油氣管道防腐技術(shù)及應(yīng)用

1、油氣管道防腐技術(shù)及應(yīng)用油 氣 管 道 防 腐 技 術(shù) 及應(yīng)用刖言自20世紀(jì)50年代開(kāi)始，油氣管道的防腐技術(shù)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(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即我們常說(shuō)的腐蝕現(xiàn)象。腐蝕會(huì)造成 管道的穿孔、泄露，給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)也會(huì)給公共 環(huán)境帶來(lái)巨大的損害1。因此，為了減少腐蝕造成的這些嚴(yán)重的后果， 增強(qiáng)油氣管道使用的壽命，進(jìn)一步提高油氣管道的防腐技術(shù)是十分必要 的。這就要求對(duì)油氣管道的防腐技術(shù)有更加深刻的了解與研究。20世紀(jì)50年代以前，國(guó)外長(zhǎng)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(jì)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(jié)涂層等2。20世紀(jì)70年代以 來(lái)，由于管道施工遇到一些嚴(yán)酷的自然環(huán)境，對(duì)防腐層性能提出了更嚴(yán) 格的要求，因此，在管道防腐材料的研究中，都大力發(fā)展復(fù)合材料或復(fù) 合結(jié)構(gòu)，強(qiáng)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(xué)性 能和較寬的溫度適應(yīng)性能，以達(dá)到防腐、絕緣、保溫、增加強(qiáng)度等多種 功能。三層聚乙烯是在20世紀(jì)80年代由歐洲研制成功并開(kāi)始使用的。 一經(jīng)問(wèn)世就在許多工程上得到了應(yīng)用，尤其是歐洲國(guó)家，其應(yīng)用呈不斷 上升的趨勢(shì)3。我國(guó)管道防腐技術(shù)是從應(yīng)用瀝青類防腐層開(kāi)始，自二十世紀(jì)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(guó)外技術(shù)材料的引入應(yīng)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(jìn)入90年代后，煤焦油瓷漆開(kāi)始在 我國(guó)的西部長(zhǎng)輸管道建設(shè)中得到應(yīng)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(jié)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(jié)環(huán)氧也有的少量應(yīng)用4。目前，國(guó)內(nèi)油氣管 道防腐技術(shù)已達(dá)到了發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)末的防腐水平。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，防腐技術(shù)也有了很大的進(jìn)步與發(fā)展。其發(fā)展的特點(diǎn)是 涂料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性改變，其改變方向以節(jié)省資源、無(wú)污染、經(jīng) 濟(jì)、高效、有利于生產(chǎn)為原則，并且在美國(guó)、中國(guó)、加拿大和中東等地

4、 區(qū)進(jìn)行區(qū)域性試驗(yàn)應(yīng)用5。第1章管道腐蝕產(chǎn)生的原因及機(jī)理1.1管道腐蝕產(chǎn)生的原因腐蝕是金屬物質(zhì)在周?chē)幕瘜W(xué)、電化學(xué)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(xué)腐蝕。化學(xué)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(shè)主要采用埋地、管溝和架空敷。后兩者 主要用于站場(chǎng)內(nèi)管道敷設(shè)，絕大部分油氣管道采用的是地埋敷設(shè)方式， 對(duì)此部分管道的防護(hù)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(guān)，另一方面與管道的材料本身、防腐措施 的效果有關(guān)

5、。1.1.1外界條件管道周?chē)橘|(zhì)的腐蝕性。介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng)弱與土壤的性質(zhì)及其微生物 密切相關(guān)，然而對(duì)于長(zhǎng)輸管道涉及的土壤性質(zhì)比較復(fù)雜，準(zhǔn)確評(píng)定其腐 蝕性非常困難。我國(guó)石油行業(yè)制訂出兩種評(píng)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(qiáng)三級(jí)；對(duì)復(fù)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(qiáng)腐蝕4個(gè)等級(jí)6。在實(shí)踐中因后 者較為煩瑣，在長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)中的使用不多。第一種方法比較簡(jiǎn)單易 行，采用比較多，再結(jié)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(xì)菌可造成金屬的細(xì)菌腐蝕，可對(duì)防

6、腐層產(chǎn)生影響，這可能與菌群種類有關(guān)，如硫酸鹽還原菌、酸性細(xì)菌周?chē)橘|(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(yùn)行期間產(chǎn)生的溫度。溫度的升高， 腐蝕的速度會(huì)大大加快。溫度的高低與管路敷設(shè)深度有直接的關(guān)系，同 時(shí)更受地域差別的影響7。施工因素的影響。包括材料的把關(guān)、操作人員的責(zé)任心、質(zhì)量意識(shí) 等。施工時(shí)是否考慮了環(huán)境與施工因素的有機(jī)結(jié)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(jié)垢時(shí)可加速管道內(nèi)壁 的腐蝕速度。雜散電流可對(duì)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(xué)反應(yīng)和破壞金屬晶格的化學(xué)反應(yīng)，可造成管道內(nèi)壁 的腐蝕。1.1.2防腐措施的問(wèn)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(hù)電流 彌補(bǔ)防腐作用；特殊的失效，如因防腐層剝離引起的陰極保護(hù)電流屏蔽及 防腐層的破壞，管道就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)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(jī)理金屬被腐蝕是由于電極電位的不同，金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，電極電位 較低的部位容易失去電子，形成陽(yáng)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(wú)保護(hù)作用，金屬的陽(yáng)極 化反應(yīng)可繼續(xù)進(jìn)，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(hù)技術(shù)2.1外涂層基本性能油氣管道在施工和安裝過(guò)程中要求涂層具有下列優(yōu)良特性：2.1.1抗彎曲性、粘結(jié)力抗彎曲性是指為防止在運(yùn)輸、使用過(guò)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(shè)、吊管機(jī)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(huì)產(chǎn)生裂紋或脫落。所以針對(duì)此油氣管道應(yīng)具 有較強(qiáng)的抗彎曲性。粘結(jié)力是指管道在運(yùn)行過(guò)程中要求涂層對(duì)管道有好的粘結(jié)親和性，以防 止運(yùn)行過(guò)程中因外力作用而發(fā)生粘結(jié)失效事故，一旦涂層失去

9、此性能， 潮氣將會(huì)聚結(jié)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(yīng)有較強(qiáng)的粘結(jié)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(huì)產(chǎn)生缺陷。管道在施 工過(guò)程中或運(yùn)行過(guò)程中，還會(huì)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(yīng)具有足夠的耐磨功能。2.1.3耐化學(xué)介質(zhì)浸泡、抗陰極剝離耐化學(xué)介質(zhì)浸泡，由于土壤中成份復(fù)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(xué)介質(zhì)浸泡， 將過(guò)早失去防腐功能?？龟帢O剝離，由于

10、涂層和陰極保護(hù)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(hù)可能在露 鐵點(diǎn)誘發(fā)氫氣的生成（保護(hù)電位比-1.15V更負(fù)時(shí)），增加水流到露鐵點(diǎn)的 機(jī)會(huì)，這兩種作用以單獨(dú)或聯(lián)合的方式使涂層破損點(diǎn)邊緣的涂層粘著力 下降而失粘，試驗(yàn)時(shí)用陰極剝離半徑來(lái)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(qiáng)度油氣管道尤其是長(zhǎng)輸送油氣管道單純靠外防腐涂層來(lái)實(shí)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(yùn)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(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)防腐，為了避免陰極保護(hù)電流 通過(guò)完好的涂層有明顯的漏失，保證陰極保護(hù)電流用于涂層缺陷點(diǎn)裸鋼 的負(fù)極化，

11、要求涂層材料具有高電阻率且不隨時(shí)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(hù)時(shí)的13V持續(xù)電 壓，但涂層針孔檢查時(shí)，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(qiáng)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(huì)對(duì)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(shí)間發(fā)展；能抵抗裝卸、儲(chǔ)存和安裝時(shí)的損傷；能有效地 保持絕緣電阻隨時(shí)間恒定不變;抗剝離性能;抗化學(xué)介質(zhì)破壞;補(bǔ)傷容易;物理性能保持能力強(qiáng);對(duì)環(huán)境無(wú)毒等。2.2外防腐層的選擇保證長(zhǎng)輸油氣管道在預(yù)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(duì)涂層的基本要求，涂層選擇的失誤會(huì)導(dǎo)致在管道預(yù)期使用壽命 內(nèi)由于涂層失效而帶來(lái)的維修費(fèi)用，這個(gè)費(fèi)用往往超過(guò)采用較高級(jí)性能 涂層所增加