薛鵬 宋尚鑫 童文輝

摘? 要：油氣儲運(yùn)管道在使用一段時(shí)間后，防腐材料逐漸失效、剝落，失去了保護(hù)作用，管道容易出現(xiàn)不同程度的腐蝕問題。管道腐蝕會導(dǎo)致管壁變薄，嚴(yán)重腐蝕的油氣儲運(yùn)管道還會出現(xiàn)滲漏問題，不僅造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，而且在高壓環(huán)境下增加了油氣儲運(yùn)的安全隱患。文章首先概述了導(dǎo)致油氣儲運(yùn)管道腐蝕的常見原因，隨后分析了管道腐蝕的機(jī)理，最后就現(xiàn)階段常用的油氣儲運(yùn)管道防腐技術(shù)進(jìn)行了簡要概述。

關(guān)鍵詞：油氣儲運(yùn);管道防腐;腐蝕機(jī)理;鍍層防腐

中圖分類號：TE988 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0159-02

引言

我國油氣資源的分布極不平衡，為了進(jìn)一步降低運(yùn)輸損耗和成本，提高生產(chǎn)效率和安全標(biāo)準(zhǔn)，很多地區(qū)選擇使用管道進(jìn)行油氣儲運(yùn)，以滿足不同地區(qū)的用油和用氣需求。因此，做好油氣儲運(yùn)管道的防腐工作，也在一定程度上促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。導(dǎo)致油氣儲運(yùn)管道受到腐蝕的因素有多種，例如管道自身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，采取的防腐技術(shù)不科學(xué)，外界環(huán)境因素的干擾等。在進(jìn)行油氣儲運(yùn)管道防腐處理時(shí)，必須要因地制宜的采取針對性的防腐技術(shù)，切實(shí)提高防腐效果，延長油氣儲運(yùn)管道的使用壽命。

1 油氣儲運(yùn)過程中管道腐蝕的主要原因

（1）外界因素。油氣儲運(yùn)管道面臨的外界環(huán)境主要有三種，分別是空氣、水和土壤。對于長期暴露在空氣中的油氣儲運(yùn)管道，在長時(shí)間的風(fēng)吹日曬后，表層防腐涂料逐漸老化、脫落，失去了防腐效果。在降雨或遇到潮濕空氣時(shí)，導(dǎo)致金屬管道外表層出現(xiàn)銹蝕問題。對于埋藏于地下的油氣儲運(yùn)管道，地下水和土壤中的無機(jī)鹽等，也會導(dǎo)致管道表面腐蝕，特別是在酸堿失衡的土壤中，腐蝕速率還會進(jìn)一步加快。除了自然因素的影響外，人工破壞管道表層的防腐漆，也是導(dǎo)致管道局部出現(xiàn)腐蝕的常見因素。

（2）油氣性質(zhì)。石油類產(chǎn)品和天然氣的主要化學(xué)成分是烴類物質(zhì)，這種物質(zhì)具有較強(qiáng)的氧化性和腐蝕性。由于油氣儲運(yùn)管道是一個(gè)相對封閉的環(huán)境，烴類物質(zhì)長期接觸金屬管道的內(nèi)壁，導(dǎo)致金屬發(fā)生氧化，生成更加活潑的氧化物，導(dǎo)致管壁受到腐蝕。例如鐵質(zhì)管材在氧化后，在管道內(nèi)壁上生成一層疏松的Fe2O3，是鐵銹的主要成分。這種物質(zhì)還具有較強(qiáng)的吸水性，進(jìn)一步加劇了金屬管道內(nèi)壁的腐蝕。另外，石油中還含有一定量的硫化氫、二氧化碳等物質(zhì)，在吸水后也會生成酸性液體，附著在管道內(nèi)壁上，造成管道的腐蝕。

（3）防腐措施。油氣儲運(yùn)管道在制造和鋪設(shè)時(shí)，都會采取一定的防腐措施，但是如果選用的防腐技術(shù)不科學(xué)，或是防腐施工質(zhì)量不高，也會導(dǎo)致后期油氣儲運(yùn)管道會過快的出現(xiàn)腐蝕。例如，在油氣儲運(yùn)管道表面涂刷防腐漆是一種操作簡便且成本較低的防腐技術(shù)，但是施工人員為了加快進(jìn)度，沒有提前做好管材的表面清潔工作，而是直接涂刷防腐漆。由于管道表面有灰塵、油污，防腐漆與管道的結(jié)合度并不理想，后期也容易出現(xiàn)防腐漆開裂、剝落的情況，管道也會因?yàn)槭ケＷo(hù)而出現(xiàn)腐蝕。

2 管道腐蝕機(jī)理

（1）溶解氧的腐蝕機(jī)理。氧作為一種去極化劑，會加速金屬的腐蝕，溶解氧是造成油氣儲運(yùn)管道腐蝕的重要原因之一。當(dāng)采出水中溶解氧的含量較高時(shí)，可以讓油氣儲運(yùn)管道的表面生成一層致密的氧化膜，相當(dāng)于為金屬管道提供了一層保護(hù)，將管道與外界環(huán)境隔絕開，起到了減緩腐蝕速率的效果。反之，溶解氧含量較低時(shí)，氧化膜很難形成，因而管道腐蝕速度加快。此種情況下的反應(yīng)方程式為：

陽極：Fe→Fe2++2e-

陰極：2H++2e-→2H2O+4e-→4OH-

以上反應(yīng)會生成Fe2+，經(jīng)過脫水轉(zhuǎn)化為Fe2O3，金屬與環(huán)境間的物理-化學(xué)的相互作用，其結(jié)果使金屬的性能發(fā)生變化。Fe2O3是一種疏松多孔且具有較強(qiáng)吸水能力的化合物，會不斷的吸收空氣中的水分，這些水分附著在金屬管道上，進(jìn)一步加劇了腐蝕速率。

（2）溶解水的腐蝕機(jī)理。濕腐蝕是金屬在水溶液中腐蝕的一種電化學(xué)反應(yīng)。在金屬表面形成一個(gè)陽極和陰極區(qū)隔離的腐蝕電池，金屬在溶液中失去電子，變成帶正電的離子。與此同時(shí)，在接觸水溶液的金屬表面，電子有大量機(jī)會被溶液中的某種物質(zhì)中和。隨著腐蝕過程的進(jìn)行，陰極或陽極會因溶液離子受到腐蝕產(chǎn)物的阻擋，導(dǎo)數(shù)擴(kuò)散被阻而腐蝕速度變慢。

（3）酸性土壤腐蝕機(jī)理。酸性土壤中存在較多的H+、AL3+和Fe2+等還原性較強(qiáng)的離子，油氣儲運(yùn)管道長期被酸性土壤包裹，加上土壤中含有一定量的水分，就形成了天然的腐蝕環(huán)境。由于油氣輸運(yùn)管道的材質(zhì)主要是較為活潑的鐵，在酸性土壤環(huán)境下更容易發(fā)生腐蝕。在PH值為3-6的酸性土壤環(huán)境中，油氣儲運(yùn)管道的反應(yīng)方程式為：

陽極：Fe2++2OH-→Fe（OH）2

陰極：O2+2H2O+4e-→4OH-

3 油氣儲運(yùn)管道防腐技術(shù)現(xiàn)狀

（1）表面防護(hù)技術(shù)。油氣儲運(yùn)管道表面防護(hù)技術(shù)主要是涂刷惰性防腐材料，此類材料往往具有良好的致密性和抗氧化能力，將油氣儲運(yùn)管道完全包裹起來，與外部環(huán)境隔絕。這樣就可以避免潮濕空氣等接觸管道，在外部防腐材料不出現(xiàn)損壞的情況下，可以保證內(nèi)部管道不受腐蝕。早期的管道表面防護(hù)材料主要是瀝青，隨著防腐技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段常用聚乙烯樹脂、環(huán)氧樹脂等新型高分子材料，不僅防腐效果更好，而且成本更低，不污染環(huán)境。

（2）內(nèi)防護(hù)技術(shù)

a.化學(xué)藥劑。使用化學(xué)藥劑進(jìn)行管道防腐也是一種較為常見的技術(shù)措施，其中應(yīng)用較廣的化學(xué)藥劑有緩蝕劑、除氧劑等幾種。緩蝕劑的防腐原理是在油氣儲運(yùn)管道的表層形成一層沉淀膜，降低了金屬管材表面的活化能，從而達(dá)到了抑制腐蝕速率的效果。除氧劑主要應(yīng)用于管道內(nèi)壁，由于油氣儲運(yùn)管道投入使用后，內(nèi)部相當(dāng)于一個(gè)封閉環(huán)境，使用除氧劑可以將管道內(nèi)部氧氣吸收，降低了氧化反應(yīng)，也是一種降低腐蝕速率的有效措施。b.內(nèi)涂鍍層技術(shù)。在管道內(nèi)壁均勻的噴涂一層惰性金屬漆，原理與管道外部的防腐漆類似。在內(nèi)涂鍍層防腐時(shí)，需要掌握以下技術(shù)要點(diǎn)：首先，要做好管道內(nèi)壁清潔工作，包括內(nèi)壁上的灰塵、油污以及鐵銹等，必須要提前處理干凈，并保證內(nèi)壁干燥。這樣才能保證噴涂的防腐鍍層能夠與管道內(nèi)壁完全貼合，延長鍍層使用壽命。其次，要保證鍍層均勻、光滑，降低油氣運(yùn)輸時(shí)管道內(nèi)壁與油氣產(chǎn)生的摩擦，不僅可以優(yōu)化防腐效果，而且保障了油氣儲運(yùn)的安全。c.襯里技術(shù)。使用一些非金屬材料，粘附到油氣儲運(yùn)管道的內(nèi)壁上，形成一個(gè)高強(qiáng)度的內(nèi)襯層，達(dá)到防止管道內(nèi)壁腐蝕的目的。與內(nèi)涂鍍層相比，襯里技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可供選擇的內(nèi)襯材料更多，常用的有聚氯乙烯塑料材料、玻璃鋼材料以及高彈性橡膠材料等。不同襯里技術(shù)的施工方法和適用情況有較大差異，例如聚氯乙烯塑料除了能夠達(dá)到防止腐蝕外，還有較好的絕緣性能和耐磨性能;玻璃鋼具有光滑、易清洗的優(yōu)點(diǎn)。

（3）電流陰極保護(hù)法。外加電流陰極保護(hù)是防止地下金屬結(jié)構(gòu)如管道、儲罐等腐蝕的有效方法。輔助陽極是外加電流系統(tǒng)中的重要組成部分，起作用是將保護(hù)電流經(jīng)過介質(zhì)傳遞到保護(hù)結(jié)構(gòu)物表面上。地下結(jié)構(gòu)物外加電流陰極保護(hù)用的陽極通常并不直接埋在土壤中，而是通過外接電源的方式，持續(xù)為管道供應(yīng)穩(wěn)定的低壓直流電，電流通過管道傳導(dǎo)入地下的土壤中，使得電子流失從而保護(hù)管道免受腐蝕。此方法在供電穩(wěn)定且環(huán)境較為復(fù)雜的地區(qū)較為常用，維護(hù)方便，通常每月要進(jìn)行斷電電位檢測，極化電位應(yīng)為-850mv——-1200mv。

（4）犧牲陽極保護(hù)法。將還原性較強(qiáng)的金屬作為保護(hù)極，與被保護(hù)金屬相連構(gòu)成原電池，還原性較強(qiáng)的金屬將作為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而消耗，被保護(hù)的金屬作為正極就可以避免腐蝕。因這種方法犧牲了陽極保護(hù)了陰極，因而叫做犧牲陽極保護(hù)法。這種陽極消耗較快，安設(shè)位置及方法必須便于更換，在陽極周圍填充碳質(zhì)回填料而構(gòu)成陽極保護(hù)地床，低電位金屬材料一般有鋁合金、鎂合金、鋅合金等。

4 油氣管道防腐技術(shù)中應(yīng)注意的問題及防腐蝕研究進(jìn)展

在進(jìn)行管道防腐時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先明確油氣儲運(yùn)管道所在區(qū)域的外部環(huán)境，以及可能導(dǎo)致管道腐蝕的主要原因，有針對性的選取防腐措施和防腐材料。在進(jìn)行管道的現(xiàn)場安裝時(shí)，工作人員應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)的質(zhì)量檢測，還有就是展開必要的防腐試驗(yàn)。新材料的研究與應(yīng)用，是推動油氣儲運(yùn)管道防腐技術(shù)不斷創(chuàng)新的關(guān)鍵。例如使用緩蝕劑進(jìn)行防腐，雖然可以取得較好的防腐效果，但是大量使用緩蝕劑可能會造成油氣污染。目前新研發(fā)的一種綠色環(huán)保型緩蝕劑，主要成分是氨基酸類物質(zhì)，降解后不會對油氣產(chǎn)生污染;還有就是使用在線檢測和評估技術(shù)，能夠?qū)τ蜌鈨\(yùn)管道的腐蝕速率、陽極消耗速度等進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，方便管理人員更加直觀的掌握管道腐蝕現(xiàn)狀。另外像“等離子體技術(shù)制備抗腐涂層技術(shù)”、“石墨烯添加劑防腐技術(shù)”等，也是近年來我國在油氣儲運(yùn)管道防腐工作上取得的新進(jìn)展。

5 結(jié)束語

做好油氣儲運(yùn)管道防腐在節(jié)約資源、防治污染和保障管道沿線安全等方面發(fā)揮了重要作用，在明確了導(dǎo)致油氣儲運(yùn)管道的腐蝕因素和腐蝕機(jī)理后，可以采取針對性的防腐技術(shù)，保障油氣儲運(yùn)管道的運(yùn)行安全。今后要加大投入做好新型防腐技術(shù)研發(fā)，為保障我國油氣儲運(yùn)安全和滿足區(qū)域用油和油氣需求奠定基礎(chǔ)。

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