试论油气储运管道防腐技术的应用现状

薛鹏 宋尚鑫 童文辉

摘  要：油气储运管道在使用一段时间后，防腐材料逐渐失效、剥落，失去了保护作用，管道容易出现不同程度的腐蚀问题。管道腐蚀会导致管壁变薄，严重腐蚀的油气储运管道还会出现渗漏问题，不仅造成了资源的浪费和环境的污染，而且在高压环境下增加了油气储运的安全隐患。文章首先概述了导致油气储运管道腐蚀的常见原因，随后分析了管道腐蚀的机理，最后就现阶段常用的油气储运管道防腐技术进行了简要概述。

关键词：油气储运;管道防腐;腐蚀机理;镀层防腐

中图分类号：TE988 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0159-02

引言

我国油气资源的分布极不平衡，为了进一步降低运输损耗和成本，提高生产效率和安全标准，很多地区选择使用管道进行油气储运，以满足不同地区的用油和用气需求。因此，做好油气储运管道的防腐工作，也在一定程度上促进了区域经济发展。导致油气储运管道受到腐蚀的因素有多种，例如管道自身质量不达标，采取的防腐技术不科学，外界环境因素的干扰等。在进行油气储运管道防腐处理时，必须要因地制宜的采取针对性的防腐技术，切实提高防腐效果，延长油气储运管道的使用寿命。

1 油气储运过程中管道腐蚀的主要原因

（1）外界因素。油气储运管道面临的外界环境主要有三种，分别是空气、水和土壤。对于长期暴露在空气中的油气储运管道，在长时间的风吹日晒后，表层防腐涂料逐渐老化、脱落，失去了防腐效果。在降雨或遇到潮湿空气时，导致金属管道外表层出现锈蚀问题。对于埋藏于地下的油气储运管道，地下水和土壤中的无机盐等，也会导致管道表面腐蚀，特别是在酸碱失衡的土壤中，腐蚀速率还会进一步加快。除了自然因素的影响外，人工破坏管道表层的防腐漆，也是导致管道局部出现腐蚀的常见因素。

（2）油气性质。石油类产品和天然气的主要化学成分是烃类物质，这种物质具有较强的氧化性和腐蚀性。由于油气储运管道是一个相对封闭的环境，烃类物质长期接触金属管道的内壁，导致金属发生氧化，生成更加活泼的氧化物，导致管壁受到腐蚀。例如铁质管材在氧化后，在管道内壁上生成一层疏松的Fe2O3，是铁锈的主要成分。这种物质还具有较强的吸水性，进一步加剧了金属管道内壁的腐蚀。另外，石油中还含有一定量的硫化氢、二氧化碳等物质，在吸水后也会生成酸性液体，附着在管道内壁上，造成管道的腐蚀。

（3）防腐措施。油气储运管道在制造和铺设时，都会采取一定的防腐措施，但是如果选用的防腐技术不科学，或是防腐施工质量不高，也会导致后期油气储运管道会过快的出现腐蚀。例如，在油气储运管道表面涂刷防腐漆是一种操作简便且成本较低的防腐技术，但是施工人员为了加快进度，没有提前做好管材的表面清洁工作，而是直接涂刷防腐漆。由于管道表面有灰尘、油污，防腐漆与管道的结合度并不理想，后期也容易出现防腐漆开裂、剥落的情况，管道也会因为失去保护而出现腐蚀。

2 管道腐蚀机理

（1）溶解氧的腐蚀机理。氧作为一种去极化剂，会加速金属的腐蚀，溶解氧是造成油气储运管道腐蚀的重要原因之一。当采出水中溶解氧的含量较高时，可以让油气储运管道的表面生成一层致密的氧化膜，相当于为金属管道提供了一层保护，将管道与外界环境隔绝开，起到了减缓腐蚀速率的效果。反之，溶解氧含量较低时，氧化膜很难形成，因而管道腐蚀速度加快。此种情况下的反应方程式为：

阳极：Fe→Fe2++2e-

阴极：2H++2e-→2H2O+4e-→4OH-

以上反应会生成Fe2+，经过脱水转化为Fe2O3，金属与环境间的物理-化学的相互作用，其结果使金属的性能发生变化。Fe2O3是一种疏松多孔且具有较强吸水能力的化合物，会不断的吸收空气中的水分，这些水分附着在金属管道上，进一步加剧了腐蚀速率。

（2）溶解水的腐蚀机理。湿腐蚀是金属在水溶液中腐蚀的一种电化学反应。在金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池，金属在溶液中失去电子，变成带正电的离子。与此同时，在接触水溶液的金属表面，电子有大量机会被溶液中的某种物质中和。随着腐蚀过程的进行，阴极或阳极会因溶液离子受到腐蚀产物的阻挡，导数扩散被阻而腐蚀速度变慢。

（3）酸性土壤腐蚀机理。酸性土壤中存在较多的H+、AL3+和Fe2+等还原性较强的离子，油气储运管道长期被酸性土壤包裹，加上土壤中含有一定量的水分，就形成了天然的腐蚀环境。由于油气输运管道的材质主要是较为活泼的铁，在酸性土壤环境下更容易发生腐蚀。在PH值为3-6的酸性土壤环境中，油气储运管道的反应方程式为：

陽极：Fe2++2OH-→Fe（OH）2

阴极：O2+2H2O+4e-→4OH-

3 油气储运管道防腐技术现状

（1）表面防护技术。油气储运管道表面防护技术主要是涂刷惰性防腐材料，此类材料往往具有良好的致密性和抗氧化能力，将油气储运管道完全包裹起来，与外部环境隔绝。这样就可以避免潮湿空气等接触管道，在外部防腐材料不出现损坏的情况下，可以保证内部管道不受腐蚀。早期的管道表面防护材料主要是沥青，随着防腐技术的不断发展，现阶段常用聚乙烯树脂、环氧树脂等新型高分子材料，不仅防腐效果更好，而且成本更低，不污染环境。

（2）内防护技术

a.化学药剂。使用化学药剂进行管道防腐也是一种较为常见的技术措施，其中应用较广的化学药剂有缓蚀剂、除氧剂等几种。缓蚀剂的防腐原理是在油气储运管道的表层形成一层沉淀膜，降低了金属管材表面的活化能，从而达到了抑制腐蚀速率的效果。除氧剂主要应用于管道内壁，由于油气储运管道投入使用后，内部相当于一个封闭环境，使用除氧剂可以将管道内部氧气吸收，降低了氧化反应，也是一种降低腐蚀速率的有效措施。b.内涂镀层技术。在管道内壁均匀的喷涂一层惰性金属漆，原理与管道外部的防腐漆类似。在内涂镀层防腐时，需要掌握以下技术要点：首先，要做好管道内壁清洁工作，包括内壁上的灰尘、油污以及铁锈等，必须要提前处理干净，并保证内壁干燥。这样才能保证喷涂的防腐镀层能够与管道内壁完全贴合，延长镀层使用寿命。其次，要保证镀层均匀、光滑，降低油气运输时管道内壁与油气产生的摩擦，不仅可以优化防腐效果，而且保障了油气储运的安全。c.衬里技术。使用一些非金属材料，粘附到油气储运管道的内壁上，形成一个高强度的内衬层，达到防止管道内壁腐蚀的目的。与内涂镀层相比，衬里技术的优点在于可供选择的内衬材料更多，常用的有聚氯乙烯塑料材料、玻璃钢材料以及高弹性橡胶材料等。不同衬里技术的施工方法和适用情况有较大差异，例如聚氯乙烯塑料除了能够达到防止腐蚀外，还有较好的绝缘性能和耐磨性能;玻璃钢具有光滑、易清洗的优点。

（3）电流阴极保护法。外加电流阴极保护是防止地下金属结构如管道、储罐等腐蚀的有效方法。辅助阳极是外加电流系统中的重要组成部分，起作用是将保护电流经过介质传递到保护结构物表面上。地下结构物外加电流阴极保护用的阳极通常并不直接埋在土壤中，而是通过外接电源的方式，持续为管道供应稳定的低压直流电，电流通过管道传导入地下的土壤中，使得电子流失从而保护管道免受腐蚀。此方法在供电稳定且环境较为复杂的地区较为常用，维护方便，通常每月要进行断电电位检测，极化电位应为-850mv——-1200mv。

（4）牺牲阳极保护法。将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。因这种方法牺牲了阳极保护了阴极，因而叫做牺牲阳极保护法。这种阳极消耗较快，安设位置及方法必须便于更换，在阳极周围填充碳质回填料而构成阳极保护地床，低电位金属材料一般有铝合金、镁合金、锌合金等。

4 油气管道防腐技术中应注意的问题及防腐蚀研究进展

在进行管道防腐时，应当首先明确油气储运管道所在区域的外部环境，以及可能导致管道腐蚀的主要原因，有针对性的选取防腐措施和防腐材料。在进行管道的现场安装时，工作人员应当做好相关的质量检测，还有就是展开必要的防腐试验。新材料的研究与应用，是推动油气储运管道防腐技术不断创新的关键。例如使用缓蚀剂进行防腐，虽然可以取得较好的防腐效果，但是大量使用缓蚀劑可能会造成油气污染。目前新研发的一种绿色环保型缓蚀剂，主要成分是氨基酸类物质，降解后不会对油气产生污染;还有就是使用在线检测和评估技术，能够对油气储运管道的腐蚀速率、阳极消耗速度等进行动态监测，方便管理人员更加直观的掌握管道腐蚀现状。另外像“等离子体技术制备抗腐涂层技术”、“石墨烯添加剂防腐技术”等，也是近年来我国在油气储运管道防腐工作上取得的新进展。

5 结束语

做好油气储运管道防腐在节约资源、防治污染和保障管道沿线安全等方面发挥了重要作用，在明确了导致油气储运管道的腐蚀因素和腐蚀机理后，可以采取针对性的防腐技术，保障油气储运管道的运行安全。今后要加大投入做好新型防腐技术研发，为保障我国油气储运安全和满足区域用油和油气需求奠定基础。

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