石油管道工程的防腐技術(shù)研究

李政林

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210036）

石油管道工程的防腐技術(shù)研究

李政林

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210036）

防腐作為石油管道工程建設(shè)及維護(hù)管理的關(guān)鍵要素，是確保石油管道工程質(zhì)量、延長(zhǎng)其使用年限、避免出現(xiàn)石油管道泄露等質(zhì)量問(wèn)題的重要組成部分。特別是石油管道泄漏可能誘發(fā)污染、中毒和爆炸等重大事故，加強(qiáng)防腐管理勢(shì)在必行。本文從石油管道腐蝕成因入手，提出了一些常用的防腐技術(shù)，以期全面確保石油管道的質(zhì)量和安全。

石油管道；腐蝕成因；防腐技術(shù)

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，石油能源需求量不斷增加，石油管道建設(shè)不斷增多，同時(shí)也增加了石油管道出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題的概率。如果石油管道因腐蝕問(wèn)題而使石油出現(xiàn)泄漏，那么很容易破壞生態(tài)環(huán)境，甚至可能引發(fā)重大安全事故。因此，如何才能有效地確保石油管道防腐質(zhì)量值得深入探究。

1 石油管道出現(xiàn)腐蝕的成因

1.1 化學(xué)腐蝕

所謂的化學(xué)腐蝕實(shí)際上就是物質(zhì)間因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使物質(zhì)出現(xiàn)腐蝕。如果在空氣中裸露的時(shí)間比較長(zhǎng)，那么金屬物質(zhì)會(huì)同空氣中的二氧化硫、硫化氫和氧氣等氣體物質(zhì)發(fā)生相互接觸而在金屬表面生成硫化物和氧化物等化學(xué)物質(zhì)。雖然金屬管道在常溫或者干燥的空氣中不容易發(fā)生腐蝕問(wèn)題，但是在高溫潮濕的環(huán)境下卻非常容易被氧化腐蝕，同時(shí)也會(huì)伴隨有脫碳現(xiàn)象發(fā)生。另外，石油管道中所運(yùn)輸?shù)氖推分邪协h(huán)烷酸、有機(jī)硫化物等多種形式的化學(xué)物質(zhì)，其同樣會(huì)與金屬管道之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕金屬管道。實(shí)際上，化學(xué)腐蝕是眾多石油管道腐蝕成因中最為常見(jiàn)的一種腐蝕形式，需要石油管道建設(shè)和維護(hù)管理單位給予足夠重視，避免化學(xué)腐蝕問(wèn)題的出現(xiàn)。

1.2 電化學(xué)腐蝕

如果金屬和電解質(zhì)溶液發(fā)生接觸，那么就會(huì)使金屬物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，相應(yīng)的金屬腐蝕就是電化學(xué)腐蝕?？紤]到石油管道的建設(shè)地形比較復(fù)雜，其不可避免會(huì)同海洋、湖泊、土壤以及大氣環(huán)境中的水分發(fā)生接觸反應(yīng)，此時(shí)介質(zhì)中包含有的灰塵、二氧化硫、二氧化碳以及氯化鈉等均隸屬于電解質(zhì)溶液范疇，同時(shí)如果電解質(zhì)溶液濃度有差異，那么它們本身的性質(zhì)也有所不同。如果在潮濕環(huán)境中暴露過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，那么石油管道表面會(huì)在表面吸附作用下附著一層比較薄的水膜，此時(shí)金屬和雜質(zhì)會(huì)發(fā)生緊密接觸后，會(huì)使金屬和雜質(zhì)之間持續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。在電化學(xué)反應(yīng)作用下，鐵會(huì)生成鐵離子而進(jìn)入到水膜之中，其余電子會(huì)移入到對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)中，待反應(yīng)完畢之后會(huì)使相應(yīng)的鐵生成紅褐色的氫氧化鐵，并在金屬表面進(jìn)行附著，這樣石油管道很快就會(huì)被腐蝕。

1.3 微生物腐蝕

微生物腐蝕是一種比較嚴(yán)重且發(fā)展速度比較快的腐蝕形式，其主要是因真菌和細(xì)菌等微生物在石油管道中的活動(dòng)期間而對(duì)金屬石油管道造成腐蝕。有關(guān)研究統(tǒng)計(jì)表明，石油管道外部腐蝕成因中有近1/3比例和微生物腐蝕相關(guān)。如果將石油管道埋置在地面以下，那么土壤中所的金屬還原菌和硫酸鹽還原菌等微生物同樣會(huì)對(duì)石油管道表面造成腐蝕破壞。雖然這些細(xì)菌的存在和活動(dòng)僅能夠在管道表層產(chǎn)生腐蝕，增加局部腐蝕的概率，有助于形成點(diǎn)狀腐蝕或者縫隙腐蝕情況，但是在石油管道外部所存在的腐蝕沉積更是會(huì)嚴(yán)重破壞石油管道，以至于需要頻繁更換石油管道。

1.4 其他原因

除了上述幾種石油管道腐蝕成因之外，石油管道材料不均勻也是誘發(fā)腐蝕問(wèn)題的重要成因。實(shí)際上，如果石油管道材料存在不均勻問(wèn)題，那么就會(huì)相應(yīng)的使金屬管道存在電位差，此時(shí)金屬管道內(nèi)部電子的互相偏離會(huì)腐蝕石油管道。比如，原管道和那些經(jīng)過(guò)改造的管道在組織成分方面會(huì)存在比較大的差異，此時(shí)會(huì)相應(yīng)的形成電位差，或者那些沒(méi)有使用的新管道和使用過(guò)的管道之間同樣會(huì)存在電位差，這些均可能會(huì)對(duì)金屬石油管道造成腐蝕。

2 石油管道防腐技術(shù)的應(yīng)用

2.1 涂層防腐技術(shù)

涂層防腐技術(shù)主要是在石油管道的內(nèi)壁設(shè)置減阻涂層和外壁設(shè)置防腐涂層，但是在防腐涂層設(shè)置之前，必須要先對(duì)相應(yīng)的石油管道表面進(jìn)行脫脂處理和除銹處理，之后進(jìn)行涂層處理，以便借此來(lái)達(dá)到延長(zhǎng)防腐涂層使用年限的目的。隨著涂層防腐技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前也衍生了許多新型的涂層防腐技術(shù)，具體主要包括如下幾種：（1）無(wú)機(jī)非金屬防腐涂層：當(dāng)前無(wú)機(jī)非金屬防腐技術(shù)的快速推廣和普及使得傳統(tǒng)有機(jī)涂層技術(shù)應(yīng)用率不斷降低，前者具有耐氧化、耐高溫等特性，耐腐蝕性更加優(yōu)異，具體包括搪瓷涂層、玻璃涂層和陶瓷涂層。其中的搪瓷涂層的耐腐蝕性非常強(qiáng)，主要用于鋼制管道外層防腐材料；玻璃涂層的耐磨性和致密性比較優(yōu)異，主要用于管道內(nèi)壁涂層；陶瓷涂層的化學(xué)穩(wěn)定性比較高，適用于高溫等比較惡劣環(huán)境。（2）3PE防腐涂層：所謂的3PE防腐涂層主要是指由聚乙烯復(fù)合材料（外層）、膠黏劑（中層）和融接環(huán)氧粉末（內(nèi)層）三層所構(gòu)成復(fù)合防腐的一種技術(shù)，具有很強(qiáng)的防腐性和機(jī)械性，適用于石油管道等的外壁防腐涂層中。（3）無(wú)溶劑環(huán)氧涂層。該種涂層主要應(yīng)用于石油管道內(nèi)壁防腐處理中。考慮到石油管道中石油原油中所包含的一些雜質(zhì)會(huì)在管道內(nèi)壁部位處發(fā)生腐蝕作用，此時(shí)可以在內(nèi)壁部位處設(shè)置一些不會(huì)對(duì)石油原油造成污染，且穩(wěn)定性能比較好的耐油防腐材料，同時(shí)無(wú)溶劑環(huán)氧涂層會(huì)起到減阻管道石油的目的。（4）納米改性材料涂層：納米改性材料涂層實(shí)際上是無(wú)機(jī)涂層和有機(jī)涂層的補(bǔ)充，主要是借助納米技術(shù)來(lái)改進(jìn)有機(jī)或者無(wú)機(jī)防腐材料，有助于改善相應(yīng)防腐材料的性能，增加其耐磨性、防水性和防腐性。

2.2 陰極保護(hù)技術(shù)

采用陰極保護(hù)技術(shù)，加之涂層防腐技術(shù)的應(yīng)用，可以顯著增強(qiáng)管道防腐效果。陰極保護(hù)技術(shù)實(shí)際上就是在那些遭受侵蝕金屬管道的表面施加一個(gè)外加的電流來(lái)將金屬石油管道變成陰極，借此來(lái)抑制金屬腐蝕電子的遷移，減弱或者避免發(fā)生管道腐蝕情況。而就陰極保護(hù)技術(shù)的具體類型而言，主要包括如下兩種類型：

（1）外加電流陰極保護(hù)技術(shù)，其主要是借助輔助陽(yáng)極在回路當(dāng)中通入一個(gè)直流電，將其通過(guò)被保護(hù)的金屬石油管道來(lái)確保金屬石油管道變成陰極來(lái)達(dá)到保護(hù)管道免受腐蝕的作用，其具有廣闊的適用范圍，同時(shí)對(duì)環(huán)境要求也相對(duì)較低，但是保護(hù)時(shí)間卻比較長(zhǎng)，尤其適用于大部分石油管道，但是為了避免石油管道出現(xiàn)電流流失，需要做好相應(yīng)管道的絕緣措施。

（2）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)，其主要采用電位壁待保護(hù)金屬石油管道更負(fù)的金屬與待保護(hù)管道金屬相互連接，借助電位更負(fù)金屬腐蝕所生成的電流來(lái)對(duì)被保護(hù)金屬石油管道進(jìn)行保護(hù)，從而達(dá)到防范管道腐蝕的目的。該種防腐蝕技術(shù)的施工難度比較小，投資費(fèi)用相對(duì)較少，不需要進(jìn)行額外的特殊維護(hù)，相應(yīng)的利用率也非常高，但是實(shí)際的適用范圍卻非常有限，尤其適用于某些特殊環(huán)境。

2.3 補(bǔ)口技術(shù)

補(bǔ)口技術(shù)實(shí)際上就是在金屬石油管道和防腐涂層二者之間的間隙來(lái)填充液態(tài)材料或者聚烯烴等材料來(lái)增強(qiáng)金屬管道和涂層之間結(jié)合度，避免二者之間存在過(guò)大縫隙而影響金屬管道的防腐效果，比如三層聚烯烴補(bǔ)口技術(shù)等均是當(dāng)前金屬管道防腐施工中常用的一種補(bǔ)口技術(shù)。

2.4 緩蝕防腐技術(shù)

緩蝕防腐技術(shù)是當(dāng)前石油管道防腐中常用的一種管道防腐技術(shù)，其主要是在管道內(nèi)部增加相應(yīng)數(shù)量的緩蝕劑來(lái)確保石油管道不會(huì)發(fā)生腐蝕問(wèn)題，同時(shí)也有助于抵擋輻射，但是需要注意的是緩蝕防劑本身僅能夠輔助防腐，卻無(wú)法做到真正抵擋主體腐蝕。因此，為了增強(qiáng)石油管道的防腐效果，避免金屬管道腐蝕問(wèn)題的發(fā)生，可以在應(yīng)用緩蝕防腐技術(shù)的基礎(chǔ)上，配合其他防腐技術(shù)或者手段來(lái)進(jìn)行防腐。

2.5 表面處理技術(shù)

在石油管道防腐中，良好基層具有重要作用。防腐質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)乎石油管道使用年限，故必須要確保防腐涂層和石油管道二者粘連的質(zhì)量，這就需要做好涂層設(shè)置之前管道表面除銹等清理工作，確?？梢栽鰪?qiáng)涂層和管道二者之間粘連的有效性，以最大程度地延長(zhǎng)石油管道使用年限。

2.6 采用新型防腐材料

為了有效地防范石油管道腐蝕問(wèn)題的發(fā)生，可以借助液態(tài)聚氨酯防腐涂料來(lái)進(jìn)行管道防腐。實(shí)際上，液態(tài)聚氨酯防腐涂料本身屬于雙組分，不包含揮發(fā)性溶劑，一般主要呈現(xiàn)液體狀態(tài)，但是如果將兩種組分進(jìn)行混合，那么就會(huì)轉(zhuǎn)化成固體厚膜型涂料，可以進(jìn)行澆筑、涂刷和噴涂成防腐保護(hù)膜。該種防腐涂料具有優(yōu)秀的使用性能，適用于各種環(huán)境、地質(zhì)條件下的腐蝕施工要求，施工性能、韌性和耐磨性等使用性能非常優(yōu)異，加之輸送條件要求比較低，施工操作比較便捷，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，尤其是對(duì)于補(bǔ)口、舊防腐層修復(fù)和補(bǔ)傷等防腐處理中，是當(dāng)前石油管道外防腐層修復(fù)中常用的施工材料。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，防腐是石油管道建設(shè)和維護(hù)管理的核心要素，是提升石油運(yùn)輸效率的重要保障。雖然隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，石油管道防腐技術(shù)日趨成熟，但是在經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的背景下，石油防腐技術(shù)要求同樣不斷提升，所以必須要生產(chǎn)、施工和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入研究，以便借助先進(jìn)防腐技術(shù)的應(yīng)用確保石油管道防腐質(zhì)量。

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TE988.2

A

1671-0711（2017）07（上）-0156-02