油气管道安装与运行中的防腐蚀.pdf

第 1 0 期 6 7 一 油气管道安装与运行中的防腐蚀 邢贵先 中国石油天然气管道局 国际事 业部 ， 河北 廊坊 0 6 5 0 0 0 [ 摘 要] 管道运输是油气运输的主要方式之一，腐蚀是管道运输面临的主要问题。做好油气管道的安装与防腐蚀工作十分 重要。本文对防腐蚀的主要技术进行 了介绍。 [ 关键词]油气管道；安装；防腐 目前在油气管道 中，使用最多 的是钢管 ，包 括无 缝钢管、直缝钢管 、螺旋缝钢管 ，敷设方式 通 常为埋地 。中东地 区的油气集输管道 多在地上 敷 设。 由于管道运输是油气运输 的主要方式 ，腐 蚀 是管道运输面临 的主要 问题 ，因此 ，做好油气 管道的安装与防腐蚀工作十分重要。 1 油气管道的安装 油气管道 的腐蚀是金属在 外界环境 中受化学 和 电化学作用 引起 的一种损坏 。在 油气管道安装 过程 中，常见 的容 易造成腐蚀 的位 置主要在 以下 部位 1 ． 1 应力集中点 应力集 中点主要存在 管道焊接 死 口、弯管 、 弯头 以及 不恰当的敷设等处 ，应力集 中造成局部 受力 明显高于平均水平 ，大大 降低 了管道承受腐 蚀 的能力。若施 工时未按照设计对管道采取加强 保 护措 施 或设 计 时 未考 虑应 力 因素 ，则 稍有 腐 蚀 ，极 易造 成管道 腐蚀穿孔或应力撕裂 ，这种现 象在输送介质含 有酸、碱及钙 、镁等离子时尤为 显 著 。 1 ． 2入 地处 油气管道入地处 易产 生腐蚀 的主要原 因，是 由于大 气与土壤的物理化学性质存在 巨大差异 ， 容 易产生 自然 电池腐蚀 ，且大部分是局部面积腐 蚀，对管道的安全平稳运行有较大威胁 。 1 _ 3土质较差处 土 质较差处的腐蚀是可 以预期并采取适 当措 施对管道加 以保护 的，其对管道的主要危害是 降 低 了使用年 限。在 管道 企业严格遵守压力管道检 验 、检 0 n , 0 制度的情况下，一般 不会发 生突发腐蚀 穿孔或撕裂，但仍需引起高度警惕。 1 ． 4新 旧管线连头处 新 旧管线连 头处易发生腐蚀 的主要原因有三 点 ，一是此处为焊接死 口，应力相对集 中；二是 新管线和 旧管线腐蚀状况不 同，易产生 电位差 ， 造成连头 点的腐蚀速度加快 ；三是此处动火连接 后 ，若 施 工单 位现 场清 理 不 当 ，易造成 油泥 聚 集，使土质变坏，加速管道腐蚀。 2油气管道防腐蚀措施 2 ． 1 油气管道腐蚀因素 2 ． 1 ． 1 土壤腐蚀因素 土壤是一种特殊 的电解质 ，埋在地 下的油气 管道与土壤发生 电极反应 ，土壤是引起 油气管道 腐蚀 的主要原 因之一 。大多数土壤属于氧去极化 腐蚀 ，极个别强酸性土壤发生氢去极化腐蚀 。其 电解反映如下 阳 极 反 应 金 属 溶 解 并 放 出 电 子 Fe Fe 2e 阴极反应 介 质中的离子吸收 电子的还原过 程 2 H 2 e H2 f 强酸性介质中； o2 4 H 4 e 一2 H2 O 酸性介质中； O2 2 H 2 04 e 一4 OH 中、碱性介质中。 作者简介邢贵先 1 9 7 2 一，男，黑龙江龙江人，专科， 地面 建设与油气储运工程 师，从事项目管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 6 8 一 ■ 腐蚀 防护 石油和化工设备 2 01 4 年第 1 7 卷 l 兰 电 i ． 髑 H 卜{ 2 2 c ’ I l l F e ’一 h T 2 e 图1 钢铁电化学腐蚀原理 油气 管道被土壤腐蚀 的程度受土壤结构及土 壤湿度大小 的影 响非常明显 。如果土壤结构不 密 实且干燥 ，则阳极反应不 易进行 ，因为此 种情 况 下缺乏必要 水分 ，从而不利于使金属变成 水化离 子，而阴极反应较 容易进行 。 2 ． 1 ． 2金属材料因素 首先是金属 的化 学稳定性 。一般而 言，金属 的化 学稳定性越高 ，抗腐蚀 能力越 强。其次是合 金成 分的影响 。与 多相合金相 比，单相合金其化 学物理特性很均匀 ，所 以在 与 电解液接触时具有 图2 绝缘接头测试桩 _匕 文 j 稳 定的性 能，因而具有较好 的抗腐蚀性 。再次是 金 属表面状态 ，由于加工粗糙 的表面会导致水与 污 垢聚集 ，氧 的进入 比光滑表面要少 ，所 以粗糙 低 洼部位便成 为阳极，表面部分成为阴极 ，产生 浓差电池引起油气管道的腐蚀。 2 ． 2油气管道防腐蚀方法 2 ． 2 ． 1阳极保护 阳极 保护 是常 用 的金 属 电化 学保 护方 法之 一 。 其基 本做 法 如下 将油 气管 道表 面 作为 阳 极 ，进行阳极极化 ，使油气管道表面 由原先活性 状态转化为钝化状态， 以避免油气管道表面被腐 蚀 。对油气管道进行阳极保护必须控制 电压并注 意 电流 密度 ，阳极 电位过 小或 过大 于钝 化 电压 时 ，不仅起不到防止油气管道腐蚀 的作用 ，反而 会加速其被腐蚀的程度 。 图3 带状牺牲阳极安装示意图 2 ． 2 ． 2阴极保护 阴极 保护 技 术是 一种 金 属 的 电化 学 保护 技 术 ，即通过 电化学方法 ，将需要保护 的油气管道 结构极化 ，使其 电位负 向移动，从而使其在环境 介质 中始终处于阴极 。该项技术 的关键在于在 电 解质环境 中，将油气管道表面的电位 负向移动到 免蚀 电位 ，从而避免油气管道被腐蚀 。常见 的阴 极保护技术有两种外加电流 阴极保护和牺牲 阳 极保护，两种技术的优缺点如表1 所示。 表1 常用阴极保护技术比较 方法 优点 缺点 输出电流连续可调；保护范围大；不受环境电阻 需要外部电源；对邻近金属构筑物干扰大；维护 强制电流 率限制 ；工程越大 越经 济保护装置 寿命长 管理 工作量大 不需要 外部 电源 ；对 邻近 构筑 物无干 扰或 很小 ； 高 电阻率环 境不 宜使用 ；保护 电流 几乎不 可调 ； 牺 牲阳极 投产调 试后 可不 需管理 ；工程 越小越 经济 保护 覆 盖层质量 必须 好；投产 调试工作 复杂 消耗有 电流分布均匀 、利 用率高 色金属 利用杂散电流保护管道；经济实用；方法简单， 对其他构筑物有干扰影响；干扰停运时，保护体 排流保护 极性排流 只需简单管理；有杂散电流时，可 自动防 止杂散 得不到保护；易造成过负电位 电流 的腐蚀 、 ， r 楚 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 0 期 邢贵先 油气管道安装与运行中的防腐蚀 一 6 9一 保护范围广；电压 、电流连续可调；以干扰源的 对其他构筑物有干扰影响；需要外部电源；排流 强制排流 负馈线代替辅助阳极，结构简化；扰源停运时， 点易过保护 保护体仍被 保护 ；不存在 阳极干扰 阴极保 护技术的基本 原则是将 受保护的油气 管道表面与所有 的接地 电阻的装置实现 电分离 。 但是 ，这在 具体 处理 时是一个很大的技术难题 ， 因为油气管道 的表面积 非常大 ，要将它们实现 电 分离 ，费用相 当高，而 且在 正常使用中 ，它们可 能与外部装置产生 电接触 或是绝缘接 头跨接 ，容 易产生其他难 以预料的问题。 2 ． 2 ． 3缓蚀剂防护 缓蚀剂属于化合物 或化合物配方 ，向环境介 质 中加入 少量缓蚀剂 ，可 以明显 降低油气管道等 金属物 的腐蚀速率。 缓蚀 剂 的作 用机 理如 下 1 1 阻活 效应 缓 蚀剂分子 会吸附在油气管道表面上 的腐蚀反应活 性 中心位 置 ，大大减少活性 中心 的数量 ，使腐蚀 速度 降低 ； 2 1 覆 盖效应 缓蚀剂分子会 均匀地吸 附在 油气 管道表面 ，全面抑制和 阻止整个腐蚀反 应 ； 3 改变双 电层性质 缓蚀剂分子吸附在油气 管道 表面，从而改变其双 电层结构和分散层 电位 差 ，达 到减弱减缓腐蚀反应 的 目的。常用 的缓蚀 剂有 氧化型缓蚀剂 ，P I Na NO ；沉淀型缓蚀剂 ， t t a Z n S O ；吸附型缓蚀剂，如R NH2 等。 2 ． 2 ．4杂散电流排流防护 杂散 电流 是 指在 规 定 的 电路 以外流 动 的 电 流 ，杂散 电流流入油气管道后 ，从管道中流 出的 部位会受到腐蚀 。常见 的杂散 电流有直流、交流 和地 电流三种形 式。杂散 电流腐蚀其实是外部 电 源 作用的结果 ，是金属 的一种 电解过程 ，杂散 电 流腐蚀其 阴极 区很可 能发生析氢破坏 。杂散 电流 排流防护是指 把原来与路轨为 阳极 区的管线和管 道 ，用导线 同路轨 直接相连 ，使整个管线为 阴极 性 。 3结束语 综 上 所述 ，油气 管道 安 装 和 防腐蚀 的施工 质量直接关系到运输安全，本文针对油气管道安 装过程 中存在 的问题及防腐蚀提 出了相关对 策和 建议 ，应根据不 同的地质状况 、土壤性质、油气 管道材质 、油气介质 的特性 ，选择对应 的防腐蚀 系统和 防腐材料 ，以达到可靠 、安全、合理的 目 的 。 ◆参考 文献 [ 1 】芦宁宁． 谈油气管道的安装与防腐问题[ J ] ． 山西青年， 2 0 1 3 ， 2 2 ． [ 2 】 王要军． 浅谈油气管道安装施工层面的防腐[ J 】 ．科技致富向 导，2 0 1 1 ，f 2 0 ． 上接7 4 页 [ 5 】 刘海滨，赵辉． 开停工过程造成加氢反应器破坏的原因分 析及防护措施[ J 】 ． 齐鲁石油化工，1 9 9 9 ，2 7 0 1 9 1 1 9 3 1 9 7 ． [ 6 ]6金朝宽． 在用热壁加氢反应器的检验和安全分析[ J ] ． 压力容 器，2 0 0 1 ，1 8 1 5 7 0 ． 7 3 ． [ 7 】 崔思贤． 石化工业中连多硫酸的应力腐蚀开裂及其防护措 施[ J 】 ．石油化工腐蚀与防护，1 9 9 6 ，1 3 0 1 - 5 ． [ 8 】余宗森． 钢的高温氢腐蚀[ M】 ． 北京化学工业出版社， 1 9 8 7 ． [ 9 】 杜中强． 临氢设备腐蚀分析与防护[ J ] ． 石油化工腐蚀与防 护，2 0 0 9 ，2 6 6 1 3 9 ． 4 3 ． [ 1 0 ] 余刚，张学元，杜文龙． 三层结构加氢反应器器壁中氢 扩散的数学模型[ J ] ． 航空材料学报，1 9 9 9 ，1 9 2 3 - 9 ． [ 1 1 ] 路永力，冯曼耀． C r - Mo 钢制高温加氢反应器回火脆性及 控制啊_ 中国科技信息，2 0 0 5 ， 9 2 2 - 2 3 ． [ 1 2 】吕云容，刘雁，林筱华等． 基于风险的检验 R B I 实施手 册[ M】 ． 北京中国石化出版社，2 0 0 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m