长输管线防腐设计

【摘要】腐蚀是引起埋地管道破坏和失效的主要原因之一，埋地管道的腐蚀情况不能直接观察到，发生泄漏等情况时不容易及时发现且不便维修，如何防止管道的腐蚀破坏一直是管道工程中重要的环节。因此，重视管道腐蚀问题，防止或减缓腐蚀的危害，加强石油工业的防腐工作，提高防腐技术水平和管理水平不仅有明显的经济效益，也有重大的社会效益。

【关键词】管道;腐蚀;防腐;阴极保护

腐蚀是引起埋地管道破坏和失效的主要原因之一，埋地管道的腐蚀情况不能直接观察到，发生泄漏等情况时不容易及时发现且不便维修，如何防止管道的腐蚀破坏一直是管道工程中重要的环节。由于金属腐蚀而引起的损失是很大的，因此，了解腐蚀发生的原因，采取有效的防护措施，是很关键的。腐蚀防护技术是关系到埋地管道可靠性和使用寿命的关键因素，研究管道的腐蚀与防护技术，对延长管道的使用寿命以及保证工业生产的顺利进行具有重要意义。

1 原油管道的腐蚀机理

1.1 原油管道的内腐蚀机理

金属管道内壁因输送介质的作用而产生的腐蚀。主要有水腐蚀、CO2 腐蚀和H2 S腐蚀。

① 水引起的腐蚀

水腐蚀指输送介质中的游离水，在管壁上生成亲水膜，由此形成原电池条件而产生的电化学腐蚀。

② CO2 的引起的腐蚀

CO2 腐蚀是困扰世界石油工业同时也是困扰我国油气工业发展一种常见的腐蚀。CO2 的腐蚀机理：

CO2 + H2O = H2CO3

Fe + H2CO3 = FeCO3 + H2

③ 硫化氢引起的腐蚀

大量的H2 S 气体，其在水中的溶解度比较大，具有强烈的腐蚀性。

1.2 原油管道的外腐蚀机理

长输管线由于埋设于地下，主要表现为土壤腐蚀。由于土壤结构和所含物质的差异，由于土壤组成与结构复杂多变，土壤腐蚀里有很多种不同的腐蚀。

① 土壤腐蚀。

土壤颗粒间布满空气、水和各种盐类，使它具有电解质的特征。管道金属在土壤电解质溶液中构成多种腐蚀电池。一类是由于钢管表面状态的差异形成的腐蚀，另一类是由于土壤腐蚀介质的差异形成的的腐蚀。

② 杂散电流腐蚀。

流散于大地中的电流对管道产生的腐蚀，又名干扰腐蚀，是一种外界因素引起的电化学腐蚀。

2管道防腐系统设计

2.1 管道防腐材料的基本要求

通常而言，管道的外防腐层材料的基本性能要求有如下几个方面：

（1）良好的电绝缘性;

（2）防腐层应具有一定的耐阴极剥离强度的能力;

（3）有一定的抗冲击强度，较好的抗弯曲性和耐磨性，与管道有良好的粘接性;

（4）良好的稳定性，不变形、不流淌、不加快老化速度，耐低温性能好;

（5）防腐层破损后易于修补;

（6）抗微生物性能好。

2.2常用防腐涂层性能比较

目前国内外适用于长输管道的防腐蚀涂层主要有煤焦油瓷漆、PE二层结构、PE三层结构、熔结环氧粉末（FBE）、双层熔结环氧粉末（双层FBE）覆盖层等。其性能比较见表1：

表1：各种涂层的性能比较情况

涂层 厚度（mm） 环境污染 补口工艺 优点 缺点 寿命

煤焦油瓷漆 3.0～5.0 大 热烤带或热收缩套 绝缘性能好、吸水率低 机械强度较低， 适宜温度范围窄，低温易变脆 20～80年

PE二层结构 2.0～5.0 小 聚乙烯电热熔套或热收缩套

绝缘性能好、吸水率低、机械强度高、坚韧耐磨 耐紫外线性能差，与钢管表面结合力较差 40～50年

PE三层结构 2.5～3.5 无 液态环氧树脂涂刷+热收缩套 各项性能

优异 价格较高 40～50年

熔结环氧粉末 0.3～0.5 无 环氧粉末喷涂或无溶剂环氧 绝缘性能好、机械强度高 耐划伤和磕碰性能较厚覆盖层要差 40～50年

双层熔结环氧粉末 0.6～1.0 无 静电喷涂或热缩套 械性能尤其高，相容性好， 覆盖层表面光滑 价格较高 40～50年

3 阴极保护设计

3.1 阴极保护方案的选择

阴极保护在金属防腐工艺中，是电化学保护方法的一种。它通过对被保护金属体施加电流，从而使其电极电位负移，使金属减弱由“原子态自发转变为离子态”的趋势，因而从根本上抑制腐蚀的发生。

埋地钢质管道的阴极保护一般分为强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种。这两种方法各自特点如表2 所示。

表2 外加电流法和牺牲阳极法阴极保护技术的比较

方法 优点 缺点

外加电流法阴极保护 1.输出电流连续可调

2.保护范围大

3.不受环境介质电阻率限制

4.工程越大越经济

5.保护装置寿命长 1.需要外部电源

2.对邻近金属构筑物干扰大

3.维护管理工作量大

牺牲阳极法阴极保护 1.不需要外部电源

2.对邻近构筑物无干扰或很小

3.投产调试后可不需管理

4.工程越小越经济

5.保护电流分布均匀、利用率高 1高电阻率环境不宜使用

2.保护电流几乎不可调

3.需要良好质量的防腐层

4.投产调试工作复杂

5.消耗有色金属

3.2阴极保护原理

阴极保护是一种用于防止金属在电介质（海水、淡水及土壤等介质）中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。

4 管道内壁防腐方法探讨

在多年的生产运行中，内腐蚀具有隐蔽性，往往被人们忽视了它的存在。下面介绍几种常见的内防腐方法。

4.1 管道内涂层防腐技术

常用的管线内壁涂层有：（1）防污油、防腐的涂层;（2）煤焦油沥青和环氧沥青等涂层;（3）水泥砂浆涂层;（4）防腐合金镀层;（5）新型的塑料涂层。

4.2 阴极保护技术

阴极保护的防腐方法，不仅可用于管线的外部防腐，也可用于管线的内壁防腐。可采用外加电流法，在管内插入电极，接上直流电源的正极，作为阳极，再以管线内壁作为阴极（负极），管内输送的流体介质，作为导电质，从而构成阴极保护防腐系统。也可采用牺牲阳极法，即在管线内壁上，间隔的固定一些锌、铝、镁等金属及其合金的阳极块，通过电子流动而牺牲掉，从而将作为阴极的管线内壁得到保护。

5 结论与展望

5.1 原油管道技术发展趋势

为了提高管道设计、建设、管理水平，实现管道建设的可持续发展。因此，原油管道技术的发展趋势如下：

（1） 输送工艺技术多元化和新型化;

（2） 采用长运距、大口径、大流量输送;

（3） 提高输送压力;

（4） 提高钢管强度;

（5） 提高自动化程度;

（6） 智能管道。

5.2 结论

长输管道外防腐层材料种类很多，性能各异。在进行选择时应首先从技术方面考虑，防腐层应能确保管道防腐绝缘，延长管道使用寿命，设计中应结合环境条件，确定对防腐层性能的要求，在满足性能要求的基础上再考虑防腐层施工的简便性、可行性和经济性，最后，从全面观点衡量，对长输管道外防腐层进行经济合理的选择。采用阴极保护与管道本身的防腐层互相补充才是目前最佳防腐方案。