國內外油氣管道防腐新技術發(fā)展現狀

1、國內外油氣管道防腐新技術發(fā)展現狀摘 要：管道運輸作為大量輸送石油、水、氣體等介質的最為安會經濟的方法，在世界上已經有100多年的歷史，然而管道的腐蝕問題是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關鍵因素，我國的管道防腐技術發(fā)展很快，但與發(fā)達國家相比，還存在著不少問題。隨著我國能源政策的調整，長輸管線的建設將在我國形成高潮，對管道防腐技術提出了新的要求。介紹了幾種管道防腐的新材料、新工藝、新技術，并提出了新的想法，同時展望了輸油管道防腐的發(fā)展前景。關鍵詞：管道 防腐 現狀1 引言石油、天然氣埋地管道防腐層的破損、剝離和老化等，會造成管道的腐蝕、穿孔、泄露，給企業(yè)帶來嚴重的財產損失，給公眾和環(huán)境帶來危害。我

2、國的地下油氣管線投產1-2年后即發(fā)生腐蝕穿孔的情況屢見不鮮，它不僅造成因穿孔而引起的油、汽泄漏損失，以及由于維修所帶來的材料、人力上的浪費和停產停工造成的損失，而且還可能因腐蝕引起火災【1】特別是成品油管因腐蝕引起的爆炸，威脅人身安全，污染環(huán)境，后果極其嚴重。據統(tǒng)計，我國鋼鐵年產量為1.6億t，每年因管道腐蝕而損失6000多萬t，差不多等于上海寶山鋼鐵總廠的年產量【2】。腐蝕不僅是鋼鐵資源的浪費，還會因腐蝕使管道、設備使用壽命縮短，而更換新管道和設備的造價費用遠遠超過金屬材料本身的價格，生產成本因此而增高，降低了經濟效益。腐蝕造成的直接經濟損失是巨大的，我國每年因腐蝕造成的經濟損失高達2800

3、億元，比每年風災、水災、地震、火災等自然災害造成的損失的總和還要多。為防范類似事件的發(fā)生，管道防腐技術越來越受到人們的重視。2 油氣管道防腐技術概況20世紀50年代以前，國外地下長輸管道主要采用石油瀝青和煤焦油瀝青作為外防腐材料，在防腐預制廠或現場涂抹施工。20世紀60年代，研制出了一些性能很好的塑料防腐材料，例如黏膠帶，熱塑涂層，粉末融結涂層等。20世紀70年代以來，由于管道施工遇到一些嚴酷的自然環(huán)境，對防腐層性能提出了更嚴格的要求，因此，在管道防腐材料的研究中，都大力發(fā)展復合材料或復合結構，強調防腐層要具有良好的介電性能、物理性能，穩(wěn)定的化學性能和較寬的溫度適應性能，以達到防腐、絕緣、保溫

4、、增加強度等多種功能，陸續(xù)發(fā)展形成了聚烯烴、環(huán)氧粉末、環(huán)氧樹脂等防腐材料系列。三層pe（三層聚乙烯）就是在20世紀80年代由歐洲研制成功并開始使用的。它是將fbe（熔結環(huán)氧粉末）良好的防腐蝕性能、黏結性、高抗陰級剝離性和聚烯烴材料的高抗?jié)B性、良好的機械性能和抗土壤應力等性能結合起來的防腐蝕結構，一經問世就在許多工程上得到了應用，尤其是歐洲國家，其應用呈不斷上升的趨勢【3】。20世紀90年代，防腐涂料得以廣泛應用，其發(fā)展的特點是涂料產品結構發(fā)生了根本性改變，其改變方向以節(jié)省資源、無污染、經濟、高效、有利于生產為原則，因此發(fā)明了聚氨酯瀝青新型防腐材料，美國、加拿大和中東等地區(qū)在很多工程中都采用發(fā)這

5、種涂料。我國是世界上較早利用管道進行運輸的國家之一，但是發(fā)展較慢。1949年以前國內的管道建設幾乎是空白，1958年我國首次自行設計建造發(fā)克勤克拉瑪依獨山子煉油廠的300km輸油管線。1970年以前，我國僅有3條長輸管線，總長還不足400km，改革開放以來，隨著能源市場需求激增，我國的管輸事業(yè)迅猛發(fā)展。據報道【4】，2009年我國華北原油管道總長度為1847.4km;中部地區(qū)原油管道總長度為1347.5km；東部地區(qū)原油管道達3399.6km；華北地區(qū)原油管道總長度為2718.2km。隨著我國輸油管線的迅猛增長，管道防腐技術不論是防腐材料還是防腐工藝整體水平都有了很大提高，國內重點輸油鋼質管道

6、防腐，主要采用三層pe或fbe，已達到了發(fā)達國家20世紀末的防腐水平。3 管道防腐新技術提高管道防腐技術，延長管道使用壽命是全球化的技術難點之一，是科學技術與工程設計廣泛關注的熱點，具有很重要的經濟意義。國內外在這方面做了大量的工作，近年無論是技術還是市場應用方面都取得了明顯的成效。3.1 防腐涂層技術國內長輸管道的外防腐早期采用石油瀝青、煤焦油瓷漆及溶劑型環(huán)氧煤瀝青。由于國家對環(huán)境污染及員工健康的不斷重視，目前石油瀝青、煤焦油瓷漆或環(huán)氧煤瀝青防腐方式已被熔結環(huán)氧粉末（fbe）和聚乙烯三層復合結構（3pe）防腐所取代。隨著管道鋪設新技術的不斷提高和管道使用環(huán)境的惡化，開發(fā)防腐、絕緣、綜合機械性

7、提高、黏結力強的涂層材料是管道防腐的趨勢，塑料粉末涂料以其特有的性能在管道防腐工程領域發(fā)揮了巨大的作用。在國外，塑料粉末涂料已成為油氣管道防腐的首選材料，在國內塑料防腐管道已開始應用。目前我國在建的長輸管道防腐層材料主要為溶結環(huán)氧粉末、二層聚乙烯和少量的煤焦油瓷漆；主要集輸管道多采用熔結環(huán)氧粉末、三層聚乙烯，非主要管道仍采用石油瀝青；城市供水、供氣管道采用環(huán)氧煤瀝青和膠帶。3.1.1 三層聚乙烯（三層pe）20世紀80年代，德國曼內斯曼公司發(fā)明發(fā)被稱為“完美涂層”的三層聚乙烯。其制作工藝是首先在鋼管表面噴涂一層環(huán)氧底漆，再將鋼管按一定的旋轉速度送入涂敷區(qū)，第一臺擠出機按一定厚度和密度擠出膠黏劑

8、薄膜并纏繞在鋼管表面，在膠黏劑還處于熔化狀態(tài)時，第二臺擠出機擠出聚乙烯薄膜并纏繞在膠黏劑外而形成涂層。三層pe防腐層的結構是：底層為pbe，約50-127um,中間層為共聚物膠，約200um,外層為聚乙烯，約3mm.這一結構將fbe的高黏結構、抗氧性、耐化學腐蝕及耐陰極剝離性能和高密度聚乙烯的抗潮氣、電絕緣及抗機械損傷的性能結合成一個完美的有機整體，具有與管道表面黏結力強、電絕緣性能好、耐沖擊、壽命長等突出優(yōu)點，而且陰級保護電流密度小，只有1-3ua/m2。三層pe使用壽命預計達40年以上，但價格較昂貴，目前在歐洲應用較多，而美國應用較少。我國自1995年引進這一技術以來，主要鋼管廠都建立了三

9、層pe防腐生產線。陜京輸氣管道、庫鄯管道共計約有2000km使用三層pe，西氣東輸管道工程也使用發(fā)該防腐層【5】。3.1.2 液態(tài)聚氨酯防腐涂料（pu）這種涂料屬于雙組合，一個是多元醇化合物，一個是異氰酸酯溶液，黏度用低相對分子質量樹脂調節(jié)。它不含任何揮發(fā)性溶劑，通常處于液態(tài)，2個組合混合后全部轉化為固體厚膜型涂料，可涂刷、澆注、噴涂，一次成膜，膜厚不小于1.2mm。該防腐涂料性能優(yōu)越，可以滿足任何地質狀況、輸送條件及環(huán)境腐蝕的要求，施工性能好，抗裝卸運輸過程中的損傷。硬度高達hs（d）80-86，具有優(yōu)異的耐磨性能，耐劃傷、耐拖拉性能好，有一定韌性?？龟帢O剝離性能強，有一定的吸水率，年久失效

10、后來仍能夠導通陰極保護電流，避免陰極屏蔽作用，管體仍能得到陰極電流的保護。低溫快速固化，可配成彈性體或剛性體，既能與熔結環(huán)氧粉末黏結，也能與三層聚乙烯黏結，化學穩(wěn)定性好，抗紫外線，最高使用溫度可達109攝氏度，壽命可達50年，成本低。液態(tài)聚氨酯無溶劑、施工簡單、防腐層質量好并且有利于環(huán)保，作為防腐迷途料具有明顯的技術經濟優(yōu)勢，尤其適用于補傷、補口及舊防腐層的修復，已經成為目前國際上管道外防腐層修復的主要材料，在我國有廣泛的應用前景。3.1.3 無機非金屬防腐層當前，用于管道防腐的涂層以有機涂層為主，雖然有機涂層的性能一直在不斷改進，但始終不可能從根本上消除老化變質、耐熱抗寒的問題，管道和使用壽

11、命也因此受限，于是無機防腐技術便應運而生。無機防腐材料不老化，耐腐蝕、耐磨損和耐溫性能優(yōu)異，使用壽命比有機材料大大延長。現在的無機非金屬防腐層主要有陶瓷涂層、搪瓷涂層和玻璃涂層。陶瓷涂層具有高化學穩(wěn)定性，耐腐蝕、耐氧化、耐高溫，目前已有蔓延高溫合成、熱噴涂、化學反應法等較成熟的制備方法。搪瓷涂層具有極強的耐腐蝕性能，用它對鋼制管道進行防腐將會使防腐水平得到極大的提高。俄羅斯20世紀80年代已開始生產搪瓷管道，我國在這方面的研究才剛剛起步，只有西安人民搪瓷廠等少數企業(yè)引起進、開發(fā)發(fā)搪資管道生產技術。玻璃涂層致密性、耐蝕性、耐磨性優(yōu)異，涂層表面光滑，作為內涂層可起到減陰作用。我國的北京偉業(yè)科技發(fā)展

12、有限公司最新開發(fā)出一種制備玻璃涂層的“熱噴玻璃（釉）防腐技術”，它通過一定的工藝技術，在金屬管道內外壁上形成玻璃與金屬的復合無機防腐涂層，玻璃釉料可根據防腐性能的要求、金屬膨脹系數的工藝特點的不同進行配置，能應用于給排水、化工、石油、天然氣管道等諸多領域。其突出特點有：生產工藝先進，永不老化，使用安全。耐腐蝕性能優(yōu)越，內減陰及耐磨性、流動性好，耐候性強（使用溫度范圍在-50-300度），無毒、無害、無污染，造價低廉，施工規(guī)范，用途廣泛等。目前無機防腐涂層急需研究解決的問題主要有：陶瓷涂層的封孔處理方法、搪瓷涂層成本的降低、玻璃涂層結合性和韌性的提高，以及開發(fā)適宜的焊后內補ei技術等。由于無機防

13、腐技術巨大的發(fā)展前景，當前世界各國均已將無機非金屬復合防腐管道作為重點攻關的課題，該技術有望取得得大的突破。3.1.4 納米改性材料涂層納米技術是近年來出現的一門新興技術，它帶不了材料科學領域的重大革命，由于腐蝕防護所涉及的表面材料的性質由微觀結構所決定，納米技術的出現與應用無疑將給腐蝕控制技術的發(fā)展帶來巨大的機遇，研究表明，利和納米技術對有機涂層防腐材料進行改性，可有性提高其綜合性能，特別是增加材料的機械強度、硬度、附著力，提高耐光性、耐老化性、耐候性等。例如：tio、sio2、zno，feo等納米粒子對紫外線有散射作用，加入這樣的納米材料可有效增強材料的抗紫外線能力，使耐老化性顯著提高。通

14、過向材料中加入一些顆粒很少的納米粒子，能增加材料的密封性，達到更好的防水、防腐效果。對于無機涂層材料，如對其結構進行納米化，也能達到明顯改善其塑性、韌性的作用。當前已有一些通過納米技術對防腐材料進行改性的技術獲得了專利，在市場上也已有這樣的防腐材料出現。不過總的來看，這項技術還僅僅處于起步階段，最有極大的發(fā)展前景。3.2 電化學防腐技術電化學保護是指利用外部電流使金屬（包括合金，下同）腐蝕電位發(fā)生改變以降低其腐蝕率的防腐蝕技術。按照電位改變的方向，電化學保護又可分為陰極保護和陽極保護【6】。前者靠電位的負行色移使金屬處于熱力學穩(wěn)定狀態(tài)免遭腐蝕，后者電位的正移雖使金屬在熱力學上處于更不穩(wěn)定狀態(tài)，

15、然而在動力學上金屬的陽極溶解過程卻受到極大的阻滯。3.2.1 犧牲陽極法陰極保護在被保護體上偶接電位更負的金屬或合金作為陽極，在腐蝕介質中依靠負電位金屬不斷溶解產生的陰極電流使被保護體陰極極化。犧牲陽極法陰極保護系統(tǒng)由犧牲陽極以及用二監(jiān)測保護電拉的參比電極組成，陽極性金屬鍍層是犧牲陽極法的另一種應用形式，即在鋼鐵等金屬表面，通過熱鍍、噴鍍都方法，覆蓋一層比基體金屬電位更負的金屬鍍層，如鋅、鎘鍍層等。如鍍層出現破損，在鍍層與基體金屬之間組成原電池，鍍層作為陽極，而基體金屬的破損部位，則得到了陰極保護。3.2.2 外加電流陰極保護將被保護體與直流電源的負極連接，利用外部電流使被保護體陰極極化。外加

16、電流法陰極保護系統(tǒng)由輔助陽極、直流電源，以及用于控制和監(jiān)測保護電位的參比電機組成。3.2.3 外加電源法陽極保護將被保護金屬物體與外加直流電源的正極相連，在給定的電解質溶液中將金屬進行陽極化至一定電位，如果有此電位下金屬可以建立起鈍化狀態(tài)并能維持，則陽極過程受到抑制，而使金屬的腐蝕速度顯著降低，此時該金屬物體得到保護。3.2.4 原電池法將被保護體與電位更正的金屬或其他導體（陰極）偶接，所構成的原電池產生的電流使被保護體陰極極化達到保護目的的方法叫原電池法。3.2.5 聯(lián)合保護法陽極保護和涂料或緩蝕劑聯(lián)合防腐的方法叫聯(lián)合保護法，它能有效地減小致鈍電流密度，增大表面電阻，改善分散能力。4 管道防

17、腐技術展望隨著我國能源政策的調整，長輸管線的建設在我國很快就會形成高潮，防腐技術會呈現出新的需求。由于地方財政、認識水平等多方面因素的影響，價格昂貴的防腐蝕涂料的應用必然受到局限，而綜合性能好、成本低廉、使用方便、易于推廣的防腐蝕新材料和新工藝將在主管道或支管道上受到歡迎，急需加強在這方面的研究開發(fā)工作。在國內管道建設上往往存在以涂層防腐為主、陰極保護為輔的現象，甚至有些沒有采取陰極保護技術。隨著人們對陰極保護作用的認識，在加上陰極保護技術的逐漸完善，勢必會出現兩者并重的新局面，從而大大提高管道的運行壽命。隨著我國工程項目建設監(jiān)理制的逐步開展和完善，把工程監(jiān)理引入管道防腐設計、原材料供應及施工招標、施工過程等階段，將有助于優(yōu)化方案設計，減少甚至避免設計失誤，確保防腐工程的質量。5 結語雖然我國管道防腐還存在著不少的問題和困難，相信通過有關方面的共同努力的新材料、新工藝、新技術的不斷被應用，我國的管道防腐技術會日臻完善，我國的管道建設也必將取得更大的成就。新型管道防腐涂層和非金屬材料會有極大的發(fā)展和應用前景，陰極保護在輸油管網防腐中的地位將更加突出。參考文獻1李