输油管道的腐蚀原因分析及防护研究

输油管道的腐蚀原因分析及防护研究

摘要：目前我国石油与天然气输送主要依靠长距离埋地钢质管道来实现，因此管道防腐及维护管理是保障其输送安全的重要措施。掌握管道腐蚀的规律并加以有效控制，对确保国民经济“地下大动脉”的安全运行具有十分重要的现实意义。

关键词：油气管道腐蚀防护

一、油气管道防腐意义

现阶段我国石油天然气资源的输送主要依靠长距离埋地管道来实现，管材一般为钢制管道。有人预计，以西气东输工程为标志，在2015年前我国将进入一个油气管道建设的高峰期。但是输送石油天然气的管道大都处于复杂的土壤环境中，所输送的物质其腐蚀性各异。因此，管道内外壁均有被腐蚀的可能性，一旦管道被腐蚀穿孔，就会造成油气泄漏，不仅运输中断，而且会污染环境，还可能引发灾难性事故，造成经济损失难以估量。油气管道的防腐对于保障能源的运输乃至于对国民经济的发展至关重要。

二、管道腐蚀原因分析

长输管道腐蚀现状埋地钢质管道发生腐蚀有三大影响因素：即土壤、防腐层、金属材料。管道的腐蚀破坏是上述诸因素相互影响的结果。

1.土壤腐蚀因素

土壤腐蚀绝大多数情况下都是由于埋在地下的金属管线与土壤这种十分特殊的电解质进行电化学过程所引起的。土壤是引起石油

长输管线外（壁）腐蚀破坏的主要原因。土壤是一个由气、液、固组成的多相体系，其透气性和含水性构成了埋地金属的电化学腐蚀环境，且大多数属于氧去极化腐蚀，只有在强酸性土壤中，才会发生氢去极化腐蚀。其电极反应为：阳极反应：金属溶解并放出电子：fe→fe2++2e

阴极反应：介质中的离子吸收电子的还原过程：

2h++2e→h2↑（强酸性介质中）

o2+4h++4e→2h2o（酸性介质中）

o2+2h2o+4e→4oh（-中、碱性介质中）

在土壤腐蚀中，阴、阳极过程受土壤结构及湿度的影响极大。若土壤疏松、干燥，则阳极过程不易进行因为这时缺乏使金属成为水化离子的必要的水分，而氧的渗透和流动比较容易，即阴极反应容易进行。整个腐蚀过程受阳极控制；而在潮湿的粘性土壤中，氧的渗透和流动速度均较小，但水分充足，所以腐蚀过程主要受阴极过程控制。对于埋地管线，经过透气性不同的土壤而形成氧浓差腐蚀电池时，土壤的电阻成为主要的腐蚀控制因素。

2.管道防腐因素

长输埋地管道表面大都包裹有防腐层，将钢管和腐蚀介质隔离，切断电化学腐蚀电池的电路。但防腐层在管道施工过程有可能因碰撞而损坏。随着管道使用时间的增加，防腐层逐渐老化、龟裂、甚至与管体剥离。土壤腐蚀性介质从而浸入管体外壁，引起管道外腐蚀。再加上阴极保护不善，杂散电流的影响等均会使管道遭受腐蚀。

3.金属材料因素

3.1金属的化学稳定性。金属耐腐蚀性的好坏，首先与金属的化学稳定性有关。一般说来，金属的化学稳定性越高，抗腐蚀的能力越强。

3.2合金成分的影响。金属中的合金元素对其耐腐蚀性也有一定影响。一般而言，单相合金比多相合金具有较好的耐腐蚀性。这是由于多相合金存在化学的和物理的不均匀性，在与电解液接触时，具有不同的电位，在表面上形成腐蚀微电池。

3.3金属表面状态的影响。在大多数情况下，加工粗糙不光滑的表面比磨光的金属表面易受腐蚀。因为粗糙表面可使水及污垢聚积，且生成的钝化膜不致密均匀，易受破坏，致使金属腐蚀，所以金属擦伤、缝隙、穴窝等部位，通常都是腐蚀源，因为深洼部位，氧的进入要比表面部分少，结果深洼部分便成为阳极，表面部分成为阴极，产生浓差电池而引起腐蚀。

三、钢质管道防腐方法

1.改善金属的本质

根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

2.形成保护层

在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属气腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。管道涂上防腐材料后，经过固化而形

成油漆膜，能够牢固结合在金属表面上，使金属表面同外界严密隔绝，阻止金属与外界物质进行化学反应或电化学反应，从而防止了金属腐蚀。工业上普遍使用的保护层

有非金属保护层和金属保护层两大类。

2.1金属的氧化处理。将钢铁制品加到naoh 和nano2 的混合溶液中，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.5～1.5μm 的蓝色氧化膜（主要成分为fe3o4），以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。

2.2非金属涂层。用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等）喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料覆盖层致密光洁，色泽艳丽，兼具防蚀与装饰的双重功能。

2.3金属保护层。这是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层，前一种金属称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。

3.改善环境

改善环境对减少和防止金属腐蚀有重要作用。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质（缓蚀剂）来减少和防止金属腐蚀。

4.电化学保护法

4.1牺牲阳极保护法。在待保护的金属管道上连接一种电位更低的金属或合金，形成一个新的腐蚀电池。该方法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电极，被保护金属作为阴极而得到保护。适用于对电流需要量很小的裸管或有涂层管道的外露部位提供阴极保护。

4.2外加电流法。将被保护管道与外加的直流电源的负极相连，把另一辅助阳极接到电源的正极，外加电流在管道和辅助阳极间建立较大的电位差。优点是可给较大的保护电流，保护距离长，便于调节电流和电压，使用范围广。

四、管道防腐发展趋势

在管道内防腐领域，国内应用较多的是非金属涂层法和电化学保护法。此法容易实施，成本低，比较适合我国国情。同时涂层技术有比较完备的整套实施方案和检测手段（如内窥仪），涂敷手段已上升到机器人操作的水平。此外，应用到管道内壁防腐的阴极保护技术（也在兴起），使管道防腐如虎添翼。但是，在国外（内防腐的）衬塑技术更是以新的姿态而崛起，这是因为衬塑比涂层有如下优点：衬塑对金属完全均匀的覆盖；衬塑对管道内表面净化要求不像涂层与净化处理质量具有直接的相关性；衬塑对管道的振动、冲击比涂层敏感性小，不断裂不剥落。更凸出的特点是衬塑管道可承受高压又能抵抗各种介质的腐蚀，所以衬塑技术将占据管道内防腐领域的相当的市场份额。