石油管道防腐機理與技術分析

冉琳娜，余 江

（西安石油大學，陜西 西安 710065）

近些年，隨著社會經濟的高速發展，世界各國對能源的需求越來越大。換言之，如今世界能源是一場一觸即發的交鋒，各國都高度重視能源的開發與利用。21世紀最具代表性的能源就是石油能源。中國幅員遼闊，石油儲量豐富，當今已發現多個大小油田，產油量逐年增加。因此，對石油運輸的需求也自然擴大。石油運輸主要是管道運輸，其具有高效的節能優點。然而，由于石油本身的易燃、易爆和腐蝕性等特性，在輸油管道運輸過程中易發生管道腐蝕，從而導致石油泄露，造成經濟損失。因此，研究輸油管道的防腐蝕技術變得尤為重要。

1 防腐對石油管道的重要性

石油作為一種液體，其質地是黏稠的，用來發展工業，由此“工業血液”是石油所擁有的譽名。中國的石油分布主要是在西部地區，而中國經濟的高發展地區是以東部地區為主。這樣的需求與分布，東部地區變成資源需求最多的地區，這就促使石油需要從西輸送到東。我國的石油運輸方式一般使用管道運輸，石油管道主要是鋼結構組成，鋼結構管道非常容易和外部環境物質產生化學作用，使管道被腐蝕。管道被物質所腐蝕后，管道的材質上、外形上、色澤上、機能性上都會有著某種程度的變化，從而會使石油管道縮短使用壽命，大大增加運輸費用及人力成本。石油泄漏也是因為石油管道被腐蝕而造成，從而導致環境污染與經濟的損失的“雙重”損失。為了提高社會效益，減少經濟損失，石油管道的防腐措施需要科學的分析與研究[1]。

2 腐蝕石油管道的原因

為了確保石油管道的安全，完成防腐工作，有必要對石油管道被腐蝕的原因、對策展開研究討論，金屬材料被腐蝕有以下幾點原因:①化學腐蝕；②電化學腐蝕；③非均勻腐蝕。

2.1 化學腐蝕

石油是一種復雜的物質，其含有多種烷烴和硫化物。當油中的物質與管道接觸時，會發生反應，導致管道腐蝕。關鍵的化學反應是因為管道之中的活性金屬鐵元素與石油之中的硫化物產生化學反應，因而使得管道之中的鐵元素成為鐵的硫化物。此外，因為一些管道會長期裸露在空氣之中，管道之中的金屬物質與空氣之中的一些成分發生化學反應。其中，空氣中易和管道內的金屬物質產生反應的物質有氧、氯、硫化物等，這就是化學腐蝕[2]。

2.2 電化學腐蝕

電化學腐蝕具體是指腐蝕形式由電荷運動引起的。在日常生活中，經常會有發生電化學腐蝕的情況，如二次電池的應用。使用二次電池就會使電池中的電極通電從而被腐蝕，二次電池的使用會產生移動的離子，因此引發出電荷的移動。而在石油運輸過程中，也會產生電化學的腐蝕。關鍵原因是由輸油管道被長時間埋在潮濕的地下，而地下復雜的地理環境，使金屬層的表面會產生一層非常薄的水分子，金屬表層接觸到水分子中的一些雜質，從而使石油管道中產生電化學腐蝕。電化學的反應關鍵的就是由于石油運輸管道之中鐵的電子漲與落而引起的，從而產生紅棕色的鐵銹。

2.3 金屬材料腐蝕性不均勻

輸油管道本身的金屬不均勻，導致電位差，通過電荷的運動引起輸油管道的腐蝕。潛在差異的原因是隨著管道石油年數的增加，管道需要進行改造。改造后，原結構會產生電位差，導致管道腐蝕。另外，由于管道在運輸過程中會經過新舊管道，會出現新管道使用與未使用之間的潛在差異，導致管道腐蝕[3]。

3 石油管道的防腐蝕技術

隨著科學技術的進步，輸油運輸管道的防腐技術也得到了快速發展，防腐技術的應用與研究愈來愈多，防腐材料的種類五花八門。將以緩蝕劑、外涂層、內襯層和陰極保護為基礎，介紹目前石油管道所使用的防腐技術。

3.1 緩蝕劑防腐

緩蝕劑是一種特殊的防腐材料。在一般情況下，為了減幅石油管道被腐蝕的情況，因此會在石油之中增添一些緩蝕劑，緩蝕劑的用量和成本相對較低，不會增加大量的石油運輸成本。但在石油中有著緩蝕劑的加入會引起一些問題與困擾，如工藝的復雜性、維修工作量的增大等等之類的問題。由于輸油管道材質不均勻，單一緩蝕劑難以達到預期效果。如果采用緩蝕劑進行防腐，可選擇短程或多個緩蝕劑的使用。

3.2 涂層外防腐

涂層外防腐是最常見的防腐方法之一。其關鍵原理是在管道之外涂一層材料，使管道外層與空氣分離。其中環氧涂料、無機非金屬涂料和改性涂料都是比較常用的防腐劑。環氧涂料是一種新式的防腐涂料，環氧涂料的防腐性能相對較好。無機非金屬涂層能促使陶瓷作為管道和空氣的隔離介質。最后改性涂層，利用了納米技術的應用對改性涂料進行一定的防腐蝕處理，使其有著非常良好的防水性能，從而完全杜絕管道被化學反應所腐蝕。

3.3 內襯層防腐

內襯層防腐不同于涂層外防腐，內襯層防腐是近年來石油管道防腐新技術。隨著技術的進步，內襯層防腐技術不斷發展，防腐性能更加優異。其中，常用于內襯層防腐的涂料有環氧樹脂粉末涂料和聚乙烯粉末涂料兩種。

3.4 陰極保護技術

陰極保護常用于防止電化學腐蝕。這樣，常用的是強制性的電流法。在陰極保護技術的設計理念中，普遍選用的是活性金屬的材料，如果產生了電化學反應，活性金屬將第一時間發生反應，在一定程度上保護了陰極金屬，從而阻止了輸油管道的腐蝕。此外，材料的選擇還有其他要求，需要設計與管道壽命相對應的輔助型陽極系統，或及時更新陽極系統。只有這樣，電化學反應才能暢通無阻地進行著，管道才能得到很好的保護[4]。

4 國內外石油管道防腐蝕技術

4.1 國外石油管道防腐蝕技術

20世紀90年代以來，國外防腐涂料技術的發展呈現出新的變化，主要表現在產品結構的變化，產品的特征逐漸向高效益、無污染、節省資源的方向發展。防腐材料發展過程中，復合結構與復合材料技術進展速度非常快，這類涂料往往具備非常良好的物理性能，并且化學性能極佳，在各個領域都得到推廣應用。該類防腐涂料技術對溫度的強適應性，使得其防腐保溫效果遠遠優于傳統產品，并且對于管道強度的防護起到了非常好的作用。根據防腐專家的意見，防腐涂層技術的發展方向為:

1）開發試驗技術，對質控體系進行充分完善，對于涂料質量要進行嚴格把關；

2）對于當前管道涂層各項性能進行改造完善，包括其附著性、柔韌性、耐磨性、透濕性和透氧性；

3）研制出一種可以耐受高溫的新型耐熱涂料。

4）降低涂裝過程中的能耗和管道表面處理成本；

5）涂層適應性廣，強度大。

6）高度自動化噴涂工藝的研發。

4.2 國外石油管道防腐蝕技術

在我國歷史上，瀝青防腐涂料使用最多、使用時間最長，其次是煤焦油瓷漆、環氧瀝青涂料，然后發展為聚乙烯涂料。聚乙烯涂層的出現促進了粉末涂料的快速發展，環氧粉末涂料以其優異的黏附性和防腐性能開始應用于管道防腐:

1）在現場施工中，環氧樹脂的固化受溫度影響，固化緩慢，施工周期長。

2）由于施工中加入了大量的溶劑，很容易為一些施工單位提供偷工減料的機會（增加溶劑，稀釋油漆，提高成本）。

3）由于這兩種成分的存在，在現場施工中會出現養護劑配比不當或攪拌不均勻的現象，容易導致養護質量差或養護后質量不均勻。

4）防腐層采用玻璃布加固，防腐層中含有蠟，影響層間黏合。玻璃纖維在施工過程中產生，容易損傷施工人員的皮膚。一般來說，工人不愿意，而且做得不好。

5 總結

石油是關鍵的礦產資源，在經濟發展中有著舉足輕重的地位。中國是一個資源豐富的國家，豐富的石油資源，對中國有著巨大的經濟影響力，因此研究石油防腐技術對整體經濟和國家利益有著重大意義。

由上所知，作為一種重要的能源，石油運輸是非常重要的。在輸油管道運輸過程中，為避免管道腐蝕引起的漏油和安全事故，必須做好輸油管道的防腐安全處理，使用有效科學的防腐技術，保證運輸的安全性。