雾霾天气对长输管道站场设备的腐蚀影响研究

孙雷雷，田文韬，聂文，刘志永

（中石化天然气榆济管道分公司，山东济南250000）

雾霾天气对长输管道站场设备的腐蚀影响研究

孙雷雷，田文韬，聂文，刘志永

（中石化天然气榆济管道分公司，山东济南250000）

为了探究雾霾天气对长输管道站场设备的影响，以榆济管道平遥增压站为例，系统分析了设备涂层失效及基材腐蚀的原因，揭示了雾霾天气是如何影响设备腐蚀行为的，探讨了雾霾天气影响涂层失效及基材腐蚀的主要因素，提出了相应的防治措施，以期解决设备腐蚀问题，确保管线的安全、平稳运行。

雾霾天气；设备腐蚀；钢质基材设备；天然气

雾霾天气是雾和霾的统称，近年来引起了人们的广泛关注。雾是指由许多漂浮在近地大气中的小水滴或冰晶组成的气溶胶天气；霾是大气中的灰尘、SO2、NO、有机碳氢化合物等粒子造成大气普遍浑浊的天气现象。雾与霾的区分在于相对湿度，一般出现霾天气时相对湿度不大于80%，而出现雾天气时相对湿度是饱和的。此外，在一定条件下雾与霾是可互相转换的。

2016年，中国各地屡屡出现雾霾天气，遍布陕、晋、豫、冀、鲁等榆济管道途径的省市，因此，不仅需要重视雾霾对职工健康的危害，也应研究其对金属设备的影响。长输管道站场使用的钢质基材设备在途经雾霾地区时，经过多年运行，涂层已失效，进而导致其抗蚀性大大降低，腐蚀速度逐渐加快。设备的防腐蚀性能是保障长输管道站场安全运行的基本条件，因此，有必要重视雾霾天气对设备的腐蚀影响研究。本文以榆济管道平遥增压站为例，探究了雾霾天气是如何影响设备腐蚀行为的，提出了有效的防治措施，提高了设备的完好性和可靠性。

1 站场环境概括

平遥增压站为压缩机站，主要功能是为干线天然气增压，以提高管线的输送能力，具有分输计量、清管、天然气除尘等功能。该站有压缩机组、空冷器、仪表风系统、冷却水系统等大型关键系统设备，直接暴露于大气的有空冷器、高位油箱、冷却水塔、仪表风储罐、消防水储罐、工艺管线及附属阀门等。该站设备较多且重要，因此，更需做好设备的防腐工作，提高设备的完好性。

该站地处太原盆地，濒临产焦区。山西省是以煤炭为主要能源的省份，在2013年该省能源消费总量中，煤炭比例高达90%.平遥县居民也以煤炭为主要的取暖材料，燃烧煤炭产生大量煤烟，加之产焦区排放的污染物，该区的雾霾问题很严重。根据1980—2012年山西108站霾观测资料发现，平遥是该区霾高发中心（轻微霾、轻度霾、重度霾平遥均为太原盆地的高发中心），年平均轻微霾日数高达135.71 d，年平均轻度霾日数17.85 d，年平均重度霾日数3.12 d。调查发现，该站设备已出现了不同程度的腐蚀，所以，笔者通过研究其腐蚀现象分析了雾霾天气是如何影响腐蚀行为的。

2 腐蚀现象及其原因

设备腐蚀一般有2个过程：①涂层失效；②基材表面大气环境腐蚀。当设备涂层有效的情况下，理论上是可以避免腐蚀的形成，但由于施工质量、涂层老化或运行过程中的振动等原因，导致涂层失效，进而使基材暴露，发生大气环境腐蚀。设备腐蚀的原因是复杂的，大气环境腐蚀是其中一个主要原因。

2.1 腐蚀现象

设备腐蚀主要发生在涂层失效、潮湿、易积聚粉尘等部位。主要表现如下：①空冷器百叶窗、冷却水塔风机机壳及喷淋泵、仪表风储罐及消防水储罐底座、阀盖与阀体之间、法兰缝、阀门底座、管道支撑座等，这些部位易积聚粉尘遇水形成湿润环境，相比其他部位而言，是设备腐蚀最严重的区域。②仪表风储罐及消防水储罐罐体、罐顶等，其表面积大，涂层受暴晒、雨淋、雾霾中的污染离子等外界因素的作用，导致局部粉化开裂，为基材表面大气环境腐蚀提供了通道，形成局部腐蚀。同样，这也是工程结构中十分常见的一种腐蚀形貌。③工艺管道下侧，露水或雨水沿管道汇聚于该处，且该处不易被阳光照射，比其他部位潮湿，因此，该处电化学反应严重，腐蚀现象明显。

2.2 涂层失效的原因

涂层失效的主要原因是其老化过程，涂层长期受恶劣的自然环境影响，会形成降解反应，导致其渐渐老化失效，加之雾霾中的SO2、NO等渗入后，与分子链上某些基团反应，改变了分子链结构，导致涂层老化，涂层光泽逐渐下降，油漆颜色变淡，出现裂纹、粉化甚至张开。

2.3 基材腐蚀的原因

当涂层失效后环境中的水汽与基材直接接触，在其上面凝结产生水膜。该层水膜内包括一些游离的H+与OH-，还溶入了部分O2，这些均为电化学腐蚀反应提供了条件。

阳极：Fe→Fe2++2e

阴极：2H++2e→H2，H2O+1/2O2+2e→2OH-

化学反应：Fe2++2OH-→Fe（OH）2，2Fe（OH）2+H2O+1/2 O2→2Fe（OH）3

反应后失水在基材表面生成所谓的铁锈Fe2O3，在雾霾污染区，雾霾中的污染物SO2与H2O结合形成酸性溶液可促进电化学腐蚀：SO2+1/2 O2→SO3，SO3+H2O→H2SO4，Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑，FeSO4+O2+H2O→Fe2O3·H2O+ H2SO4。

SO2与NO2共同与钢发生化学反应，可明显加快钢的腐蚀速度。雾霾污染物NaCl积聚于基材表面，可以改变水膜性质提高离子数目，且将会使设备基材上的钝化层失效，加剧设备基材的腐蚀。另外，局部雾霾污染区大气中包括部分H2S，也可与钢发生反应。具体反应式为：H2S+Fe→FeS+H2↑，FeS+O2+H2O→Fe2O3·H2O+H2S。

3 影响因素

3.1 涂层老化的影响因素

涂层老化的影响因素包括光、温度、大气污染物、H2O等，本文主要分析大气污染物及水对涂层老化的影响。

3.1.1 污染物

雾霾中的SO2、NO等渗入涂层后，与分子链上某些基团反应改变了分子链结构会导致涂层老化。

3.1.2 H2O

因为涂层本身具有渗透性加之刷涂时的细孔，H2O渗入涂层后会降低涂层与基材之间的粘合力，导致漆层逐步失效，进而使基材腐蚀。雾霾的相对湿度较大，当设备温度比大气温度低时，设备表面可能会凝露形成液态水，进而会提高水进入涂层的概率。

3.2 基材表面腐蚀的影响因素

影响基材大气环境腐蚀的主要因素有相对湿度、温度、污染物浓度等。

3.2.1 相对湿度

因为大气环境腐蚀究其原理是一种电化学反应，反应的前提是存在电解液，而电解液的形成又与相对湿度有关。研究发现，当雾霾中该因素数值大于65%时，碳钢试件的腐蚀速度变化明显加快。

3.2.2 温度

一方面，当大气温度比设备表面温度高时，设备表面更有可能凝露，为大气环境腐蚀提供条件；另一方面，温度影响着雾霾中SO2等污染物的溶解度，进而影响着钢的腐蚀速度。因此，温度这一影响因素的变化直接影响着基材的大气环境腐蚀速度。

3.2.3 污染物浓度

雾霾主要由SO2、NO、PM2.5组成，PM2.5主要是盐类等一些细小粉尘。NO进一步氧化可形成NO2，PM2.5中的粉尘积聚于基材表面可加快形成潮湿环境，这些均可加快钢的腐蚀。因此，该因素数值即雾霾天气的严重度会影响钢的腐蚀。

4 防治措施

4.1 合理选型

在站场建设期间，对于设备的选型，应考虑大气腐蚀问题。根据前期的地区调研，依据大气污染程度及降雨量等情况，划分为不同级别的防腐蚀区域，因地制宜地选择设备。对于空气质量良好、干燥的地区，设备的基材可选碳钢的；对于大气污染严重且降雨量大的地区，设备的基材可选镀锌处理的钢，如果有必要，则可选择不锈钢。

4.2 严把涂层质量关

有机涂层的质量直接影响着设备的抗腐蚀性，合格的涂层可有效地保护设备基材，延长设备的使用寿命。有机涂层的质量与多方面有关，比如防腐材料的选择、设备表面处理、施工质量检查等。因此，需要重视施工全过程管理，严格施工各阶段的监管，落实施工质量管理规定，确保涂层质量。

针对中、重度雾霾污染，对于防腐材料的选择，基材表面上的底漆可选耐候性良好的环氧富锌底漆，因为油漆组成中有锌，可起阴极保护的作用；面漆可选择氟碳面漆，实验表明，氟碳面漆耐候性能优于其他面漆（丙烯酸聚氨酯面漆、氯化橡胶面漆、聚氨酯面漆和硅丙面漆）。

在设备表面处理的过程中，要求除锈全面、彻底，如果局部有油污，则将其擦洗掉，直至基材面达到GB/T 8923—88规定的St3级标准，且经现场技术人员验收合格后方可进行涂料的喷涂。

施工过程的质量检查是防腐蚀工程检查的重点，应严格按照标准规范做好全过程的检查工作。目测是否有空洞、麻面、起砂、脱落、空鼓、刷纹等现象，此外，还需对干燥后的漆层进行测厚，以检验其是否符合标准规范。

4.3 完善防腐设置

对于平遥增压站的腐蚀现象，在榆济管道乃至长输管道都具有一定的普遍性，就该问题笔者认为可通过进一步完善站场设备的防腐蚀设置来治理。具体而言，对于冷却水塔风机及喷淋泵、关键阀门等锈蚀问题，可增设防护罩以避免其直接暴露于大气；对于法兰缝锈蚀的问题，榆济管道分公司于2015年组织进行了一次整改，做法是将法兰之间的螺栓除锈，涂刷上面漆，用牛油盘根缠绕填充法兰缝后，再采用热收缩带缠绕法兰侧面以隔绝接触大气，实践证明，该方法可有效控制法兰之间的锈蚀问题；对于仪表风储罐及消防水储罐底座、管道支撑座锈蚀的问题，在建设阶段应预留一定高度的水泥基础，且支撑座边缘有坡度以便排水；对于仪表风储罐及消防水储罐罐顶锈蚀问题，可在罐顶设置排水沟，以防止罐顶积水为电化学腐蚀提供条件。

4.4 重视日常维护保养

应重视设备的日常维护保养，形成制度与规范，及时发现并解决设备锈蚀问题。具体而言，应重视雾霾天气对长输管道站场设备腐蚀的影响，出现雾霾天气后及时组织对管道及设备进行擦拭保持其表面洁净、干燥；根据《色漆和清漆涂层老化的评级方法》（GB/T 1766—2008）判断涂层老化情况，掌握涂层老化规律，合理安排修复时间，做到既保证防腐蚀效果，又降低维修成本；制订设备维护保养计划，定期组织进行全面、细致的保养。

5 结束语

以平遥增压站为例分析了设备涂层失效及基材腐蚀的原因，揭示了雾霾天气是如何影响设备腐蚀行为的，探讨了雾霾天气影响涂层失效及基材表面腐蚀的主要因素，归纳总结了相应的防治措施，以期解决设备腐蚀问题。通过合理选型、严把涂层质量关、完善防腐设置及加强日常维护保养来治理腐蚀，提高了设备的完好性和可靠性，降低了设备的运营维护成本，确保了榆济管道的安全、平稳运行。

［1］韩晋雅，李倩.经济学视角下山西省雾霾的成因与对策分析［J］.华中师范大学研究生学报，2016（02）.

［2］李苗，苗爱梅，王洪霞，等.山西不同强度霾天气的气候特征及影响因子初探［J］.中国农学通报，2015（14）.

［3］王曰义.金属的典型腐蚀形貌［J］.装备环境工程，2006（04）.

〔编辑：张思楠〕

TE988

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.027

2095－6835（2017）16－0027－03

孙雷雷（1987—），男，山东济宁人，2014年毕业于中国石油大学（华东）机械工程专业，硕士学位，助理工程师，从事运行管理工作。