埋地油气管道防腐技术

2022-11-21

1 埋地管道腐蚀的原理及影响因素

输送油气的埋地钢制管道, 常遇到的腐蚀介质是H2S、CO2、有机化合物、盐、地层水, 矿物质及氧等。埋地管道遇到的腐蚀绝大多数都是电化学腐蚀。埋地管道与电解质溶液接触时, 由于表面的不均匀性 (如金属种类、组织、结晶方向、内应力、表面光洁度、表面处理状况等的差别) , 或埋地钢制管道不同部位接触的电解液种类、温度、流速等差别, 从而正在表面出现阳极区和阴极区。阳极区与阴极区通过埋地钢制管道本身相互闭合而形成许多腐蚀微观电池和宏观电池。埋地钢制管道电化学腐蚀就是一个发生阳极和阴极反应的过程。如在介质溶液里碳钢中的铁碳化合物是阴极, 而铁是阳极;表面膜有微孔时, 孔内金属是阳极, 表面膜是阴极;受到不均匀应力时, 应力较大的集中部分为阳极;表面温度不均匀时, 温度较高区域为阳极;溶液中氧或氧化剂浓度不均匀时, 浓度较小的为阳极。所以形成了腐蚀电池。

含有水和H2S、CO2的天然气, 对钢制管道产生内腐蚀。H2S、CO2正在水溶液中, 发生去氢极化腐蚀。影响H2S腐蚀的因素有H2S的浓度、p H值、温度、压力、液体烃类等。影响CO2腐蚀的因素主要有压力、温度及水的组成。在一定温度下, 随着CO2分压增加, 溶液p H值下降, 随着温度的升高, CO2溶解度下降, 溶液p H值上升。天然气中的CO2引起的腐蚀类型是深坑型腐蚀和冲蚀, 随着CO2分压的增加腐蚀加剧。含硫天然气中的CO2会加速H2S对钢制管道的腐蚀。

2 埋地管道防腐方法

(1) 采用外涂层防腐。涂层的用意是要在金属表面上形成一层绝缘材料的连续覆盖层, 将金属与其直接接触的电解质之间进行绝缘 (防止电解质直接接触到金属) , 即设置一个高电阻使得电化学反应无法正常发生。常用的埋地管道防腐材料有:

(1) 三层PE防腐涂层。由环氧粉末底层、粘结剂中间层和聚烯烃外护层 (聚乙烯或聚丙烯) 组成。由于其兼有熔结环氧 (FBE) 优异的防蚀性能、良好的粘结性与抗阴极剥离性能以及聚烯烃优良的机械性能、绝缘性能及强抗渗透性, 从而成为综合性能优异的涂层, 广泛用于施工及敷设环境均较苛刻的地带。

(2) 环氧粉末涂层。环氧粉末由固态环氧树脂、固化剂及多种助剂经混炼、粉碎加工而成, 在我国也得到了推广应用, 但主要是作为复合涂层的底层。熔结环氧粉末为一次成膜涂层, 具有对钢铁强粘结、良好的膜完整性、优秀的耐阴极剥离性能、耐土壤应力、耐磨损、可冷弯等特点, 适用于各种环境。

(2) 阴极保护每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位, 即为该金属的腐蚀电位 (自然电位) , 腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 失去电子的部位为阳极区, 得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子 (如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤) 受到腐蚀, 而阴极区得到电子受到保护。阴极保护的原理就是给金属补充大量的电子, 使被保护金属整体处于电子过剩的状态, 使金属表面各点达到同一负电位。有两种办法可以实现这一目的, 即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

(1) 牺牲阳极阴极保护将被保护金属和一种电位更负的金属或合金 (即牺牲阳极) 相连, 使被保护体阴极极化以降低腐蚀速率的方法。在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中, 被保护金属体为阴极, 牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值, 在保护电池中是阳极, 被腐蚀消耗, 从而实现了对阴极的被保护金属体的防护。

(2) 外加电流阴极保护外加电流阴极保护是通过外部电源来改变周围环境的电位, 使得需要保护的设备的电位一直处在低于周围环境的状态下, 从而成为整个环境中的阴极, 这样需要保护的设备就不会因为失去电子而发生腐蚀了。这种强制外加电流的阴极保护系统是由整流电源、阳极地床、参比电极、连接电缆组成。强制电流法的电源常用的有整流器, 还有太阳能电池、热电发生器、风力发电机等。辅助阳极的常用材料有高硅铸铁、石墨, 磁性氧化铁及废钢铁等。强制电流法是目前长距离管道最主要的保护方法。

3 结语

管道是重要的基础设施, 是主要的物流渠道之一。输油输气管道在社会经济生活中承担着重要的物流任务。工业的发展, 尤其是石油工业的发展。要以先进、高效的管道系统为依托, 因此必须重视管道的建设和管理。长输油气埋地管道, 往往处在不同的地理环境中, 如通过江河、湿地、各种性质的土壤, 或者出于腐蚀性的环境之中, 必须要加强防腐措施, 保证管道的正常运行。

摘要：随着我国石油、天然气的开采与发展, 管道内壁与外壁遭到腐蚀。腐蚀干扰着油气田的正常生产的现象时有发生。阻碍了油气田工艺技术的开发水平的提高。管道一旦被腐蚀穿孔, 还会造成油、气泄露, 不仅使运输中断, 而且会污染环境, 甚至可能引起火灾爆炸, 造成严重事故。因此, 防止管道腐蚀是管道工程的重要内容。

关键词：管道,腐蚀,防腐,技术