道置于某一電解質中，同時在電解質中放置電位更負的金屬材料，并將其與管道連接，受到電化學作用，金屬材料中的電力轉移到埋地鋼制管道上，維持管道中的電位平和，避免其產生腐蝕效果。這一防腐方法的施工方式較為簡單，施工成本也在企業可接受的范圍內，但在選取陽極材料時還應注意，陽極對地電位不能高于-0.85 V，在保護工作開始后，陰極電位向負方向的變化值應高出自然電位300 mV左右。當埋地鋼制管道周圍土壤或其他電解質中含有硫酸鹽還原菌，且SO42-的含量超出土壤總含量的0.5%或管道運輸處于高溫狀態下時，應確保其對地電位在通電過程中維持在-0.95 V以下[3]。為檢測高溫狀態下運輸對陰極保護工作的影響，施工人員可在管道附近設置鋼制試片，以便監控埋地鋼制管道陰極保護法的應用效果。在此過程中，需要注意控制深井陽極地床設計深度，降低其對陰極保護效果的影響。結合埋地鋼制管道防腐措施探索歷程可知，無論哪種防腐方法，深井陽極地床的設計深度與陰極保護效果都存在一定聯系。對于保護電流輻射范圍而言，深井陽極地床的設計越深，其輻射范圍就越廣，而在埋地管道網絡較為密集的區域，深井陽極地床的深度對電流分布情況也能產生影響效果。設計深度的合理性不能只依靠以往施工經驗來判斷，還需結合管道鋪設地質、管道材質、投資成本限制等多方因素進行分析，施工人員可采用數值模擬的方式，更直觀地呈現深井陽極地床深度對陰極保護效果的影響，以便相關人員對設計方案進行調整。

雜散電流是指管道運輸過程中，受外界條件影響而產生的一種電流。如工廠等地上運營企業在用電過程中，出現用電設備接地或漏電現象，都會在地下土壤中產生雜散電流，對土壤中的埋地鋼制管道造成腐蝕。因此，施工人員還要對管道周圍的雜散電流進行排查，并采取排流的形式，提高埋地鋼制管道的陰極化程度，減少雜散電流對鋼制管道的腐蝕。調查研究顯示，排流保護措施主要有3種保護形式。其一是直接排流法，即使用導線將管道與鐵軌等進行連接，不借助任何設備輔助，達到排流目的，但這種方法只能排除土壤中的順流電流；其二是極性排流法與強制排流法，這兩種方法的施工原理類似，都需要借助外加電源等設備進行輔助排流，是排除土壤中逆流電流的有效方式；其三是接地排流法，顧名思義是將雜散電流直接引入地下，經回流重新作用在鐵軌上，達到保護埋地鋼制管道的目的。

4 規范防腐施工，減少污染途徑

除管道鋪設過程中的腐蝕防護外，施工人員還應對埋地鋼制管道進行定時檢修與維護，以此來提高管道運輸的穩定性，延長其使用年限，一定程度上為管道運輸企業節約更換或維修管道的成本。管道檢修主要是檢測管道絕緣層是否完好，檢查是否存在絕緣層剝落或脫離現象，同時檢查防護是否完善，確保其應用效果，為埋地鋼制管道腐蝕防護工作提供保障。切實提高埋地鋼制管道的防腐蝕效果，還應從防腐施工及后期維護技術方面進行考慮，加強人員技術培養，積極引進新型技術，在確保施工質量的同時，降低對施工環境的污染。鋼制埋地輸送管道的防腐工作質量直接影響著油氣輸送效率，提高剛制埋地輸送管道的防腐施工質量，才能確保人民正常生活生產不會出現油氣短缺的問題，為社會穩定發展與進步提供助力。

5 結語

結合全文來看，埋地鋼制管道腐蝕防護是一項艱巨而復雜的任務，一旦管道出現泄漏，對企業、群眾、社會都是巨大的損失。管道腐蝕還可能引起管道停運等問題，有時甚至會因為油氣泄漏而引發爆炸，不僅造成資源損失與環境破壞，還會導致嚴重的人員傷亡。基于此，管道輸送企業需對埋地鋼制管道腐蝕防護工作予以高度重視，從多角度實施腐蝕防護工作，為油氣管道輸送提供安全保障。