涂料在石油和天然气中的作用

涂料在石油和天然气中的作用

徐琳

摘要介绍了石油天然气管道的腐蚀机理，以及防腐涂料在石油天然气管道中的应用及其发展情况。

关键词石油；天然气；管道；油罐；腐蚀；涂料；

前言近年来，由于全球经济的可持续发展要求，对能源的需求不断攀升，石油天然气管道输送发展迅速，长距离、大口径、跨国界的国际油气管线纷纷建成。尽管石油和天然气在油气田采集后，一般都会经过脱水脱硫等净化处理，特别是主要干线的油气品质控制严格，但油气储运加工过程中，所处环境千差万别、工况条件复杂多变，在不同程度上存在着严重的管线内壁腐蚀。我国于20 世纪70、80 年代建成的油气输送管道达上万公里，由于长期运行，环境造成的外腐蚀严重，而管线中含有的腐蚀介质H2S、CO2 和水，还造成大量的内腐蚀事故。统计数据表明：目前全世界每年因腐蚀造成的经济损失约在10 000 亿美元，为地震、水灾、台风等自然灾害总和的6 倍。石油天然气行业因腐蚀造成的损失较其它工业部门更为严重，除因为腐蚀带来的设备报废等直接经济损失外，因腐蚀而造成的停车、断线、效率下降、原材料和电能、热能的损耗增加等间接损失更加巨大，由于腐蚀引起的火灾、爆炸和人身伤亡等严重事故也时有发生。为了控制油气管线内壁腐蚀，近几十年来，国内外均致力于这方面的研究。

涂料是一种材料，用于涂装物体表面而能形成涂膜，从而起到保护、装饰、标志及其他特殊作用（如电绝缘、防污、减阻、隔热、耐辐射、导电、导磁等等）。早先总料都是用植物油和天然树脂加工而成，历以通常叫做油漆。随着工业的发展，涂料品种日益增多，质量和性能不断提高，许多新型涂料已不再含有油的成分。这样油漆这个名词就显得不够确切了。因此，现在把用于涂装物面的各种材料统称为涂料。随着科学的发展，各种高分子合成树脂的广泛应用，使涂料产品发生了根本的变化，因此准确的名称应为“有机涂料”。

随着涂料性能的发展，其应用日益广泛。在石油、天然气中主要的作用是保护作用。涂料能在物体表面形成一层保护膜，能够阻止或延迟物体因长期暴露于空气中受到水分、空气、

微生物等的侵蚀而造成的金属锈蚀、木材腐蚀、水泥风化等破坏现象。如不加涂料保护的钢铁结构的桥梁，寿命仅有几年;而涂料使用得当，则可以百年巍然挺立。

1 石油、天然气管线的腐蚀特征

在石油和天然气方面，涂料仍然起着很重要的作用。石油天然气管线的腐蚀特征石油天然气管线大都处于复杂的土壤环境中，所输送的介质其腐蚀性各异，因此，管道的内、外壁均有被腐蚀的可能性，一旦管道被腐蚀穿孔，就会造成油气泄露，不仅运输中断，而且会污染环境，甚至引发火灾等灾难性事故，危险性极大。油、气管道由于所处的环境和输送介质的不同，引起的腐蚀状况也不同。就其腐蚀机理而言可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，尤以电化学腐蚀为主。内腐蚀是介质中的水在管道内壁成膜并形成原电池所发生的电化学腐蚀，对于气管道来说，一些有害杂质如HZs、c 0 2 等直接与金属作用引起的化学腐蚀。内腐蚀大多集中在弯头、低洼积水处、气液交界面等处。外腐蚀可分架空管线和埋地管线两部分来分析，前者易受大气腐蚀，后者易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。影响土壤腐蚀的因素很多，如土壤PH 、氧化还原电位、土壤电阻率、含盐的种类和数量、含水率、孔隙度、有机质含量和温度等等。其中最常见且危害最严重的因素是由于土壤介质差异引起的宏腐蚀电池，如由于土壤含盐量的不同、土壤透气性的不同以及土壤温度的不同所形成的各类浓差电池，使管线在含盐量高、透气性弱的土壤中有较强的腐蚀趋势，有时这种宏电池两部分钢管间的电位差可达0. 3 V左右，其两极间的距离可达几公里，这种宏电池是埋地管道发生剧烈腐蚀的主要原因。

石油天然气管线的腐蚀控制方法有: 选用耐蚀材料、涂层保护、加缓蚀剂; 电法保护及改善环境等。本文主要以防腐涂料为重点加以论述。

1.2 石油、天然气管道防腐涂料

1.2.1管道外壁用防腐涂料

1．地上管道外壁用防腐涂料

地上管道外壁涂料要经受太阳光照射、温差变化、雨水及沿海地区的盐雾等，在特殊条件下还可能会接触到一些腐蚀性气体，如二氧化硫、硫化氢和二氧化氮，要求涂层具有良好的耐水性、耐候性、耐化学腐蚀性、耐盐雾性和防霉性能。地上管道外壁所用防腐涂料底漆一般为富锌底漆、氯化橡胶底漆或环氧云铁底漆。面漆过去以醇酸铝粉涂料为主，近年来含氯聚合物、丙烯酸、聚氨酯、氟碳树脂和氯醚树脂面漆也得到了广泛应用。中国石油天然气

总公司管道科学研究院1984 年研发的G2、G3 型环氧煤沥青系列防腐涂料已经大量用于石油管道的外防腐。中油化黑龙江绿岛涂料制造有限公司制造的EPH 高耐候外防腐专用漆。自1996年以来已在23套生产装置及4个附属车间约260 套的机泵、电机设备表面成功运用。中油工程技术研究院开展了DC 新型聚氨酯防腐涂料的研制，并在塔里木油田塔中进行了涂料的中试应用，取得了良好的效果。大连振邦氟涂料股份有限公司研制的丙烯酸聚氨酯类石油管道和储罐外壁隔热防腐涂料不论防腐性、耐候性，还是隔热性都很好。

2．地下管道外壁用防腐涂料

地下管道处于土壤溶液环境中，要求外壁所用涂料具耐水、酸、碱、盐、耐微生物、耐腐烂动植物和耐植物根系穿透性，并且要求具有长效保护期。目前地下管道外壁防腐采用涂层与阴极保护相结合，其中涂层主要包括煤焦油磁漆、工厂预制胶带涂层、沥青/ 丁基粘合剂加十字头挤压聚烯烃涂层、丁基粘合剂加双侧向挤压聚烯烃涂层、熔结涂层、多层环氧/ 挤压聚烯烃涂层等。

3．管道外壁防腐涂料的要求

作为石油天然气管道外壁的专用防腐涂料，需达到或具有以下性能及要求：有效的电绝缘体；有效的潮气屏蔽；良好的施工性能；优异的耐用性和抗老化性；对管道表面良好的附着力；在搬运、贮存和安装过程中良好的耐机械损伤性；恒定的涂层电阻；良好的耐剥离性能；易于修复；优良的环保性能，对人体无毒害。

1.2.2 管道内壁用防腐涂料

与管道外壁用防腐涂料相比，管线的内壁涂层应该具备以下特点：良好的防腐性能；持久的耐压性；涂装施工的方便性；化学稳定性；牢固的粘结性和耐弯曲性；足够的耐磨性和硬度；耐热稳定性；光滑降阻性。常用的管道内壁涂料主要包括热塑和热固型环氧树脂、聚氨酯、玻璃鳞片防腐面漆和环氧底漆。

1.2.3 管道涂层施工规范

石油天然气管道施工过程中必须建立严格的施工规范，以保障施工质量和安全。对管道涂层的施工规范包括：（1）管道的表面处理；（2）对底漆的要求；（3）所选定的涂层材料和施工工艺；（4）涂膜总厚度和偏差；（5）特殊涂层或材料的要求，如温度、膜厚、张力及其他性能要求；（6）涂料的操作要求，如存放环境、干燥洁净条件等；（7）检验的要求；（8）涂层缺陷的修复方法；（9）不可接受涂层缺陷的拒收条件；（10）涂覆管线的操作及搬运要求；（11）预制管道现场接头涂覆的技术要求；（12）管道填埋和回填要求。