对石油天然气管道腐蚀及其防护措施分析

摘要：目前，对于我们国家的的能源现状来看，正处于发展的鼎盛时期，但是管道的腐蚀问题必须引起人们的足够重视，成为一项亟待解决的问题。因为，管道是否被腐蚀，直接影响着管道是否具有较长的使用寿命。但是，随着使用年限的不断增长，我们国家的油气输送管道已经步入“中老年期”，这就为很多事故的发生埋下了祸根，存在安全隐患。可见，在推动能源事业快速发展的今天，必须注重能源管道的防腐问题，采取适当的防护措施。在本文中，笔者结合自身多年的工作经验，对常见的造成油气管道腐蚀的因素进行了分析，并且提出了与之相对应的防护措施，意在为日后的防腐工作的全面展开提供行动指南。

关键词：石油天然气；管道腐蚀；防护措施；分析

近来，油气长输管道网络逐渐形成，这就促进了我国的油气输送事业的繁荣发展。但是，在这个过程中，难免会出现各种各样的事故问题，而且事故出现的频率在不断加大。究其原因，可发现这主要是由于管道被腐蚀所造成的。基于我国目前光明的管道也发展前景来看，管道被腐蚀的问题时有发生，这就将有效解决管道安全问题提到议事日程上来，而且是一项亟待解决的问题。此时，我们必须意识到只有寻找到合理的防护措施，才能够有效提高管道质量，延长管道使用寿命。因此，涉及到天然气管道的使用时，必须对管道进行定期检查，及时找到已经被腐蚀的区域以及其腐蚀程度，通过对被腐蚀处进行适当的维修，并施加合理的防腐措施，运用恰当的防腐与检测技术，有效解决石油管道的腐蚀问题。

一、致使石油天然气管道腐蚀的因素分析

油气管道一般是钢制管道，常被埋于地下，这就不可避免地受到各种因素的影响，造成管道腐蚀。例如胺类、吗啉类等都是造成管道被腐蚀的罪魁祸首。它们具有共同的特征，即其分子都是由极性基和非极性基组合而成。总结一下引发管道被腐蚀的因素，可以分为如下四种：1、管道一般是钢制的，因此钢制材料的制造工艺对于管道的使用寿命存在很大的影响。2、管道一般被深埋于地下，因此难免会受到环境中的各种物质的腐蚀。3.、没有对管道采取合理的防护措施。4、管道的应力水平存在差异，对外界环境的变化具有不同的抵抗力，因此被腐蚀程度自然存在差异。

（一）钢制材料的制造工艺的影响

管道一般是钢制的，因此钢制材料的制造工艺对于管道的使用寿命存在很大的影响，这就为管道腐蚀埋下了祸根。钢材一般是金属材料，且金属一般受到温度和湿度的影响很大，因此极易被腐蚀。研究钢管的制造工艺，我们可以发现，微晶结构是钢管制作工艺中最常用的，但是微晶结构对外界环境的要求是很高的，不能允许钢材表面出现缺陷，否则将会继续引发严重的腐蚀开裂问题，更甚至是一发不可收拾。因此，钢材制作过程中的所使用的材料以及所使用的制造工艺，都会对钢管的使用寿命产生影响，造成不可避免的腐蚀。

（二）管道所处的地下环境使发生腐蚀成为可能

管道一般被深埋于地下，因此难免会受到环境中的各种物质的腐蚀。综合对管道造成的腐蚀的因素，我们可以发现除了土壤之外，还包括细菌和杂散电流。土壤其实是一种常见的胶质体，以固液气三种形式存在，其空隙中饱含水分和空气。土壤对管道存在很大的腐蚀作用，这主要是由于在水的作用下，土壤产生了大量的离子，这些离子可以自由移动，可以导电。金属材质一般存在电化学特质，但是这种特质却不是均匀存在的，再加上土壤的理化性质的不均匀性，共同促成了土壤较强的腐蚀作用。对于交流杂散电流，可以与二次感应电流进行叠加，这就构成了电化学电池，并且存在于管道表面。虽然，这种腐蚀的作用力不是很强，但是其集中腐蚀性却是不容小觑的，必须引起足够的重视，采取适当的防腐措施。

（三）管道应力水平对于外界影响的抵抗差异

在管道运行的时候，输送压力会对管道造成一定的影响，同时也存在压力波动的影响，这就出现了所谓的应力腐蚀。应力腐蚀主要是由于压力过大对管道造成了较大的应力，导致管道破裂，而且这些裂痕会受到应力的冲击，继续扩大，形成恶性循环，最终造成管道腐蚀。此时，管道存在不用的应力水平，对于应力不能够做出均衡的抵抗。显然，抵抗力强的，就不会出现太多裂痕。反之，抵抗力弱的，就有可能出现严重额应力腐蚀现象。

二、石油天然气管线的腐蚀控制

为了对天然气管道进行有效防护，我们可以采取以下措施：选用具有较强抗腐蚀能力的材料，添加保护涂层，添加适当的缓蚀剂。通过采用合理的电化学方式对管道进行有效保护，并且尽可能地为管道提供一个事=适宜的环境。在本文中，就重点论述了腐蚀控制的具体措施。目前，最为常用的管道外反腐措施是施加阴极保护法，并配合施加涂层保护，这两种方式可以互相补充，在较低的成本下，获取较好的防腐蚀效果，保证防腐工作的经济性、安全性和合理性。为此，这种联合使用的防腐措施已经广泛被发达国家所采用，并发展成为防腐的法规。

（一）管道的阴极保护技术

如果对深埋于地下的管道进行涂层保护，那么就会将管道与外界环境隔离开，这就可以有效避免管道被土壤所腐蚀，这就可以增大金属腐蚀的回路电阻，极大地降低了腐蚀电流，最终起到较好的防腐效果。但是，我们必须注意，在进行管道运输或者是施工时，难免会对涂层造成一定的损坏，此时就出现了腐蚀电池，而且电池呈现小阳极/大阴极的状态，这就会带来较大密度的腐蚀电流，大大加快了管道被腐蚀的速度。因此，仅采用涂层保护是不可能达到理想的腐蚀效果的。通过研究电化学腐蚀的原理，我们可以发现如果把金属变成阴极，那么就可以对管道进行有效防护，这就是所谓的阴极保护法。因此，如果施加一个辅助的阳极，那么就可以在管道中通直流电，对管道进行有效保护。通过这种的方法，可以为管道施加较大的阴极极化电流，这就削弱了涂层破坏处的腐蚀程度。目前，投入了大量资金来对管道进行有效的防腐保护，约占总资金的1%左右，这就可以很好地对管道进行防腐保护。而且，我们国家以已经于1984年，将阴极保护纳入法律，意在有效防止管道被腐蚀，延长管道的使用寿命。

（二）外涂层技术

通过为管道施加外涂层，可以将管道与外界环境隔离开，这是一种基本的防腐手段。目前，管道运输已经成为一种重要的输送油气的方式，而且输送的距离不断延长，范围逐渐扩大，涉及沙漠、沼泽、冻土甚至是海洋，而且输送的介质逐渐多样化，这就为防腐工作的开展提出了更高的要求。化学的工业迅速发展，为防腐工作的进步提供了可能，而且很多新材料与工艺的出现，也为防腐事业的发展提供了更多的机遇。以前那种采用单一的沥青进行防腐的时代已经过去，逐渐转变为采用高分子或者是复合材料进行防腐的时代，这就使得管道可以在更为苛刻的环境中存在，不那么容易被腐蚀，使用寿命被延长。

1.管道外涂层的选择原则

如果要为管道涂一层外防腐层，就要基于这种技术是否可行来做出正确的选择，其他因素都是在这一前提下实现的。所谓技术的可行性主要包括以下两方面：

（1）满足管线的运行要求

涂层的使用必须满足管线的运行要去，也就是指防腐层在管道的设计年限之内不恩能够失效。管线在运行的时候，难免会受到环境因素的影响，使防腐层遭受不同程度破坏。例如，防腐层有可能与土壤发生相互错动，这就使得防腐层在剪切力的作用下被破坏。除此之外，土壤中存在的硬物也可能会对防腐层造成损坏，再加上植物根茎的破坏力也是极大的。防腐层与钢管的热行为不同，在加上阴极保护引发的剥离作用，都会对涂层造成较大损坏。目前，管道中输送的物质以及趋于多样化，防腐层如果不能很好地适应，就可能被损坏、老化、最终失去其原有的保护作用。可见，在位管线选择图层的时候，图层对与运输介质的适应性是首先要考虑的，进而在优化方案，力争取得良好的防腐效果。

（2）满足环境及施工工艺条件的要求

①防腐层必须具备足够好的硬度，并且抗冲击能力要足够大、耐磨，这有这样的防腐层才能够符合管道涂层的硬性要求，适应一切硬物的碰撞、土壤的腐蚀等状况。

②防腐层必须具有足够好的耐候性，这样就可以在整个管道的施工周期内都表现出良好的适应能力，避免大气层的变化对其造成破坏。

③还必须为防腐材料准备好与之相适应的补口或者是补伤材料，这样才能够保证涂层材料被长期使用，发挥其有效的防腐作用。

④防腐层必须环保，不能出现污染环境的现象。

所谓施工工艺的可实现性是指，不仅要对材料自身的性能给予充分的而考虑，而且要使之尽可能地符合施工工艺的要求，保证施工工艺得以顺利实现。如果所选择的防腐层的性能比较好，那么就要选择与之相适应的较为成熟的施工技术。我们国家目前使用较多的是三层PE， FBE， 煤焦油瓷漆等，而且选择了符合国家水平的与之相适应的较为先进的施工技术。

经济合理性也是进行选择时需要考虑的重要因素之一，即在满足同样的施工要求时，如果可以选择多个可行的技术方案，那么就要优选经济合理的方案。对于经济合理性，需要从以下两个方面来认识：第一，如果某管道不宜维修，但是又需要长时间使用，那么就要首先考虑其维修费用的高低。反之，如果某管道易于维修，而且不必使用过长时间，那么就要适当节约投资。管线一般都是长距离的，因此需要经过很多不同的地质单元，此时需要不断变换运行参数，那么此时就需要不同的防腐层来进行防护，但是也不宜分成太多段，否则将会为组织的有效管理增大难度。而且，不同的防腐层所需费用不同，那么就大大增多了防腐工程费用，而且很难选择与每种防腐材料都相配伍的补口材料。除此之外，也增大设计阴极保护的难度，因为这需要考虑不同材料的绝缘电阻的影响。

环境保护法制化的出现，也为管道施工提出了更高的要求，尤其是人口密集区，更不允许防腐层对环境造成任何污染。

2.管道常用外涂层

（1）熔结环氧粉末（FBE）防腐层

环氧粉末是一种常用的防腐层，属于热固性材料。在使用时，只要先将钢管预热，然后将环氧粉末以静电喷涂的方式，涂在钢管上。此时，管壁就会散发出大量的热，将环氧粉末熔结，最终使之很好地固定于管壁表面。这种材料的主要优点就是；能够很好地粘结于钢铁表面，对于剥离具有较强的抵抗力，而且很难遭受土壤应力的破坏，不污染环境。同时，这种材料也存在一定的缺点，即涂层一般比较薄，不能够经受较大的冲击力，易被外界硬物多划伤，最重要的是这种材料不能够长时间接受紫外线照射，且耐水性较差。综合考虑，环氧粉末的优点和缺点，再根据施工周期对防腐材料进行适当的选择，保证其露置时间在2个月以内，否则就要采取适当的遮盖措施对其进行保护。

因此，这种防腐材料一般用于环境较为苛刻的情况下。

（2）双层环氧粉末防腐层

双层环氧粉末是指，在环氧粉末的表面再涂一层经过聚烯烃改性过的环氧粉末。这种双层环氧粉末能够有效增强水汽渗透率，并且可以承受较大的冲击力。其具体的涂敷工艺是指：在内层环氧粉末发生胶化的时候，在其表面涂一层环氧粉末，这项涂敷工艺对于工艺参数的要求比较高。这种防腐材料的优点包括：能够有效防水、具备较好的机械性能、对冲击力的抵抗能力较强，耐磨。但是，它同时具备一些缺点，例如：造价昂贵、没有在大口径管线施工中得到广泛应用。这种防腐材料一般能够很好地适应各种土壤，但是其昂贵的造价限制了其广泛应用。

（3）煤焦油瓷漆防腐层

煤焦油瓷漆的涂敷工艺相对比较复杂。这种材料的优点包括：具有较强的化学稳定性、能够经受外界环境的腐蚀，一般不会被植物根茎所穿透，更不易被微生物所侵蚀。但是，这种材料也存在明显的缺陷，主要包括：很难抵抗土壤应力的破坏以及外界硬物的损坏。在高温环境下，这种材料比较容易软化，在低温环境下，因为太脆而易折断。因此，这种材料既不适合热带也不适合寒带，对环境的适应能力较弱。因此，这种煤焦油瓷漆防腐层一般适应于温度适宜、机械强度低、腐蚀性强的环境中，但是一般不会在人口密集区使用。

（4）石油沥青防腐层

石油沥青是以石油蒸馏残物为原料制得的。其涂敷工艺为通过热浇涂的方式来缠绕玻璃纤维。这种材料的优点包括：能够很好地与防腐层相结合，高化学稳定性，价格相对比较低廉等，已经经过了很长时间的使用。但是，这种材料缺乏较强的耐土壤应力，且对环境具有较大的污染，因此并不被发达国家所看好。

三、石油天然气管线防腐层技术的发展趋势

目前，在国外被广泛采用的管道昂富材料主要包括：FBE、PE以及石油沥青等，再加上目前得到发展迅速的多层复合涂层等。根据调查显示，FBE具有较好的理化性能，而且对温度的适应呢给力比较强，成为世界首选管道涂敷材料。随着社会的发展以及科技的进步，煤焦油瓷漆的地位也逐渐下滑，用量不断减少，尤其是在新建管道中的用量更是不理想。挤出PE在国外应用较为广泛，但是其较差的温度适应能力限制了其广泛应用。石油沥青的用量很不稳定，在发达国家早就不被看好，只是勉强被第三世界国家所使用。

早些年，对于我们国家的管道而言，使用的全是石油沥青加玻璃布的结构。对着社会的不断发展和科技的不断进步，大量的新材料和新技术涌现出来，我们国家也开始尝试使用国外的涂层与技术。目前，我们国家的防腐涂层技术已经相对比较前沿，与世界先进水平相差无几，而且将会伴随着我国的管道事业一起成长，逐渐被完善。我们国家积极发展基础理论，研究新颖的检测方法，力争将管道腐蚀问题扼杀在摇篮之中，同时对已经出现的管道腐蚀问题及时补救，以促进我国的管道防腐蚀事业长远发展，为能源事业更好地发展提供保障。

四、结束语

管道输送具有明显的优势，成本相对比较低廉，而且效率高，对于各种地域都表现出了较强的适应能力。因此，管道输送具有较好的发展前景。但是，管道腐蚀问题依然不容小觑，因为这个过程受到外界环境的影响较大，十分错综复杂。因此，必须寻找的途径保障管道不被腐蚀，为安全保障提供更大的可能性。在推动能源事业快速发展的今天，必须注重能源管道的防腐问题，采取适当的防护措施。本文针对多年施工工作经验，对常见的造成油气管道腐蚀的因素进行了分析，并且提出了与之相对应的防护措施，意在为日后的防腐工作的全面展开提供行动指南。我们国家也做了相应的努力，积极发展基础理论，研究新颖的检测方法，力争将管道腐蚀问题扼杀在摇篮之中，同时对已经出现的管道腐蚀问题及时补救，以促进我国的管道防腐蚀事业长远发展，为能源事业更好地发展奠定基础。

作者简介

郑瑜，男（1977.03―），河南安阳人，中石化天然气川气东送管道分公司，在职研究生，中级职称，研究方向：长输管道自动控制。