石油长输管道腐蚀与防护措施

胡小光 陆海洋 吴舟

摘要：石油是当前工业生产、生活、军事等领域的重要能源物资，大量的石油资源通过不同渠道运输到使用目的地，其中管道运输是较为稳定和快捷的运输方式，所以我国兴建了大量的长距离输油管道。输油管道能够稳定、持续的提供原油运输，但是管道自身的使用环境大多为地下、潮湿、腐蚀性强的环境，导致石油管道比其他管道更容易受到腐蚀作用，腐蚀会缩短管道的使用寿命，并且还会给管道运输带来安全风险。所以需要探讨石油管道受到腐蚀的影响因素，从而采取针对性的防腐蚀措施来保障石油管道的使用安全。

关键词：石油长输管道;腐蚀;防护措施

1石油长输管道腐蚀种类

1.1化学腐蚀

石油中含有的化学物质与金属元素发生化学反应是输油管道内壁发生腐蚀的重要原因。例如，原油中含有的硫化合物和水、成品油中含有的氧气和水，都能够与铁原子发生反应，生成铁离子或氧化物，从而腐蚀管路内壁。特别是在硫化氢和水共存的情况下，硫化氢发生解离，解离产物会与管道中的活泼金属元素如铁等发生化学反应生成的硫化物，聚集在金属材料晶界处产生应力，进而使管道产生裂纹，最终发生断裂。由于石油长输管道敷设路径的地质和化学环境非常复杂，管道外壁的化学腐蚀也不容忽视。石油长输管道的长度达数百、数千千米，服役过程中要通过各种不同的环境，接触不同的化学物质。这些物质会与金属元素发生化学反应，从而对管道外壁发生腐蚀。如酸性条件下，氢离子会与铁原子发生反应;二氧化碳在有水情况下生成碳酸进而和铁原子发生反应，碳酸根离子是硫化物应力开裂的诱因;氧化气氛下，铁原子会与氧气发生反应，生成氧化铁等。另外，管道自身加工和组装质量也是影响其化学稳定性的原因，其加工过程中残余应力、焊接过程中不均匀加热导致的应力、组织和元素偏析，以及缺陷等，都对长输管道的化学稳定性产生影响。

1.2电化学腐蚀

电化学腐蚀是两种物质之间通过电解质形成原电池后引起的氧化还原反应。这种电化学反应较化学反应更为普遍，速度也更快，对长输管道的破坏也更为严重。对于长输管道而言，其经过的土壤环境和大气，都含有能电离成离子的电解质，为形成原电池创造条件，特别是经过海水、河流、湖泊等区域时，因其含有大量的无机盐，电化学腐蚀的现象更为显著。管道外壁化学成分、组织结构、应力等的不均匀分布和土壤湿度、酸碱度、成分等的差异，都可以在管道表面形成原电池。如钢中的碳化铁、铸铁中的石墨等都和铁元素的平衡电位不同，产生原电池。原电池的阳极反应为输油管路中的金属原子失去电子，生成金属离子;阴极反应根据环境中的不同分为析氢和吸氧两个过程。在一种化学物质与（例如铸铁中的碳）与铁形成原电池后，可立刻通过电解质实现电子的转移，生成1 个亚铁离子带2个单位的正电荷，并在此基础上与周围环境中的化学物质生成氢氧化铁、四氧化三铁等，使管道迅速发生腐蚀。除了以上原因外，周围环境中存在的杂散电流，可会导致以上电化学腐蚀的发生。

1.3生物腐蚀

石油长输管道通过的土壤等环境中含有大量的细菌、真菌等微生物，其对金属管道的腐蚀也是管道损坏的原因之一，也是金属氧化细菌、产酸菌、硫酸盐还原菌、金属还原细菌等多种菌群共同作用的复杂结果。例如，硫酸盐还原菌群能够在厌氧环境中将硫酸盐还原为硫化物，并形成硫化亚铁;某些细菌和真菌会产生醋酸等有机酸，对铁基材料的腐蚀很强。某些细菌在新陈代新过程中会伴随着金属离子的氧化，加速管道腐蚀。

2 造成管道腐蚀的主要因素

2.1 管道所处环境

石油管道埋入地下进行石油运输有利于提高运输稳定性，并且避免影响周边居民生活和生产作业等，但是地下环境潮湿、腐蚀性强，很容易对管道产生腐蚀作用，具体对管道的影响有几个方面：首先是土壤中的盐分、腐蚀性元素等会直接对管道外壁产生腐蚀作用，土壤中的液体、气体等也会导致管道外壁发生各种理化作用，进而导致外壁的稳定性下降，出现各种孔洞或者斑驳锈迹。其次是土壤中的环境相对温湿，所以存在大量的细菌，细菌在活动的过程中会释放出大量的化学物质，这些化学物质会形成酸性环境来腐蚀管道的外壁，进而导致管道受到逐步的侵蚀，严重的甚至会形成大面积的管道外壁脱落。最后就是地下各种电缆线路产生的电流影响，地下铺设的电缆等会在土壤中产生各种杂乱的电流，这些电流会与管道外壁形成反应，这种反应会加速管道的腐蚀速度。

2.2 管道自身质量

管道自身的质量缺陷是导致管道腐蚀的最主要原因之一，如果能够提升管道质量，则能够显著提升管道防腐蚀效果。

2.2.1管道材质问题

目前在石油管道中经常使用碳素钢，其通常呈现出微晶的结构，这种结构的抗腐蚀能力较差，是造成管道出现腐蚀问题的主要因素之一。

2.2.2管道腐蚀防护质量不达标

石油管道深埋地下之前都会全面的覆盖防腐层，其目的就是确保石油运输管道不会在潮湿、酸性大的地下持续受到腐蚀作用，避免腐蚀性环境影响管道的使用性能及寿命。但在实际的作业过程中，经常出现管道防腐蚀工作不按规范落实的情况，导致起不到真正的防腐蚀效果。并且在石油运输过程中，间断出现压力因素也会导致管道壁出现变性甚至裂隙，这也会导致防腐层出现破损，这些破损部位就会成為最先被腐蚀的位置。所以当前管道腐蚀的防护效果尚且不能够满足管道运输的需求。

3腐蚀防护措施

3.1长输管道材料的选择与强化

减少石油长输管道的腐蚀首先应从管道材料选择入手。在选择材质时，应针对不同的应用环境，选择合适材料。在细菌菌落分布多的管线环境中，可选择向管线材料中添加一定量的抗菌金属元素，如铜、锌等。在化学腐蚀性强的环境中可增加铁基材料中铬、钼等耐腐蚀元素的含量，并调整材料组织结构，提高管道耐腐蚀性能。

3.2防腐蚀层的涂覆

在长输管道表面涂覆防腐蚀涂层，是一种提高其耐蚀能力的更为直接的方法。涂覆后的长输管道化学稳定性、抗生物附着性等性能均会得到有效增强。针对管道内、外壁的腐蚀介质不同，所采用的防腐涂层的成分也有所不同：管道内部的腐蚀主要与输送油品中的硫化物、水等有关，可采用耐油防腐涂料及有机涂层（乙烯、环氧树脂）作为管道内壁的防腐材料，不仅能够起到防化学腐蚀作用，且具有较好的机械性能，不污染传输油品。另外，长输管道的外壁腐蚀环境更为复杂，可使用油性或醇酸防锈漆与金属漆（铝粉或银粉）相结合的方式进行防护。同时，使用包括环氧树脂层、环氧煤沥青布、煤焦油瓷漆层、玻璃丝布等绝缘材料对长输管道进行绝缘保护，可消除电化学腐蚀和杂散电流等的影响，同时也减轻生物腐蚀带来的影响。

3.3阴极保护的腐蚀防护策略

电化学腐蚀是最为常见的石油运输管道腐蚀原因之一，因此采用阴极保护的方式对石油管道而言具有显著的腐蚀防护效果。阴极保护法分为强制电流保护法以及牺牲阳极的阴极保护法两种。强制电流保护法的原理是将待保护金属与外接电源的负极相连接，减缓待保护金属的阴极反应。牺牲阳极的阴极保护法则是通过将待保护金属与活性更强的金属相连接，外接金属作为阳极发生腐蚀反应，进而对作为阴极的待保护金属进行了保护。对于石油管道的腐蚀防护来说，牺牲阳极的阴极保护法因为其所处环境的特殊性和成本的高昂，以及具体操作流程的复杂性，使得在石油管道的腐蚀防护中对其的应用不如强制电流保护法广泛，大多是作为辅助措施发挥其腐蚀防护作用。例如，将锌合金安装在有河流通过的河岸两侧，锌合金就会成为阳极被优先腐蚀，对石油管道就形成了保护。

3.4对重点部位进行重点防护的腐蚀防护策略

石油管道所处的外界环境多变且复杂，容易发生腐蚀的管道部位也会因外界环境的不同而有所不同。因此在进行对石油管道的腐蚀防护工作时，针对特定环境中石油管道容易发生腐蚀的重点部位，要对其进行重点的防护，比如对于管道的弯头等部位要经常通过喷铀防止其发生腐蚀。

结语

各种石油管道运输工程在石油资源运输中发挥着非常重要的现象，一旦出现管道腐蚀问题，不仅会对运输造成非常大的影响，还容易造成各种事故的发生，应根据腐蚀的类型，及时采取一些防腐技术，提高管道的防腐能力。

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