長輸管線防腐涂層失效的原因分析

石志超

【摘要】對輸油管線管體進行腐蝕漏磁檢測，管線腐蝕屬于氧去極化腐蝕，主要形式為局部腐蝕。測試了管線經(jīng)過地段土壤的土壤電阻率和管地電位等，土壤屬于強腐蝕類。管線焊口部位的裂紋、殘余應(yīng)力及管道在穿、跨越附近側(cè)下方土壤的氧濃差電池是引起穿孔的主要部位，而防腐層破損加上雜散電流作用是引起防腐層開裂主要原因。

【關(guān)鍵詞】輸油 管線 防腐 涂層 失效 分析

1 前言

原油管道采用防腐層及陰極保護聯(lián)合保護方式。外防腐層主要采用加強級熔接環(huán)氧粉末，簡稱FBE。FBE防腐層的特點是其對管體的粘結(jié)力強，具有優(yōu)良的抗陰極剝離、抗土壤應(yīng)力、抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕和耐老化性能；缺點是抗沖擊性能差，吸水率偏高，在土壤濕度大的地段容易產(chǎn)生鼓泡。影響防腐層老化與失效的因素較多，各種自然因素、環(huán)境因素和人為因素均可以造成防護措施的失效，從而使材料直接暴露在腐蝕性介質(zhì)中，造成設(shè)備及管線在服役期內(nèi)提前失效。對于FBE防腐層，涂層成分、固化程度、運行環(huán)境、介質(zhì)離子狀況等都可以影響其老化和失效。本文研究了原油管線管道的防腐涂層，通過目檢、測厚、現(xiàn)場測量涂層機械性能、電火花檢測等方法直接檢查管段防腐層現(xiàn)狀，對現(xiàn)場取樣進行SEM、紅外、能譜等方法對微觀形貌及涂層結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵狀態(tài)進行深入研究，分析原油管線管道

防腐涂層現(xiàn)狀及失效原因。

2 實驗方法

檢測地點地貌為水田旁，挖開點有積水；管線特征為管直徑610mm。分別采用PosiTector6000測厚儀測量涂層厚度、PosiTest附著力測試儀測量涂層附著力、電火花對涂層撿漏、掃描電鏡觀察涂層微觀形貌、紅外和能譜分析涂層官能團。

3 結(jié)果分析

3.1 防腐涂層現(xiàn)場檢測

圖1a是挖開點涂層的宏觀形貌，可見涂層出現(xiàn)了不同程度的暗斑塊；涂層底部有部分管線金屬露出來，發(fā)生了腐蝕（圖1b）；并且涂層可成片用小刀剝落（圖1c）。涂層漏點較多，達到了10個，附著力為3.75MPa，涂層厚度為454μm。

對于管道外防腐層來說，涂層的附著力檢測是相當重要的指標，越來越受到學(xué)術(shù)界的重視。有機涂層與金屬基體之間的附著力對涂層的保護效果具有明顯的影響，主要是由附著力與有機涂層下金屬的腐蝕過程決定。有機涂層下金屬的腐蝕主要是由相界面的電化學(xué)腐蝕引起的，附著力的好壞對電化學(xué)腐蝕有明顯的影響。對于FBE涂層，新制的涂層附著力應(yīng)達到20MPa以上，經(jīng)過一段時間的老化，涂層與基體的附著力隨時間逐漸下降。涂層的失效是一個從量變到質(zhì)變的過程，同時也是一個包含諸多因素、相當復(fù)雜的過程。涂層失效的過程大致如下：當涂層同腐蝕介質(zhì)接觸后，腐蝕性介質(zhì)中首先是水，然后是氧氣和腐蝕性離子會通過涂層中的宏觀缺陷和微觀缺陷擴散到涂層/金屬基體界面，形成非連續(xù)或連續(xù)的水相，水擴散的動力主要來自于濃度梯度、滲透壓和溫度梯度的作用。此后，由于在界面處水分子的介入，導(dǎo)致涂層濕附著力的持續(xù)降低，涂層失效的發(fā)展模式主要是：涂層缺陷—環(huán)境介質(zhì)滲入—附著力降低—鼓泡—防腐層破損—防腐層絕緣電阻降低—涂層失效。

圖2為管道防腐涂層微觀形貌。涂層存在微觀裂紋等局部缺陷。此處土壤的pH值為6.39，接近中性。涂層常年埋設(shè)在地下，地下環(huán)境介質(zhì)對管道防腐層具有較大的影響。這些影響主要來自于地下水、水中的溶解鹽、酸堿度等等。通過上節(jié)的分析，當涂層有微觀缺陷時環(huán)境中的水與溶解鹽會滲入涂層，造成涂層的剝離。通過涂層的能譜分析，涂層的成分主要為C、O、Si、S、Ti等元素。正面涂層中環(huán)氧基團的特征峰幾乎消失；而背面涂層中環(huán)氧基團的特征峰相對較強，可能是因為固化過快或固化溫度過低，環(huán)氧樹脂與固化劑反應(yīng)不完全所致。管道涂層在安裝前管段由于種種原因，在室外放置了較長時間，相對于新鮮涂層，部分樣品的外表面紅外光譜分析結(jié)果證實，涂層內(nèi)樹脂分子上苯環(huán)吸收峰消失或削弱明顯，可以推測在紫外線的照射下，涂層出現(xiàn)不同程度的粉化，進而涂層脆性增加。SY/T0315-2005規(guī)范中要求在強紫外線下放置需采取遮蓋等措施，以保持涂層的完好。

[1] 盧平.儀長原油管道工程經(jīng)濟形勢分析[J].油氣儲運，2005

[2] 王德中.抗陰極剝離型重防腐環(huán)氧粉末涂料的技術(shù)進展[J].上海涂料，2012