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油气储运中管道防腐工艺的设计与应用

2021-10-21 156 上传者：管理员

摘要：对于我国当前的能源体系来说，石油与天然气始终占据主导地位，在实际开展石油、天然气储运的过程中，输送管道很容易受到腐蚀，这样不仅会给储运质量带来不利影响，还会埋下严重的安全环境隐患。因此，从造成油气储运中管道腐蚀的原因，如外界因素、油气性质、采取的不当防护措施等方面出发，分析如何在油气储运管道防腐工艺的设计与应用中采取相应的措施，如防腐涂层、缓蚀剂、阴极保护等措施，从而减少管道腐蚀，确保输送安全。

关键词：
油气储运
管道防腐工艺
能源体系
防腐涂层
阴极保护
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众所周知，我国土地面积在世界排名前列，地大物博、幅员辽阔，有着丰富的油气资源，但是能源的分布不均，经常需要调度才能满足社会的实际需求，而管道是能源储运非常重要的载体，能为能源调度工作的顺利开展奠定良好的基础。在正式的能源储运过程中，受到诸多外界因素的影响，储运管道很容易出现腐蚀问题，在这种情况下，就需要相关技术人员加强对油气储运环节中各种问题的重视程度，根据实际情况合理应用防腐工艺，保证油气储运工作能顺利地完成，促进我国能源事业的健康发展。

1、造成油气储运中管道腐蚀的原因

1.1 外界因素

(1）温度。油气在储运管道运输中发生的腐蚀，实质上是一种常见的化学反应，而温度的上升或者下降会对反应速率产生一定的影响，在正常情况下，温度与腐蚀速度成线性相关。在油气管道运输时，管道内外部的温度会受到多种因素影响，比如，油气在运输过程中，会与管道内部发生摩擦而生热，再加上管道本身比较厚，且有着良好的密封性，内部所产生的热量无法及时消散，长此以往，油气储运管道内部温度将会不断升高，加快其腐蚀的速率[1]。除此之外，当管道被腐蚀后，内壁会变得愈发粗糙，加大与油气之间的摩擦面积，摩擦温度升高，从而形成一个恶性循环。

(2）介质。众所周知，油气储运管道主要有露天铺设、水下埋藏和地下埋藏3种形式，所处的环境介质分别是空气、水和土壤，在不同介质的作用下，影响管道腐蚀的环境因素也有一定的区别。比如，露天铺设的管道，在长期的风吹日晒抑或是雨雪环境作用下，会加速其表面防腐涂层的老化而丧失保护功能，使得管道表面被腐蚀，尤其是靠近沿海的管道，由于空气的盐分较多，暴露于空气中所受到的腐蚀影响更加明显[2]。

(3）施工因素。在进行油气储运管道的施工作业时，若是没有做好相应的防腐措施，或是应用的防腐工艺不够合理，都会给管道后期管理带来不利影响。比如，在进行管道安装施工的过程中，因为项目施工具有流动性，所以很多施工单位都没有建立单独的仓库来保存相关材料，使得大量的管材被露天堆放在施工现场，在空气中水分和氧气等因素的作用下，管材会出现锈蚀、防腐涂层被损坏等问题。而在正式开展管道施工时，施工人员没有仔细检查，没有对有问题的管材予以更换，在安装管道的过程中，也没有遵循有关施工规范，对管材进行防腐处理，从而为以后的油气储运留下腐蚀隐患。

1.2 油气性质

原油中除了存在碳、氢元素外，还存在硫、氮、氧、氯以及重金属和杂质等，正是原油中存在的非碳氢元素在储运过程中转化为各种各样的腐蚀性介质，天然气中含有的硫化物、二氧化碳、氧等物质直接和金属作用，引起化学腐蚀。

管道中所运输的往往是没有经过炼化的原油，其中含有很多杂质，在管道的罐底和阀门、弯头、三通、变径等处会积累大量酸性物质，由于这些物质具有很强的腐蚀性，会严重腐蚀金属材质的管道[3]。其次，石油和天然气等物质中都含有硫化物，比如硫化氢、硫醇等，这些物质在常温条件下就有着很强的腐蚀性，而在高温高压的环境下，腐蚀作用加快明显。

1.3 防腐失败

在实际进行油气储运管道的安装作业之前，很多管道都做好了相应的防腐工作，但是实际的防腐效果却没有达到既定标准。出现这种情况主要有2个方面的原因：第一，施工单位偷工减料，或者对防腐工作的重要性认识不足，在施工过程中没有按照标准规范的要求进行防腐施工，施工时工人的责任心不强，实施防腐工作的技能不足，如喷漆之前没有仔细清理管道的外表面，或者没有严格把控喷涂时的温湿度，那么防腐层和管道之间的结合度就不会很高，随着时间的推移，防腐层会逐渐脱离，从而丧失防腐保护功能。这些都会为防腐工作留下隐患。第二，选取的防腐措施与输送的介质、所处的环境不相适应，达不到实际的防腐效果，从而造成防腐失败。

2、油气储运中管道防腐工艺的设计与应用

2.1 管道涂层防腐

(1）防腐涂层的具体要求。在对油气储运管道进行防腐保护的过程中，喷涂防腐漆是比较常见的一种方式，它需要满足以下几点要求：第一，防腐漆本身要具备良好的电绝缘性；第二，涂层要具备良好的耐剥离性，能够保证涂层和管材之间的粘度，防止后续出现防腐漆脱离的问题；第三，涂层要具备较强的稳定性，能适应高压、高温和酸碱度等环境；第四，涂层要及时修补，后续在进行线路巡回检查时，要及时发现修补那些已破损部位，如果不能及时修补，要立即进行更换，避免加剧管道腐蚀的速率[4]。

(2）无机非金属防腐层。随着时代的发展，防腐漆材料的类型越来越多，而无机非金属材料不仅成本低，而且防腐性能也非常明显。当前，无机非金属涂层主要包括玻璃、搪瓷和陶瓷3种，其中玻璃和陶瓷的市场反馈最好。比如，在进行防腐材料的生产和制备环节中，可以根据无机非金属防腐材料的改良要求，向其中加入改性材料，从而有效提高防腐材料的贴合性、抗氧化等性能。

2.2 缓蚀剂

根据管道输送的油气中含有的腐蚀介质产地（不同产地的原油，所含有的腐蚀性物质浓度不同）、种类、环境温度、环境湿度、管道压力等问题来选择适合的缓蚀剂进行防腐蚀，比如在油气管道内部湿度较大时，水蒸气容易在金属表面聚集，从而加速对管道的腐蚀，这时就应该选择水溶性好、油溶性好的缓蚀剂，对油气管道内部的水分进行吸收，防止水蒸气对于金属表面的腐蚀。在防腐实践中，单纯的采用一种缓蚀剂，一般来说很难达到解决管道腐蚀问题的目的，缓蚀剂大多都需要和表面活性剂共同使用，才能提高减缓腐蚀的作用，保证管道免受腐蚀的侵扰。

(1）氧化膜型缓蚀剂。氧化膜型缓蚀剂作用机理是使金属表面发生某种特性吸附而阻滞了金属的离子化过程，能使金属表面形成薄而致密的保护性氧化膜。铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、正磷酸盐、硼酸盐等均被看作氧化膜型缓蚀剂。这些氧化膜型缓蚀剂主要是通过抑制腐蚀反应的阳极来实现缓蚀的效果，在阳极与金属离子作用形成氧化物或氯氧化物，从而在阳极上生成一层保护膜。在使用氧化膜型缓蚀剂的过程中，要注意，输送介质的流速、温度、介质中的氯离子含量都会对氧化膜形成影响，因此，在应用氧化膜型缓蚀剂时，要根据实际的工艺要求，选择合适的氧化膜型缓蚀剂，同时合理增减缓蚀剂的浓度[5,6,7,8,9,10,11]。

(2）沉淀膜型缓蚀剂。沉淀膜型缓蚀剂能与水中某些离子和管道中腐蚀下来的金属离子相互结合、沉淀在金属的表面上，形成一层难溶的沉淀物或表面络合物，从而阻止了金属的继续腐蚀。以锌盐为例，它在阴极部位产生Zn(OH)2沉淀，起保护膜的作用。由于沉淀膜型缓蚀剂没有和金属表面直接结合，且它是多孔的，因此表现出对金属的附着不好，从缓蚀效果来看，这种缓蚀剂稍差于氧化膜缓蚀剂。目前最具代表性并应用较多的聚磷酸盐，例如六聚偏磷酸钠、三聚磷酸钠等就属于沉淀膜型缓蚀剂。

(3）吸附膜型缓蚀剂。吸附膜型缓蚀剂都是有机化合物，它们之所以能起缓蚀作用，是因为在它的分子结构中具有可吸附在金属表面的亲水基团和遮蔽金属表面的疏水基团，能被金属表面的电荷所吸附，在阳极和阴极区域分别形成分子膜，有效减缓甚至阻止相关的电化学反应，从而达到防腐的目的。

2.3 阴极保护

(1）技术应用条件。大多数产生腐蚀的金属结构上都存在着阴极区和阳极区，如果能把所有的阳极区都变成阴极区，整个金属构件变成阴极，也就达到了消除腐蚀的目的。阴极保护就是依靠外加直流电流或牺牲阳极，使被保护金属成为阴极，从而减轻或消除金属的腐蚀的方法。油气储运管道能够采用阴极保护的主要条件是：第一，油气储运管道基本上都是金属管道，本身需要具备良好的导电性能，能够实现电荷定向移动。第二，油气储运管道所使用的材料（钢管等）化学性质非常稳定，能更好地吸引电子，降低对电量的消耗，便于长期保护，从而能在油气储运管道中构建持续、稳定的阴极保护系统。

(2）阴极保护技术。按照不同的保护形式，可以将阴极保护细分为电流型和牺牲阳极型2类。以电流型阴极保护方式为例，有定向、持续流动的电子是确保阴极保护能起作用的必要条件，然而，在环境比较复杂的情况下，电子定向移动的速率会降低，阴极保护的效果不够理想。因此，强制电流阴极保护方式应运而生，将相关设备安装到管道的两端，在直流电源与导线的辅助下，保护金属与油气管道之间建立起电流关系，其中前者为正极、后者为负极，达到缓解腐蚀的效果。

2.4 埋地管道防腐绝缘处理

众所周知，油气储运由于其工艺、运输的特点，所处环境恶劣，一些油气储运管道根据需要还要埋藏到水下或地下，很容易出现腐蚀等问题，由于其自身的隐蔽性比较高，所以投产后的日常巡回检查、维护难度很大，出现腐蚀、泄露后也不易及时发现[12,13,14,15]。这样不仅会损失大量的油气资源，还会给水土环境带来严重影响，散发的油气形成易燃易爆的环境，会形成很大的事故隐患，2013-11-22，青岛输油管道爆炸事件就是一个很明显的例子。由此可见，对于那些需要埋藏于水下或地下的管道来说，在实际进行安装施工之前，要做好相应的防腐措施准备。

第一，要仔细清理管道内壁，部分金属性管道在长期存放过程中，因为管理的不重视，环境的影响，内壁上可能存在局部锈蚀的情况，所以需要事先将管道内壁上的锈蚀点清除干净，并喷涂防腐底漆。第二，要根据管道埋设的路线土壤导电性的特点，测量土壤的电阻率，根据土壤电阻率是否大于50Ω，判断土壤是否具有良好的导电性，从而根据需要对管道进行绝缘处理，尽可能减少电化学腐蚀发生的概率。其中，采取牺牲阳极型保护措施，可以在管道的外表面上每隔一段距离放置一块化学性质活跃性较高的金属，这样能对金属管道材料起到良好的保护作用。

3、结语

综上所示，在进行油气储运的过程中，做好管道的防腐工作很有必要。通过有效提高管道防腐技术，不仅能增强管道抗腐蚀的能力，还能提高管道运输的效率，延长管道使用寿命，为相关油气生产企业赢取更多的社会和经济效益。

参考文献:

[1]姜宜君.油气储运过程中的管道防腐现状及解决措施[J].科技创新导报,2020,17(14):19-20.

[2]王浩天.油气储运中的管道防腐问题研究[J].云南化工,2020,47(1):176-177.

[3]冯莘.探究油气储运中的管道防腐问题[J].化工管理,2019(36):136-137.

[4]范利锁,闫林森,由乐,等.油气储运中的管道防腐措施分析[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(4):11-12.

[5]姜德文.油气储运中的管道防腐问题探析[J].当代化工研究,2018(11):62-63.

[6]郑斌,李刚,李文明,等.油气储运中的管道防腐问题[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(10):32-33.

[7]严中华.油气储运中的管道防腐问题[J].化工设计通讯,2021,47(5):32-33.

[8]刘国华.油气储运中的管道防腐问题的相关研究[J].化工管理,2018(12):191.

[9]关辉.油气储运中的管道防腐问题分析初探[J].全面腐蚀控制,2017,31(8):66-68.