对石油天然气管道腐蚀及其防护措施分析

来源 :中国化工贸易 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xumingxingHUANG
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  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。
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