石油管道防腐機(jī)理與技術(shù)分析

冉琳娜，余 江

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

近些年，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)能源的需求越來(lái)越大。換言之，如今世界能源是一場(chǎng)一觸即發(fā)的交鋒，各國(guó)都高度重視能源的開(kāi)發(fā)與利用。21世紀(jì)最具代表性的能源就是石油能源。中國(guó)幅員遼闊，石油儲(chǔ)量豐富，當(dāng)今已發(fā)現(xiàn)多個(gè)大小油田，產(chǎn)油量逐年增加。因此，對(duì)石油運(yùn)輸?shù)男枨笠沧匀粩U(kuò)大。石油運(yùn)輸主要是管道運(yùn)輸，其具有高效的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。然而，由于石油本身的易燃、易爆和腐蝕性等特性，在輸油管道運(yùn)輸過(guò)程中易發(fā)生管道腐蝕，從而導(dǎo)致石油泄露，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究輸油管道的防腐蝕技術(shù)變得尤為重要。

1 防腐對(duì)石油管道的重要性

石油作為一種液體，其質(zhì)地是黏稠的，用來(lái)發(fā)展工業(yè)，由此“工業(yè)血液”是石油所擁有的譽(yù)名。中國(guó)的石油分布主要是在西部地區(qū)，而中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高發(fā)展地區(qū)是以東部地區(qū)為主。這樣的需求與分布，東部地區(qū)變成資源需求最多的地區(qū)，這就促使石油需要從西輸送到東。我國(guó)的石油運(yùn)輸方式一般使用管道運(yùn)輸，石油管道主要是鋼結(jié)構(gòu)組成，鋼結(jié)構(gòu)管道非常容易和外部環(huán)境物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)作用，使管道被腐蝕。管道被物質(zhì)所腐蝕后，管道的材質(zhì)上、外形上、色澤上、機(jī)能性上都會(huì)有著某種程度的變化，從而會(huì)使石油管道縮短使用壽命，大大增加運(yùn)輸費(fèi)用及人力成本。石油泄漏也是因?yàn)槭凸艿辣桓g而造成，從而導(dǎo)致環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)的損失的“雙重”損失。為了提高社會(huì)效益，減少經(jīng)濟(jì)損失，石油管道的防腐措施需要科學(xué)的分析與研究[1]。

2 腐蝕石油管道的原因

為了確保石油管道的安全，完成防腐工作，有必要對(duì)石油管道被腐蝕的原因、對(duì)策展開(kāi)研究討論，金屬材料被腐蝕有以下幾點(diǎn)原因:①化學(xué)腐蝕；②電化學(xué)腐蝕；③非均勻腐蝕。

2.1 化學(xué)腐蝕

石油是一種復(fù)雜的物質(zhì)，其含有多種烷烴和硫化物。當(dāng)油中的物質(zhì)與管道接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致管道腐蝕。關(guān)鍵的化學(xué)反應(yīng)是因?yàn)楣艿乐械幕钚越饘勹F元素與石油之中的硫化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因而使得管道之中的鐵元素成為鐵的硫化物。此外，因?yàn)橐恍┕艿罆?huì)長(zhǎng)期裸露在空氣之中，管道之中的金屬物質(zhì)與空氣之中的一些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其中，空氣中易和管道內(nèi)的金屬物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)的物質(zhì)有氧、氯、硫化物等，這就是化學(xué)腐蝕[2]。

2.2 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕具體是指腐蝕形式由電荷運(yùn)動(dòng)引起的。在日常生活中，經(jīng)常會(huì)有發(fā)生電化學(xué)腐蝕的情況，如二次電池的應(yīng)用。使用二次電池就會(huì)使電池中的電極通電從而被腐蝕，二次電池的使用會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)的離子，因此引發(fā)出電荷的移動(dòng)。而在石油運(yùn)輸過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)的腐蝕。關(guān)鍵原因是由輸油管道被長(zhǎng)時(shí)間埋在潮濕的地下，而地下復(fù)雜的地理環(huán)境，使金屬層的表面會(huì)產(chǎn)生一層非常薄的水分子，金屬表層接觸到水分子中的一些雜質(zhì)，從而使石油管道中產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)的反應(yīng)關(guān)鍵的就是由于石油運(yùn)輸管道之中鐵的電子漲與落而引起的，從而產(chǎn)生紅棕色的鐵銹。

2.3 金屬材料腐蝕性不均勻

輸油管道本身的金屬不均勻，導(dǎo)致電位差，通過(guò)電荷的運(yùn)動(dòng)引起輸油管道的腐蝕。潛在差異的原因是隨著管道石油年數(shù)的增加，管道需要進(jìn)行改造。改造后，原結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生電位差，導(dǎo)致管道腐蝕。另外，由于管道在運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)新舊管道，會(huì)出現(xiàn)新管道使用與未使用之間的潛在差異，導(dǎo)致管道腐蝕[3]。

3 石油管道的防腐蝕技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，輸油運(yùn)輸管道的防腐技術(shù)也得到了快速發(fā)展，防腐技術(shù)的應(yīng)用與研究愈來(lái)愈多，防腐材料的種類(lèi)五花八門(mén)。將以緩蝕劑、外涂層、內(nèi)襯層和陰極保護(hù)為基礎(chǔ)，介紹目前石油管道所使用的防腐技術(shù)。

3.1 緩蝕劑防腐

緩蝕劑是一種特殊的防腐材料。在一般情況下，為了減幅石油管道被腐蝕的情況，因此會(huì)在石油之中增添一些緩蝕劑，緩蝕劑的用量和成本相對(duì)較低，不會(huì)增加大量的石油運(yùn)輸成本。但在石油中有著緩蝕劑的加入會(huì)引起一些問(wèn)題與困擾，如工藝的復(fù)雜性、維修工作量的增大等等之類(lèi)的問(wèn)題。由于輸油管道材質(zhì)不均勻，單一緩蝕劑難以達(dá)到預(yù)期效果。如果采用緩蝕劑進(jìn)行防腐，可選擇短程或多個(gè)緩蝕劑的使用。

3.2 涂層外防腐

涂層外防腐是最常見(jiàn)的防腐方法之一。其關(guān)鍵原理是在管道之外涂一層材料，使管道外層與空氣分離。其中環(huán)氧涂料、無(wú)機(jī)非金屬涂料和改性涂料都是比較常用的防腐劑。環(huán)氧涂料是一種新式的防腐涂料，環(huán)氧涂料的防腐性能相對(duì)較好。無(wú)機(jī)非金屬涂層能促使陶瓷作為管道和空氣的隔離介質(zhì)。最后改性涂層，利用了納米技術(shù)的應(yīng)用對(duì)改性涂料進(jìn)行一定的防腐蝕處理，使其有著非常良好的防水性能，從而完全杜絕管道被化學(xué)反應(yīng)所腐蝕。

3.3 內(nèi)襯層防腐

內(nèi)襯層防腐不同于涂層外防腐，內(nèi)襯層防腐是近年來(lái)石油管道防腐新技術(shù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，內(nèi)襯層防腐技術(shù)不斷發(fā)展，防腐性能更加優(yōu)異。其中，常用于內(nèi)襯層防腐的涂料有環(huán)氧樹(shù)脂粉末涂料和聚乙烯粉末涂料兩種。

3.4 陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù)常用于防止電化學(xué)腐蝕。這樣，常用的是強(qiáng)制性的電流法。在陰極保護(hù)技術(shù)的設(shè)計(jì)理念中，普遍選用的是活性金屬的材料，如果產(chǎn)生了電化學(xué)反應(yīng)，活性金屬將第一時(shí)間發(fā)生反應(yīng)，在一定程度上保護(hù)了陰極金屬，從而阻止了輸油管道的腐蝕。此外，材料的選擇還有其他要求，需要設(shè)計(jì)與管道壽命相對(duì)應(yīng)的輔助型陽(yáng)極系統(tǒng)，或及時(shí)更新陽(yáng)極系統(tǒng)。只有這樣，電化學(xué)反應(yīng)才能暢通無(wú)阻地進(jìn)行著，管道才能得到很好的保護(hù)[4]。

4 國(guó)內(nèi)外石油管道防腐蝕技術(shù)

4.1 國(guó)外石油管道防腐蝕技術(shù)

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外防腐涂料技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出新的變化，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化，產(chǎn)品的特征逐漸向高效益、無(wú)污染、節(jié)省資源的方向發(fā)展。防腐材料發(fā)展過(guò)程中，復(fù)合結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料技術(shù)進(jìn)展速度非常快，這類(lèi)涂料往往具備非常良好的物理性能，并且化學(xué)性能極佳，在各個(gè)領(lǐng)域都得到推廣應(yīng)用。該類(lèi)防腐涂料技術(shù)對(duì)溫度的強(qiáng)適應(yīng)性，使得其防腐保溫效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品，并且對(duì)于管道強(qiáng)度的防護(hù)起到了非常好的作用。根據(jù)防腐專(zhuān)家的意見(jiàn)，防腐涂層技術(shù)的發(fā)展方向?yàn)?

1）開(kāi)發(fā)試驗(yàn)技術(shù)，對(duì)質(zhì)控體系進(jìn)行充分完善，對(duì)于涂料質(zhì)量要進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)；

2）對(duì)于當(dāng)前管道涂層各項(xiàng)性能進(jìn)行改造完善，包括其附著性、柔韌性、耐磨性、透濕性和透氧性；

3）研制出一種可以耐受高溫的新型耐熱涂料。

4）降低涂裝過(guò)程中的能耗和管道表面處理成本；

5）涂層適應(yīng)性廣，強(qiáng)度大。

6）高度自動(dòng)化噴涂工藝的研發(fā)。

4.2 國(guó)外石油管道防腐蝕技術(shù)

在我國(guó)歷史上，瀝青防腐涂料使用最多、使用時(shí)間最長(zhǎng)，其次是煤焦油瓷漆、環(huán)氧瀝青涂料，然后發(fā)展為聚乙烯涂料。聚乙烯涂層的出現(xiàn)促進(jìn)了粉末涂料的快速發(fā)展，環(huán)氧粉末涂料以其優(yōu)異的黏附性和防腐性能開(kāi)始應(yīng)用于管道防腐:

1）在現(xiàn)場(chǎng)施工中，環(huán)氧樹(shù)脂的固化受溫度影響，固化緩慢，施工周期長(zhǎng)。

2）由于施工中加入了大量的溶劑，很容易為一些施工單位提供偷工減料的機(jī)會(huì)（增加溶劑，稀釋油漆，提高成本）。

3）由于這兩種成分的存在，在現(xiàn)場(chǎng)施工中會(huì)出現(xiàn)養(yǎng)護(hù)劑配比不當(dāng)或攪拌不均勻的現(xiàn)象，容易導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)質(zhì)量差或養(yǎng)護(hù)后質(zhì)量不均勻。

4）防腐層采用玻璃布加固，防腐層中含有蠟，影響層間黏合。玻璃纖維在施工過(guò)程中產(chǎn)生，容易損傷施工人員的皮膚。一般來(lái)說(shuō)，工人不愿意，而且做得不好。

5 總結(jié)

石油是關(guān)鍵的礦產(chǎn)資源，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的地位。中國(guó)是一個(gè)資源豐富的國(guó)家，豐富的石油資源，對(duì)中國(guó)有著巨大的經(jīng)濟(jì)影響力，因此研究石油防腐技術(shù)對(duì)整體經(jīng)濟(jì)和國(guó)家利益有著重大意義。

由上所知，作為一種重要的能源，石油運(yùn)輸是非常重要的。在輸油管道運(yùn)輸過(guò)程中，為避免管道腐蝕引起的漏油和安全事故，必須做好輸油管道的防腐安全處理，使用有效科學(xué)的防腐技術(shù)，保證運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>