胡小光 陸海洋 吳舟

摘要：石油是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)、生活、軍事等領(lǐng)域的重要能源物資，大量的石油資源通過不同渠道運(yùn)輸?shù)绞褂媚康牡兀渲泄艿肋\(yùn)輸是較為穩(wěn)定和快捷的運(yùn)輸方式，所以我國興建了大量的長距離輸油管道。輸油管道能夠穩(wěn)定、持續(xù)的提供原油運(yùn)輸，但是管道自身的使用環(huán)境大多為地下、潮濕、腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境，導(dǎo)致石油管道比其他管道更容易受到腐蝕作用，腐蝕會(huì)縮短管道的使用壽命，并且還會(huì)給管道運(yùn)輸帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。所以需要探討石油管道受到腐蝕的影響因素，從而采取針對性的防腐蝕措施來保障石油管道的使用安全。

關(guān)鍵詞：石油長輸管道;腐蝕;防護(hù)措施

1石油長輸管道腐蝕種類

1.1化學(xué)腐蝕

石油中含有的化學(xué)物質(zhì)與金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是輸油管道內(nèi)壁發(fā)生腐蝕的重要原因。例如，原油中含有的硫化合物和水、成品油中含有的氧氣和水，都能夠與鐵原子發(fā)生反應(yīng)，生成鐵離子或氧化物，從而腐蝕管路內(nèi)壁。特別是在硫化氫和水共存的情況下，硫化氫發(fā)生解離，解離產(chǎn)物會(huì)與管道中的活潑金屬元素如鐵等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的硫化物，聚集在金屬材料晶界處產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而使管道產(chǎn)生裂紋，最終發(fā)生斷裂。由于石油長輸管道敷設(shè)路徑的地質(zhì)和化學(xué)環(huán)境非常復(fù)雜，管道外壁的化學(xué)腐蝕也不容忽視。石油長輸管道的長度達(dá)數(shù)百、數(shù)千千米，服役過程中要通過各種不同的環(huán)境，接觸不同的化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)會(huì)與金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而對管道外壁發(fā)生腐蝕。如酸性條件下，氫離子會(huì)與鐵原子發(fā)生反應(yīng);二氧化碳在有水情況下生成碳酸進(jìn)而和鐵原子發(fā)生反應(yīng)，碳酸根離子是硫化物應(yīng)力開裂的誘因;氧化氣氛下，鐵原子會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鐵等。另外，管道自身加工和組裝質(zhì)量也是影響其化學(xué)穩(wěn)定性的原因，其加工過程中殘余應(yīng)力、焊接過程中不均勻加熱導(dǎo)致的應(yīng)力、組織和元素偏析，以及缺陷等，都對長輸管道的化學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

1.2電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是兩種物質(zhì)之間通過電解質(zhì)形成原電池后引起的氧化還原反應(yīng)。這種電化學(xué)反應(yīng)較化學(xué)反應(yīng)更為普遍，速度也更快，對長輸管道的破壞也更為嚴(yán)重。對于長輸管道而言，其經(jīng)過的土壤環(huán)境和大氣，都含有能電離成離子的電解質(zhì)，為形成原電池創(chuàng)造條件，特別是經(jīng)過海水、河流、湖泊等區(qū)域時(shí)，因其含有大量的無機(jī)鹽，電化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象更為顯著。管道外壁化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)力等的不均勻分布和土壤濕度、酸堿度、成分等的差異，都可以在管道表面形成原電池。如鋼中的碳化鐵、鑄鐵中的石墨等都和鐵元素的平衡電位不同，產(chǎn)生原電池。原電池的陽極反應(yīng)為輸油管路中的金屬原子失去電子，生成金屬離子;陰極反應(yīng)根據(jù)環(huán)境中的不同分為析氫和吸氧兩個(gè)過程。在一種化學(xué)物質(zhì)與（例如鑄鐵中的碳）與鐵形成原電池后，可立刻通過電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移，生成1 個(gè)亞鐵離子帶2個(gè)單位的正電荷，并在此基礎(chǔ)上與周圍環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)生成氫氧化鐵、四氧化三鐵等，使管道迅速發(fā)生腐蝕。除了以上原因外，周圍環(huán)境中存在的雜散電流，可會(huì)導(dǎo)致以上電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。

1.3生物腐蝕

石油長輸管道通過的土壤等環(huán)境中含有大量的細(xì)菌、真菌等微生物，其對金屬管道的腐蝕也是管道損壞的原因之一，也是金屬氧化細(xì)菌、產(chǎn)酸菌、硫酸鹽還原菌、金屬還原細(xì)菌等多種菌群共同作用的復(fù)雜結(jié)果。例如，硫酸鹽還原菌群能夠在厭氧環(huán)境中將硫酸鹽還原為硫化物，并形成硫化亞鐵;某些細(xì)菌和真菌會(huì)產(chǎn)生醋酸等有機(jī)酸，對鐵基材料的腐蝕很強(qiáng)。某些細(xì)菌在新陳代新過程中會(huì)伴隨著金屬離子的氧化，加速管道腐蝕。

2 造成管道腐蝕的主要因素

2.1 管道所處環(huán)境

石油管道埋入地下進(jìn)行石油運(yùn)輸有利于提高運(yùn)輸穩(wěn)定性，并且避免影響周邊居民生活和生產(chǎn)作業(yè)等，但是地下環(huán)境潮濕、腐蝕性強(qiáng)，很容易對管道產(chǎn)生腐蝕作用，具體對管道的影響有幾個(gè)方面：首先是土壤中的鹽分、腐蝕性元素等會(huì)直接對管道外壁產(chǎn)生腐蝕作用，土壤中的液體、氣體等也會(huì)導(dǎo)致管道外壁發(fā)生各種理化作用，進(jìn)而導(dǎo)致外壁的穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)各種孔洞或者斑駁銹跡。其次是土壤中的環(huán)境相對溫濕，所以存在大量的細(xì)菌，細(xì)菌在活動(dòng)的過程中會(huì)釋放出大量的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)會(huì)形成酸性環(huán)境來腐蝕管道的外壁，進(jìn)而導(dǎo)致管道受到逐步的侵蝕，嚴(yán)重的甚至?xí)纬纱竺娣e的管道外壁脫落。最后就是地下各種電纜線路產(chǎn)生的電流影響，地下鋪設(shè)的電纜等會(huì)在土壤中產(chǎn)生各種雜亂的電流，這些電流會(huì)與管道外壁形成反應(yīng)，這種反應(yīng)會(huì)加速管道的腐蝕速度。

2.2 管道自身質(zhì)量

管道自身的質(zhì)量缺陷是導(dǎo)致管道腐蝕的最主要原因之一，如果能夠提升管道質(zhì)量，則能夠顯著提升管道防腐蝕效果。

2.2.1管道材質(zhì)問題

目前在石油管道中經(jīng)常使用碳素鋼，其通常呈現(xiàn)出微晶的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力較差，是造成管道出現(xiàn)腐蝕問題的主要因素之一。

2.2.2管道腐蝕防護(hù)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

石油管道深埋地下之前都會(huì)全面的覆蓋防腐層，其目的就是確保石油運(yùn)輸管道不會(huì)在潮濕、酸性大的地下持續(xù)受到腐蝕作用，避免腐蝕性環(huán)境影響管道的使用性能及壽命。但在實(shí)際的作業(yè)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)管道防腐蝕工作不按規(guī)范落實(shí)的情況，導(dǎo)致起不到真正的防腐蝕效果。并且在石油運(yùn)輸過程中，間斷出現(xiàn)壓力因素也會(huì)導(dǎo)致管道壁出現(xiàn)變性甚至裂隙，這也會(huì)導(dǎo)致防腐層出現(xiàn)破損，這些破損部位就會(huì)成為最先被腐蝕的位置。所以當(dāng)前管道腐蝕的防護(hù)效果尚且不能夠滿足管道運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

3腐蝕防護(hù)措施

3.1長輸管道材料的選擇與強(qiáng)化

減少石油長輸管道的腐蝕首先應(yīng)從管道材料選擇入手。在選擇材質(zhì)時(shí)，應(yīng)針對不同的應(yīng)用環(huán)境，選擇合適材料。在細(xì)菌菌落分布多的管線環(huán)境中，可選擇向管線材料中添加一定量的抗菌金屬元素，如銅、鋅等。在化學(xué)腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中可增加鐵基材料中鉻、鉬等耐腐蝕元素的含量，并調(diào)整材料組織結(jié)構(gòu)，提高管道耐腐蝕性能。

3.2防腐蝕層的涂覆

在長輸管道表面涂覆防腐蝕涂層，是一種提高其耐蝕能力的更為直接的方法。涂覆后的長輸管道化學(xué)穩(wěn)定性、抗生物附著性等性能均會(huì)得到有效增強(qiáng)。針對管道內(nèi)、外壁的腐蝕介質(zhì)不同，所采用的防腐涂層的成分也有所不同：管道內(nèi)部的腐蝕主要與輸送油品中的硫化物、水等有關(guān)，可采用耐油防腐涂料及有機(jī)涂層（乙烯、環(huán)氧樹脂）作為管道內(nèi)壁的防腐材料，不僅能夠起到防化學(xué)腐蝕作用，且具有較好的機(jī)械性能，不污染傳輸油品。另外，長輸管道的外壁腐蝕環(huán)境更為復(fù)雜，可使用油性或醇酸防銹漆與金屬漆（鋁粉或銀粉）相結(jié)合的方式進(jìn)行防護(hù)。同時(shí)，使用包括環(huán)氧樹脂層、環(huán)氧煤瀝青布、煤焦油瓷漆層、玻璃絲布等絕緣材料對長輸管道進(jìn)行絕緣保護(hù)，可消除電化學(xué)腐蝕和雜散電流等的影響，同時(shí)也減輕生物腐蝕帶來的影響。

3.3陰極保護(hù)的腐蝕防護(hù)策略

電化學(xué)腐蝕是最為常見的石油運(yùn)輸管道腐蝕原因之一，因此采用陰極保護(hù)的方式對石油管道而言具有顯著的腐蝕防護(hù)效果。陰極保護(hù)法分為強(qiáng)制電流保護(hù)法以及犧牲陽極的陰極保護(hù)法兩種。強(qiáng)制電流保護(hù)法的原理是將待保護(hù)金屬與外接電源的負(fù)極相連接，減緩待保護(hù)金屬的陰極反應(yīng)。犧牲陽極的陰極保護(hù)法則是通過將待保護(hù)金屬與活性更強(qiáng)的金屬相連接，外接金屬作為陽極發(fā)生腐蝕反應(yīng)，進(jìn)而對作為陰極的待保護(hù)金屬進(jìn)行了保護(hù)。對于石油管道的腐蝕防護(hù)來說，犧牲陽極的陰極保護(hù)法因?yàn)槠渌幁h(huán)境的特殊性和成本的高昂，以及具體操作流程的復(fù)雜性，使得在石油管道的腐蝕防護(hù)中對其的應(yīng)用不如強(qiáng)制電流保護(hù)法廣泛，大多是作為輔助措施發(fā)揮其腐蝕防護(hù)作用。例如，將鋅合金安裝在有河流通過的河岸兩側(cè)，鋅合金就會(huì)成為陽極被優(yōu)先腐蝕，對石油管道就形成了保護(hù)。

3.4對重點(diǎn)部位進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)的腐蝕防護(hù)策略

石油管道所處的外界環(huán)境多變且復(fù)雜，容易發(fā)生腐蝕的管道部位也會(huì)因外界環(huán)境的不同而有所不同。因此在進(jìn)行對石油管道的腐蝕防護(hù)工作時(shí)，針對特定環(huán)境中石油管道容易發(fā)生腐蝕的重點(diǎn)部位，要對其進(jìn)行重點(diǎn)的防護(hù)，比如對于管道的彎頭等部位要經(jīng)常通過噴鈾防止其發(fā)生腐蝕。

結(jié)語

各種石油管道運(yùn)輸工程在石油資源運(yùn)輸中發(fā)揮著非常重要的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)管道腐蝕問題，不僅會(huì)對運(yùn)輸造成非常大的影響，還容易造成各種事故的發(fā)生，應(yīng)根據(jù)腐蝕的類型，及時(shí)采取一些防腐技術(shù)，提高管道的防腐能力。

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