灘海地區管道的防腐涂層與陰極保護

侯磊

摘要：油氣輸送是油氣行業的重要環節，隨著我國科技的發展，石油的傳送方式逐漸多樣化，傳輸環境也由陸地轉向海洋。其中灘海地區的傳輸環境更加復雜，給石油的傳輸增加了難度。目前運輸管道的腐蝕破損問題成為困擾石油傳輸的難題，這不僅造成了巨大的經濟損失，還影響了工業的發展速度，所以要重視石油的傳輸問題。本文是針對石油管道易破損的現狀提出了可行性的建議，以期不斷提高石油管道的使用壽命、保障石油的順利運輸。

關鍵詞：灘海地區;管道;防腐涂層;陰極保護

一、防腐涂層與陰極保護

防腐涂層指的是把介質涂覆在金屬表面使之與外界的介質相隔離，實現對管道進行腐蝕保護的目的。涂層應該具有優良的電絕緣性和防水特性，與管道金屬本身能有較強的依附性，能夠抵抗化學破壞，具有一定的強度，抵御外界環境的侵蝕。防腐涂層一般由三部分組成，第一層是涂覆在金屬表面的油漆，主要的作用是增加金屬與涂層的附著力。第二層是涂料，常用的涂料材質有石油瀝青和環氧樹脂等，我國目前社會上應用比較廣泛的涂層材料是環氧樹脂。第三層就是包扎帶，主要是用來增加涂層的強度，以免在特殊的環境中受到侵蝕。

陰極保護技術是一種電化學保護技術，它的主要原理是在腐蝕金屬的表面增加一個外加電流裝置，使金屬結構成為陰極，從而抑制金屬本身的電子遷移，達到避免腐蝕的目的。主要有兩種陰極保護法，一種外加電流保護法和犧牲陽極保護法。犧牲陽極保護法是選取一個電位更負的金屬與被保護的金屬相連接，然后放置到同樣的電解質溶液中，這樣選取的金屬中的電子就會遷移到被保護的金屬當中，使被保護的金屬處于一個相對穩定的狀態下。這種方式簡單易操作，不需要進行外加電源，能對金屬進行有效的保護，目前在工業防腐上應用比較廣泛。外加電流的陰極保護技術是通過外加直流電源的方式，增添一個輔助陽極，這樣可以給金屬補充大量的電子，金屬表面達到同樣的電位，讓被保護金屬的電位處于比周圍環境低的狀態，這樣被保護金屬處于一個比較穩定的狀態。該技術主要應用在大型金屬防腐中。

二、灘海地區的管道防腐層

灘海地區的地質環境比較復雜，所以對灘海地區管道的防腐層有著更嚴格的要求。第一，防腐層材料要具有良好的絕緣性，高電阻的涂層材料能夠保證管道防腐層泄露之后的電阻較大，使得陰極保護電流的分布更加均勻，管道能夠得到更為充分保護。第二，防腐涂層的管道化學穩定性要優良，灘海地區環境復雜，微生物和細菌較多，有的微生物和細菌能夠對涂層進行侵蝕，加重管道的腐蝕程度，所以對于涂層的選擇要能抵抗微生物和細菌的侵蝕。第三，涂層的吸水率要低。灘海地區的水量充足，氣候濕潤，涂層會發生吸水滲透作用，其中包括陰極的保護電位梯度下的電滲透，從而引起擴散和滲透，破壞涂層和金屬之間的附著力，涂層容易發生脫落，達不到保護金屬管道的目的。第四，涂層要抗陰極剝離，在對管道施加陰極保護的過程中，管道的保護電位達到氫電位的時候，這是涂層和金屬的間隙就會產生氫氣，間隙之間充滿氣體會減小涂層與金屬管道之間的附著力，造成管道涂層的脫離。第五，涂層要有良好的粘著性。涂層必須要有良好的黏著能力，這樣才能附著在金屬管道的表面，抵抗管道安裝時產生的剪切力，還可以抵抗在混凝土埋填時候的滑移。第六，涂層還要有易于補修的特性，灘海地區的施工要求比較高，環境復雜，涂層容易造成破損，而涂層材料易于補修就很大程度上保護了管道的腐蝕。除此之外，防腐層還要有優良的延展性，耐高溫和耐老化等優點。

三、灘海地區防腐層的選擇

灘海地區的環境復雜，對防腐層的材料要求比較高，目前應用比較廣泛的有熔結環氧粉末涂層和三層PE等結構。熔結環氧粉末保護層和管道的表面能夠形成比較牢固的化學鍵，在高溫熔融的條件下，固化之后的防腐層可以對管道表面形成極強的粘著力，從而保護管道不被腐蝕。熔結環氧粉末涂層還具有耐腐蝕性，和陰極的保護搭配性好，對保護的電流沒有屏蔽作用，但是這種涂層也有缺點，就是吸水性較大，耐高溫的程度有限，抗沖擊能力也不是特別優良。熔結環氧粉末涂層的使用歷史已經高達幾十年，其優異的防腐特性已經在實踐中得到驗證，雖然在平時報道中可以看到管道長期運行之后，熔結環氧粉末涂層逐漸失去效用，發生氣疹，加速涂層的脫落，但是其優良性仍得到人們的認可。

三層PE涂層是近幾年來引進的最新的防腐材料，其結構主要分為三層，底部是熔結環氧，中間為膠黏劑，最表面的一層是擠塑聚乙烯。熔結環氧的作用是與管道表面進行直接粘結，具有優良的耐化學腐蝕性，中間的膠黏劑的活性基團還可以與之進行反應形成化學粘結結構，保證即使在高溫高壓的條件下仍能保持良好的粘著性。聚乙烯層面的作用是起到強度保護和防腐的作用，與傳統的雙層結構的聚乙烯防腐涂層具有相同的作用。三層PE結構也存在一定的缺陷，最常見的缺陷是應力開裂失效，焊接部分容易損壞，因為在三層PE涂層的加工過程中，焊接處的防腐層會比較薄，成為整個管道中比較薄弱的環節。在防腐層冷卻之后，由于厚度的差別產生了應力，加速了涂層的失效。因此在三層PE結構的設計時，要保證焊接處的高度平滑過渡。

現場接口防腐。在防腐涂層損壞后，需要對涂層進行修復，修復的質量也直接影響到涂層的使用效果。一般情況下，防腐層材料的質量可以保證，但是在施工過程中受到環境和操作技術的制約，容易產生隱患。根據現場接口要與管道防腐涂層相匹配的原則，對于三層PE的防腐涂層，可以選用液體環氧和烯烴熱材料作為補口材料。現場接口防腐的技術也在實際管道防腐中應用廣泛，在西氣東輸等國家重點項目中，通過對補口材料進行檢驗時，發現局部的接口處也有失效的現象，總結失效的形式主要是防腐層的脫落情況和密封失效。通過以上的原因分析，我國目前在灘海地區推行環氧底漆使用干膜安裝的技術，用電火花技術進行檢漏，以此來保證環氧底漆的安裝效果，同時還采用中頻加熱技術，保證了熱熔膠的充分熔融。

四、灘海地區管道的陰極保護法

灘海地區的管道較長，所以一般采用外加電流法的方式進行防腐保護。它通常是由一個電源變壓器和橋型整流器組成。而陰極保護的電壓數據是可以進行調節的，外加電源的負荷要盡量大一些，滿足電流的需求。它把220V的電源通過變壓器的作用，然后整流成直流電，將負電極與金屬管道連接起來，正電極接入地下，這樣可以確保線纜可以保持負電位，從而金屬外皮就不容易遭到腐蝕。如果陰極保護不適用交流電，也可以使用直流電，但是要保證陰極設備安裝在電纜外表正電位最高的地方。

結束語

目前腐蝕是造成管道破損的重要原因，優良的涂層材料技術和陰極保護方法可以有效的延緩管道的腐蝕程度。而對于灘海地區，需要更加嚴格的技術要求，更高的涂層質量，要選擇更優良的涂層材料，例如PE或者其他防腐層，同時可以輔助陰極保護法，來達到更好的防腐效果。只有在實際環境中不斷創新，對現有的技術不斷進行完善，掌握更加先進的防腐技術，才能延長管道的使用壽命，保障管道的順利運輸。

參考文獻

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（作者單位：中油國際管道公司中緬油氣管道項目）