浅析油气集输管道腐蚀机理与防腐技术研究进展

鲁大丽

随着我国各行业的发展，在油气资源方面也具有了更大的需求量，集输管道数目得到了较多的增长。但在油气传输中，腐蚀情况的存在则会对油气集输产生十分严重的陶染，不仅会因此引发较大的经济损失，且可能因此导致安全事故发生。所以，需要我们在平时就做好管道腐蚀机理的研究，未雨绸缪，把握管道的腐蚀机理，掌握防腐新，以应对随时到来的因管道腐蚀而产生的生产问题甚至是事故。

一、油气集输管道腐蚀机理

随着我国对油气需求量的增长，油气集输管道的数目也日益增长，但是管道的腐蚀给油气集输带来了严重的陶染，同时也给国家造成了巨大的经济损失。管道的腐蚀造成的妨害主要有：（1）使设备和管道损坏；（2）管道漏油以至于污染周边农田及河流；（3）污染工作区影响员工工作休息；（4）产品流失；（5）人员伤亡等。因此，充分认识腐蚀的形成机理与研讨相应的防腐蚀技术具有重要的现实意义。管道的腐蚀按位置来分分为两种，第一种是从管道外发生的腐蚀，称为外腐蚀；第二种是从管道内发生的腐蚀，称为内腐蚀。

油气管道外腐蚀，指管道在同周围介质产生作用的情况下因电化学作用、物理融解作用以及化学反应等情况的出现破坏管道的外壁的现象。根据管道所处位置的不同，导致外腐蚀产生的原因也具有一定的差别。管道的腐蚀主要包括土壤腐蚀和海水腐蚀等。

管道内腐蚀，受到管质料量、输送介质以及管道防腐水平的陶染，油气集输管道内壁腐蚀主要包括：（1）H2S腐蚀；（2）CO2腐蚀；（3）多相流腐蚀；

二、油气集输管道防腐技術

1.外防腐技术。油气管道外防腐技术经过100多年的发展历程，从最初采用天然沥青作为油气管道的防腐材料，到现在广泛使用的三层结构聚乙烯防腐、三层结构聚丙烯防腐、环氧树脂类防腐，已经从原材料的加工到防腐设备的制造等方面形成了产业链式的发展。从防腐技术的发展趋势来看，是在向高效、适用、环保、节能的方向发展。石油沥青涂层：一直被用作防腐的常用方法，石油沥青层和聚氯乙烯膜是它的主要构成材料，防水较好，廉价，耐候性优良，易于操作，技术娴熟，所以现阶段，金属防腐使用最多的还是石油沥青防腐层。但是温度对其影响很大，受到温度的制约严重。高温软化，易熔融，低温下变脆；受到撞击的时候容易发生开裂；而且容易发生老化现象；埋在有岩石的土壤里，要有机械保护层或在沟内填充砂土，增长了金钱的花销；易受细菌侵蚀，劳动条件差，损耗大，并且石油沥青防腐层对环境影响很大，在人口稠密地区以及人类生活居住区的使用限制很大。

3PE防腐层：三层结构聚乙烯防腐层综合了环氧涂层和挤压聚乙烯两种防腐层的优良性质，将环氧涂层的界面特性和耐化学特性，与挤压聚乙烯防腐层的机械保护特性等优点结合起来，从而显著改善了各自的性能。因此作为埋地管线的外防护层是非常优越的。3PE防腐层能够增加管道的使用时间。

环氧粉末防腐层：将粉末喷涂到管线的表面上，并且管线需要提前加热处理，这样一来，粉末就会在管体上发生固化反应，形成一层致密的防腐层。所形成的防腐层性能优良，具有如下优点：（1）使用温度范围为-60～100℃；（2）与管体粘着力大，耐阴极剥落性好；（3）抗冲击性、韧性与耐温性好，焊接损伤小；（4）防水性、电绝缘性好；（5）损伤易发现，易修补。（6）对环境影响较小。其主要缺点是膜层较薄，易损坏，易出现漏点，生产技术要求高；设备也较复杂，野外施工管理难度大。

煤焦油瓷漆：具有吸水率低，抗水渗透的特点。优良的化学惰性，耐溶剂和石油产品侵蚀，电绝缘性能好，粘结性优于石油沥青。抗植物根茎穿透和耐微生物腐蚀。低温发脆，热稳定性差。施工熬制和浇涂的过程中容易溢出有害物质，对环境和人体健康有陶染。一般用于地下水位高和沼泽地段的土壤环境。

聚乙烯胶带：常用管道防腐材料之一，适用温度范围为-30～70℃，在油气管道上已有三十多年的使用历史。胶带在使用中已发展至多种结构，有良好的防腐综合性能（如抗冲击性能、耐静压力、防水密封性等）。

三层结构聚乙烯防腐层：熔结环氧粉末底层的作用是形成连续的涂膜，提供良好的附着力；熔结环氧粉末涂料是一种固体的，多成份树脂体系，以单组份形式出现；聚合物胶粘剂中间层的作用是在环氧粉末涂料胶化之前与之融合，并与外面的聚乙烯层粘结使三层成为一个整体。通过高温熔结到钢管表面经固化、流平形成一层坚硬密实的涂膜，从而达到防腐的目的。聚氨酯泡沫塑料防腐保温层一般用于埋地管道上，石油的温度一般不超过一百摄氏度，能够完全的保护埋地管线，并且起到保温的作用。电化学保护法是一种常用的保护金属的方法，主要有牺牲阳极、外加电流法（阴极保护法）。金属腐蚀时，由于极化作用，阳极和阴极电位都接近于交点S 所对应的腐蚀电位Ecorr，与此相对应的腐蚀电流为Icorr。在腐蚀电流作用下，金属上的阳极区不断发生溶解，导致腐蚀破坏。其他防腐涂层：（1）尿烷（焦油）；（2）尼龙；（3）聚氯乙烯；（4）聚丙稀；

2.内防腐技术。目前石油行业已知的内防腐技术主要包括：采用特殊质料，如不锈钢、合金、玻璃钢、碳钢缓蚀剂、防腐涂层、衬塑等技术，辅以相应的腐蚀监测技术和防腐工艺来进行腐蚀控制 ；使用缓蚀剂进行防腐、涂抹防腐材料、电镀、复合管防腐等技术。缓蚀剂防腐：透过改变腐蚀金属的表面情况，或者采用催化剂，让腐蚀的过程中，阳极和阴极产生变化，降低其反应速率，最后实现防腐蚀。复合管防腐：广泛使用的复合管主要有双金属复合管、陶瓷内衬复合管和玻璃钢内衬复合管。复合管能在一定程度上防止集输管线的腐蚀，但其与镀层一样，相对价格较高，而且对于特殊的地段需要特殊的材料，工艺较为复杂，成本较高。涂料防腐：涂层钢管最常用于输油管线，其原理是在管道内壁和腐蚀介质之间提供一个隔离层，从而起到减缓腐蚀的作用。内涂层防腐技术可有效防止内腐蚀，节约大量的管材和维修费用，显著提高油气田的输送效率，减少清管次数。

三、管道防腐新技术展望

随着我国能源政策的调整，长输管线的建设在我国具有相当的市场潜力，防腐技术会呈现出新的需求。但由于地方财政、认识水平等多方面因素的陶染，价格昂贵的防腐蚀涂料的应用必然受到局限，而综合性能好、成本低廉、使用方便、易于推广的防腐蚀新材料和新工艺将在主管道或支管道上受到欢迎，急需加强在这方面的研讨开发工作，这也是我们现阶段最需要做的事情。

必须强烈意识到，由于受到经济与理论知识认识度等多方面因素限制，成本低廉、综合性能好、使用方便的材料更加易于推广。因此，防腐技术的是每一位从事该项研究的科研工作者面临的挑战与机遇。