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石油管道工程的防腐機制和技術分析

2020-12-30 07:05:43曹文敏
中國化工貿易·下旬刊 2020年7期
關鍵詞:技術機制

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。

參考文獻:

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