石油天然气管道腐蚀的原因 1.1 环境因素
石油天然气管道基本上都是处在土壤中,它的腐蚀同土壤环境有着密切的联系。在土壤中形成了气、液、固多相体系,容易引起金属管道的电化学腐蚀环,且大多数属于氧去极化腐蚀,只有在强酸性土壤中,才会发生氢去极化腐蚀。在土壤腐蚀中,阴、阳极过程受土壤结构及湿度的影响极大。[5]对于埋地管线,经过透气性不同的土壤而形成氧浓差腐蚀电池时,土壤的电阻成为主要的腐蚀控制因素。
1.2 钢管的材质与制造因素影响
管道的主要材质是钢管,它是管道腐蚀的最内在的因素,特别是钢材的化学组分与微晶结构。目前一般认为,如果钢管中 S、P 等非金属会含量过高的话,就容易发生腐蚀,C、Si过高易造成脆性开裂。在钢管制造过程中,表面存在缺陷如划痕、凹坑、微裂等,也易造成腐蚀开裂。 2 石油天然气管道腐蚀的防护措施
据统计,全球因油气管道腐蚀而造成的经济损失都达数百亿美元,因此,开展对石油天然气管道腐蚀的防护措施的研究具有重要的现实意义和经济效益。目前,防腐采取的措施主要有以下几种: 2.1 缓蚀剂防护
缓蚀剂保护是在腐蚀环境中,通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀速度的物质以保护金属的方法。机理为通过缓蚀剂分子上极性基团的物理吸附作用或化学吸附作用,使缓蚀剂吸附在金属表面。[6—8]重庆建筑大学的曹登祥等人研究了缓蚀剂对金属管道腐蚀的机理,它们选用不同性能的缓蚀剂和表面活性剂进行复配,对模拟的油、气管道常规输送工况进行了静、动态对比试验。通过试验数据分析,寻求了最佳的缓蚀剂与表面活性剂的配比。[9] 2.2 外涂层防护
目前,外涂层防护已被很多科研工作者认为是控制腐蚀的有效办法。现在常见的涂层有以下几种。 2.2.1 常温固化陶瓷防蚀涂层
目前最新的是西南科技大学张凡等人研究的常温固化陶瓷防蚀涂层技术。他们采用自制的粘结剂和陶瓷粉混合涂覆在金属管道的表面,让其常温固化,达到保护金属管道的作用。此种常温固化陶瓷防蚀涂层还可用于一部分被腐蚀管道的修复。
2.2.2 煤焦油瓷漆
煤焦油瓷漆的优点是:使用寿命长;吸水率低;抗植物根茎穿透和耐微生物腐蚀切电绝缘性能能好。国内外使用其已有70 多年历史了,但是因为其污染环境,近年来因受环保的限制逐渐被其他覆盖层代替。[10] 2.2.3液体聚氯脂涂层
无溶剂聚氨酯涂料的优势:固化时间短;能抗阴极剥离;抗磨损和抗土壤应力的能力强;粘结性好。一般对即涂层厚度的要求为1-1.5mm,对管道的温度要求为80℃以下。 2.3电化学防腐蚀
由于金属管道的防腐蚀层在搬运安装过程中容易发生碰撞,难免会出现破损,导致发生局部电化学腐蚀,产生孔蚀等破坏。使用探测等手段发现防腐蚀层破损后,就可以使用电化学保护的方法进行维护,因此电化学保护经常作为防腐蚀层的补充手段,两者相辅相成,有效地阻止了金属管道的腐蚀。[11-12] 2.3.1外加电流保护
外加电流保护是根据腐蚀过程的电化学原理对金属管外加负电流,通过足够的阴极极化而抑制腐蚀过程的防腐蚀工艺。其优点是能灵活控制阳极,适合恶劣的腐蚀条件和高电阻环境,保护范围广。但它存在一次性投资较高,对邻近的金属设施有电磁干扰,在管道裸露较大的区域电流容易流失等缺点。通过在管道进、出口设置电绝缘装置可减少保护电流的损失。[13]管道防腐蚀层或绝缘层因电力故障而引起破坏,可以用在绝缘接头安装锌接地电池来解决。 2.3.2栖牲阳极保护
该金属管道防腐蚀工艺是采用比被保护金属电位更负的金属材料与之相连,使管道电位为均一的阴极来防止腐蚀。其优点为不需要加直流电源,对邻近的金属设施没有影响,施工技术简单,维修费用低,接地、保护兼顾,适用于无电源地区和规模小、分散的对象。 3. 管道外防腐蚀层的选择要求
外防腐蚀层的选择应遵守以下原则:
(1)技术可靠,防腐蚀性能好,具有较好的机械性能和绝缘性能,水渗透率低,耐阴极剥离性好,耐植物根穿刺,耐微生物侵蚀,与钢管粘接力强,易于补口、补伤等;
(2)经济合理,做到既能达到防蚀效果又可节省投资;
(3)根据现有的技术装备和施工经验,能达到设计提出的要求,满足工程的需要。
目前国内外适用于长输管道的防腐蚀涂层主要有煤焦油瓷漆、PE二层结构、PE三层结构、熔结环氧粉末(FBE)、双层熔结环氧粉末(双层FBE)覆盖层等。[14]下面将各种防腐蚀材料的主要优缺点、国内外应用状况及评价简述如下:
(1)煤焦油瓷漆 具有绝缘性能好、吸水率低、耐细菌腐蚀和植物根茎穿透.