油氣管道防腐技術及應用

1、油氣管道防腐技術及應用油 氣 管 道 防 腐 技 術 及應用刖言自20世紀50年代開始，油氣管道的防腐技術就不斷的發(fā)展，其主要原 因是由于石油或天然氣管道大多數(shù)為金屬材料，金屬本身在有氧氣和水 存在的條件下就會發(fā)生化學反應，即我們常說的腐蝕現(xiàn)象。腐蝕會造成 管道的穿孔、泄露，給生產(chǎn)企業(yè)帶來嚴重的財產(chǎn)損失，同時也會給公共 環(huán)境帶來巨大的損害1。因此，為了減少腐蝕造成的這些嚴重的后果， 增強油氣管道使用的壽命，進一步提高油氣管道的防腐技術是十分必要 的。這就要求對油氣管道的防腐技術有更加深刻的了解與研究。20世紀50年代以前，國外長油氣輸管道主要采用石油瀝青和煤焦油瀝青 作為外防腐材料。20世紀6

2、0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2。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(diào)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、增加強度等多種 功能。三層聚乙烯是在20世紀80年代由歐洲研制成功并開始使用的。 一經(jīng)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。我國管道防腐技術是從應用瀝青類防腐層開始，自二十世紀50年代到70 年代的東北輸油管道都采用石

3、油瀝青防腐層。70年代后期到80年代初， 隨著國外技術材料的引入應用，膠帶、夾克、環(huán)氧粉末等相繼投入使 用，而后各種防腐層均有使用3。進入90年代后，煤焦油瓷漆開始在 我國的西部長輸管道建設中得到應用，如沙漠輸油管全線采用煤焦油瓷 漆防腐層。90年代后期熔結環(huán)氧粉末和三層聚乙烯逐漸形成主流，作為 最新的防腐材料，雙層熔結環(huán)氧也有的少量應用4。目前，國內(nèi)油氣管 道防腐技術已達到了發(fā)達國家20世紀末的防腐水平。經(jīng)過多年的發(fā)展，防腐技術也有了很大的進步與發(fā)展。其發(fā)展的特點是 涂料產(chǎn)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(jīng) 濟、高效、有利于生產(chǎn)為原則，并且在美國、中國、加拿大和中東等地

4、 區(qū)進行區(qū)域性試驗應用5。第1章管道腐蝕產(chǎn)生的原因及機理1.1管道腐蝕產(chǎn)生的原因腐蝕是金屬物質(zhì)在周圍的化學、電化學作用下所引起的一種破壞。由于 輸送的天然氣中可能含有硫化氫、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蝕性物質(zhì)和金屬起作用，引起化學腐蝕?；瘜W腐蝕的危害主要造成油氣管道 表面出現(xiàn)凹穴，甚至穿孔。石油天然氣管道的腐蝕發(fā)生在管道內(nèi)部、外 部及接頭部位。油氣管道的敷設主要采用埋地、管溝和架空敷。后兩者 主要用于站場內(nèi)管道敷設，絕大部分油氣管道采用的是地埋敷設方式， 對此部分管道的防護是非常重要的。從腐蝕發(fā)生的原因分析，油氣管道 腐蝕與外界環(huán)境條件密切相關，另一方面與管道的材料本身、防腐措施 的效果有關

5、。1.1.1外界條件管道周圍介質(zhì)的腐蝕性。介質(zhì)的腐蝕性強弱與土壤的性質(zhì)及其微生物 密切相關，然而對于長輸管道涉及的土壤性質(zhì)比較復雜，準確評定其腐 蝕性非常困難。我國石油行業(yè)制訂出兩種評定辦法，即：在一般地區(qū)，按 土壤電阻率大小將土壤的腐蝕性分為弱、中、強三級；對復雜地區(qū)，根據(jù) 土質(zhì)、土壤狀況、電阻率、含水量、pH值等12種因素，用打分辦法將土 壤分為不腐蝕、弱腐蝕、中等腐蝕和強腐蝕4個等級6。在實踐中因后 者較為煩瑣，在長輸管道設計中的使用不多。第一種方法比較簡單易 行，采用比較多，再結合土壤種類、地貌特征及地下水位等，可綜合確 定土壤的腐蝕性。另外，土壤中的細菌可造成金屬的細菌腐蝕，可對防

6、腐層產(chǎn)生影響，這可能與菌群種類有關，如硫酸鹽還原菌、酸性細菌周圍介質(zhì)的物理性狀的影響。主要包括地下水的變化、土壤是否有水 分交替變化等情況，以及是否有蘆葦類的根系影響等。溫度的影響。括環(huán)境溫度和管道運行期間產(chǎn)生的溫度。溫度的升高， 腐蝕的速度會大大加快。溫度的高低與管路敷設深度有直接的關系，同 時更受地域差別的影響7。施工因素的影響。包括材料的把關、操作人員的責任心、質(zhì)量意識 等。施工時是否考慮了環(huán)境與施工因素的有機結合，根據(jù)不同的情況采 取不同的措施等。采用鹽酸等處理金屬管道內(nèi)壁結垢時可加速管道內(nèi)壁 的腐蝕速度。雜散電流可對管道產(chǎn)生電解腐蝕8。油氣本身含有氧化性物質(zhì)。含水、O2及H2S、CO

7、2等酸性氣體可造成 類似原電池的電化學反應和破壞金屬晶格的化學反應，可造成管道內(nèi)壁 的腐蝕。1.1.2防腐措施的問題防腐層失效是地下管道腐蝕的主要原因，輕度失效可增大陰極保護電流 彌補防腐作用；特殊的失效，如因防腐層剝離引起的陰極保護電流屏蔽及 防腐層的破壞，管道就會產(chǎn)生嚴重的腐蝕.腐蝕發(fā)生的原因是防腐層的完 整性遭到破壞，主要產(chǎn)生于防腐層與管道剝離或是防腐層破裂、穿孔和 變形。1.2管道腐蝕產(chǎn)生的機理金屬被腐蝕是由于電極電位的不同，金屬發(fā)生電化學反應時，電極電位 較低的部位容易失去電子，形成陽極；電極電位較高的部位得到電子，成 為陰極。在O2和H2O存在的情況下，F(xiàn)e(OH)2生成水合氧化鐵

8、(俗稱之 鐵銹)，它是一種疏松物質(zhì)，浮在鋼鐵表面，無保護作用，金屬的陽極 化反應可繼續(xù)進，即產(chǎn)生腐蝕持續(xù)發(fā)展，使油氣管道表面出現(xiàn)凹穴，甚 至穿孔。第2章油氣管道外涂層防護技術2.1外涂層基本性能油氣管道在施工和安裝過程中要求涂層具有下列優(yōu)良特性：2.1.1抗彎曲性、粘結力抗彎曲性是指為防止在運輸、使用過程中，油氣管道往往產(chǎn)生彈性形變 或塑性形變，比如彈性敷設、吊管機將溝邊組裝好的管道吊裝下溝、冷 彎，要求已涂敷的涂層不會產(chǎn)生裂紋或脫落。所以針對此油氣管道應具 有較強的抗彎曲性。粘結力是指管道在運行過程中要求涂層對管道有好的粘結親和性，以防 止運行過程中因外力作用而發(fā)生粘結失效事故，一旦涂層失去

9、此性能， 潮氣將會聚結在鋼管與涂層之間，涂層失去防腐功能。所以在油氣管道 涂層方面，油氣管道和涂敷材料之間應有較強的粘結力，防止涂敷材料 脫落等。2.1.2硬度、耐磨性填物中也難免混有尖硬石塊，涂層必須具有足夠的硬度或變形能力承受 回填物和管道自重所施加的集中壓力，否則涂層會產(chǎn)生缺陷。管道在施 工過程中或運行過程中，還會與土壤發(fā)生磨擦，為了保證涂層不致失去 防腐功能，要求涂層應具有足夠的耐磨功能。2.1.3耐化學介質(zhì)浸泡、抗陰極剝離耐化學介質(zhì)浸泡，由于土壤中成份復雜，各地土壤成份不一，含有不同 類型和濃度的酸、堿、鹽，若涂層不耐其中一種或多種化學介質(zhì)浸泡， 將過早失去防腐功能?？龟帢O剝離，由于

10、涂層和陰極保護聯(lián)合用于埋地 或水下鋼質(zhì)管道的外防腐，在涂層的破損和漏敷處，陰極保護可能在露 鐵點誘發(fā)氫氣的生成（保護電位比-1.15V更負時），增加水流到露鐵點的 機會，這兩種作用以單獨或聯(lián)合的方式使涂層破損點邊緣的涂層粘著力 下降而失粘，試驗時用陰極剝離半徑來衡量涂層的抗陰極剝離性能，半 徑越小越好9。2.1.4絕緣電阻和電氣強度油氣管道尤其是長輸送油氣管道單純靠外防腐涂層來實現(xiàn)埋地管道的外 防腐幾乎是不可能的，性能優(yōu)良的涂層在運行中不可避免地存在缺陷， 涂層缺陷處的鋼管必須由陰極保護來實現(xiàn)防腐，為了避免陰極保護電流 通過完好的涂層有明顯的漏失，保證陰極保護電流用于涂層缺陷點裸鋼 的負極化，

11、要求涂層材料具有高電阻率且不隨時間或涂層浸泡于水中有 明顯的下降9。雖然涂層與土壤接觸僅承受陰極保護時的13V持續(xù)電 壓，但涂層針孔檢查時，必須承受大于涂層厚度的空氣擊穿電壓的高壓 電檢漏，因此涂層材料的電氣強度必須大于干燥的空氣。2.1.5其他性質(zhì)有效的電絕緣性;有效的隔水屏障性；涂敷于管道的方法不會對管道性能 產(chǎn)生不利影響;涂敷于管道上的涂層缺陷最少；與管道表面有良好的附著 力;能防止針孔隨時間發(fā)展；能抵抗裝卸、儲存和安裝時的損傷；能有效地 保持絕緣電阻隨時間恒定不變;抗剝離性能;抗化學介質(zhì)破壞;補傷容易;物理性能保持能力強;對環(huán)境無毒等。2.2外防腐層的選擇保證長輸油氣管道在預期的使用壽命內(nèi)不發(fā)生由于外腐蝕而引起的功能 損失是對涂層的基本要求，涂層選擇的失誤會導致在管道預期使用壽命 內(nèi)由于涂層失效而帶來的維修費用，這個費用往往超過采用較高級性能 涂層所增加