石油管道工程的防腐機制和技術分析

曹文敏

摘 要：在人類社會科技、經濟飛速發展的過程中，往往伴隨著對能源的掠奪式采集和消耗，由發展帶來的能源短缺問題日益凸顯，這一點，在石油資源上得到了明顯的表現。為提高該項資源的利用率，充分發揮石油在經濟社會發展中的重要作用，我國一直在開展石油管道工程，以高效、低耗的方式進行石油運輸。由于對石油的需求量日益增大，以及石油本身的易燃易爆性，都對運輸管道的質量、安全性能及相關技術提出了極高的要求。其中，防腐技術更是重中之重。一旦管道被腐蝕，其機械性能、外形的不良改變會直接影響到管道使用壽命，甚至出現管道穿孔、石油泄露，引發嚴重事故。因此，如何采用科學的方法做好管道防腐，是石油管道工程建設中需要不斷探索的課題。本文結合筆者多年工作經驗，在大量文獻指導下，從石油管道腐蝕原因、防腐的重要性著手，探討防腐機制和技術，以期指導實際工作。

關鍵詞：石油管道工程;防腐;機制;技術

石油天然氣是現代工業社會的生產和運行基礎，是現代機器、電力設施的重要驅動能源。石油管道有高效、低耗的特點，投資成本也較低，是石油運輸的首選手段。但由于過長的運輸距離，復雜的內外部環境，都會影響到管道的承壓能力，引起管道腐蝕，威脅道管道使用壽命，誘發石油泄露，給油氣生產帶來安全隱患，造成巨大的生態災難和經濟損失，不利于工業文明的發展。因此，選擇科學合理的方式，對管道加強防腐處理，是十分有必要的。

1 石油管道防腐處理的重要性

我國對油氣需求量越來越大，近年來的西氣東輸工程，使油氣管道已成為我國能源發展的重要動脈，并跨出國門，向海外拓展業務。長輸管道主要由特殊鋼結構組成，多為碳化無縫鋼管和螺旋焊縫鋼管，一般埋于地下，由于地段和土壤環境的復雜性，外界條件可能會對管道的正常壽命造成不良影響。而石油本身質地粘稠，成分復雜，其內含有的活性硫化物、有機酸等成分均可能對金屬材質產生一定的腐蝕作用。當管道被腐蝕后，其材質、外形、色澤和性能都會產生不同程度的變化，縮短使用壽命，提高運輸和人力成本。若不能對管道做好防腐處理，可能會造成石油泄露，導致爆管停輸，產生環境污染和經濟損失。以往的廣州原油5.1泄露事故，就是因為管道本身存在的機械損傷，以及之后在使用過程中出現的金屬腐蝕，出現防腐層漏鐵，引起電流腐蝕，出現管道穿孔，泄露4t原油，使管道停輸24h。可以說，管道的防腐質量，是其運營完整性的主要決定因素，加強管道防腐，不僅可延長運營壽命，降低人工成本，還能提高管道質量控制。

2 石油管道腐蝕原因分析

2.1 化學腐蝕

石油管道有埋在地下的，也有高架及在地面上的管道，來運輸油氣水、化學藥劑。由于輸送過程中的內部殘留物質，以及含硫化氫的介質，在一些特定環境下會發生分解變化，從而和石油管道的金屬材料發生理化反應，對管道內壁產生傷害性腐蝕，如氫脆、氫至開裂等現象，尤其在管道連接部位，若原本已存在焊接缺陷，即可能出現裂縫增大、穿孔，石油泄露。而長期置于外界空氣、海洋或土壤中，鋼材料中的活潑金屬成分，會在合適的溫、濕度條件下，和空氣中的O2產生化學反應，在管道表面形成氧化層，使管道外部出現氧化變性，管道使用強度減弱。

2.2 電化學腐蝕

我國各個地區有著不同的地形環境，在目前西氣東輸的情況下，石油管道需要穿過大半個中國，經歷各種復雜的地理環境，將石油資源運輸到需要使用的地區。作為我國工業的大動脈，石油管道延伸到各個地方，不僅有長期埋于地下和土壤接觸部分，也有架于空中、置于地面，甚至貫穿于江河湖海間需要長期處于水中。在如此復雜的環境下，由于電解質的變化，會引起管道的電化學腐蝕。土壤成分的不同，各管道系統間存在電位差，引起電荷運動，可能會出現雜電流的干擾和侵害。而長期處于潮濕環境中時，因金屬管道表面的吸附作用會引起水膜的產生，出現電化學反應。同時，金屬管道中的鐵會電解為鐵離子進入水膜，向電化學反應中的雜質移動，被氧化成氫氧化鐵吸附在管道表面，成為鐵銹，逐漸損害管道的外部結構。

2.3 生物腐蝕

土壤中往往含有許多不同種類的真菌和細菌，會群居于某一處。常年埋于土壤中的石油管道，和不同菌類接觸的時間長，在土層條件、溫度、濕度達到適宜的環境下，真菌和細菌以及其代謝產物會和管道表面的金屬產生化學反應，集中腐蝕某一個區域，在管道表面出現大小不一的坑包，導致管道的損害。

3 石油管道防腐機制和技術探討

3.1 管道材質的選擇

根據石油管道運輸壓力大、使用時間長、所處環境復雜等特點，選擇性能優、韌性好的材料，增強耐腐蝕性能。可采用合金的方式進行管道材料的制造，盡可能減緩腐蝕速度。在管道建設的設計方案中，即應該根據線路情況制定材質要求。在具體施工過程中，應制定嚴格的施工標準并予以落實，以保證焊接質量，降低缺陷的發生率，減少連接部位出現腐蝕的幾率。

3.2 涂層外防腐技術

該技術通過在管道上刷涂料，形成一層保護膜，起到將管道和氧氣隔絕的作用。和其他類型防腐技術相比，這一技術效果佳、成本低，應用也更廣。根據涂料的不同種類可以分為：①無機非金屬涂料，如搪瓷、玻璃等，將其涂抹在管道外層，有助于隔絕空氣，使金屬離子處于穩定狀態，避免化學反應，是一種運用較為廣泛的防腐涂料;②環氧涂層。制作和調配過程較復雜，但適用性更廣，幾乎可用于所有所有類型的管材，防腐性也較無機非金屬涂料更好;③改性涂層。這一類型的涂料融合納米技術，較前兩者防腐能力更強，還有防水優勢，更有利于延長管道壽命。

3.3 陰極防腐技術

該技術的防腐作用是運用加設電流轉化石油天然氣的電極來實現的，主要用于對于電化學腐蝕的預防上。在易出現電化學腐蝕的管道處加設電流，完成陰極的轉化，避免出現金屬電離子轉移的情況。主要有兩種操作手段：①強制電流法，改變周圍環境的電位，使管道處于整個環境的陰極，避免電子的損失;②犧牲陽極保護法，將本身有強還原性的金屬作為保護極和被保護金屬相連，以原電池的原理發生氧化還原反應，消耗掉還原性陰極金屬，這樣，作為正極的金屬就會得到保護。通過上述方法，減少電化學離子的大量產生和轉移，以此減少管道被腐蝕的情況。這種方式較為綠色環保，但有一定的限制性，目前僅用于電化學防腐。

3.4 緩沖劑防腐技術

緩沖劑的應用，也是石油管道較常見的方法。既往研究顯示，運用緩沖劑后，管道內的細菌含量會減少95%，而且，緩沖劑經濟實惠，成本較低，也能發揮較好作用。但這一技術工藝非常復雜，需要根據不同的管道材質和周圍環境來選擇相應的緩沖劑，在防腐操作前要嚴格評估管道情況和其可能產生的腐蝕類型，以免出現因緩沖劑選擇不合理而導致管道材質加速腐蝕的情況。而且，不少緩沖劑不能獨立發揮作用，而應和其他防腐技術相結合，作為輔助性提高防腐作用的技術。

3.5 內部防腐技術

運輸介質和石油密度的不同，石油自有各成分組成和比例也不同，都會引起從管道內部出現的腐蝕，所以，在內部涂層防腐也是重要的防腐手段之一。該技術成本低，對技術要求不高，涂層材料較穩定，還能根據外界環境選擇涂料，在管道內部涂抹防腐材料，可以削弱內部腐蝕因素。因此，該技術也成為管道防腐中優先采取的防腐技術，有效延長了管道的使用壽命。

總之，隨著工業化發展，石油的使用率越來越高。在石油運輸中，管道的安全性不容小覷。石油管道工程建設中，需認真分析管道腐蝕的原因，針對性的采取相應防腐措施，可幾種措施聯合使用，以求達到更好的防腐效果，保證石油運輸的安全運行。

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