长输管道保温层下腐蚀与防护研究

2022-12-05

长输管道腐蚀现象遍及整个管输生产过程中, 危害十分严重。首先, 腐蚀会造成重大的直接或间接的经济损失。据工业发达国家的同济, 因腐蚀造成的经济损失约占当年国民经济生产总值的4.7%。其次管道金属腐蚀, 特别是不显而易见裸露在直观视觉下的腐蚀, 会在物任何征兆下发生并危及人身安全。如1965年3月美国某输油管线因腐蚀破裂而失火, 造成17人死亡;1980年8月北海油田的采油平台输油管线发生腐蚀破坏, 致使123人丧生。由此可见:腐蚀不仅消耗大量金属, 而且造成能源浪费, 因腐蚀造成的跑冒滴漏, 不但造成经济损失, 还可能使有毒物质泄漏, 导致环境污染, 危及人身安全。在长输管道方面, 每年由于保温层下腐蚀导致的管道输油及设备的跑冒滴漏故障以及非正常情况下停输所造成的损失高达几千万元。

一、保温层下腐蚀

1. 机理描述

带保温层的设备或管道在实际工况下, 若设备、管线外面防腐层和保温材料施工过程不规范, 或长输管道外层保温防腐保护层在野外等恶劣环境下常常遭受到外界因素而导致的破坏、缺失等现象发生。因此可以按照腐蚀环境腐蚀机理可以分为潮湿环境、干燥气体、熔融盐等, 在潮湿环境下属于电化学机理;干燥气体中为化学机理。长输管道保温层下腐蚀基本属于上述两种类型, 具体表现为干腐蚀和湿腐蚀两种:干腐蚀是指保温层内部与管道金属表面直接在常温干燥的空气下发生的氧化腐蚀现象, 表面生成很薄的腐蚀产物, 使金属失去光泽。湿腐蚀是指在潮湿管径和含水介质的腐蚀, 绝大多数常温腐蚀属于这一种, 其腐蚀机理为电化学腐蚀机理。

保温层下腐蚀形态一般表现为:金属表面防腐油漆层变色、失光、粉化、裂纹、发脆、鼓泡、锈蚀, 金属表面大量锈蚀产物, 腐蚀凹坑, 严重时造成设备穿孔。

当管道金属壁周围存在着水分子时, 由于水分子为强的极性分子, 且处于不停的热运动中, 使处于表面边角处的金属原子首先受到水分子的吸引, 并由劲歌迁移到表面, 变成吸附原子;在双电层电场的作用下, 变成水化阳离子, 金属阳离子在晶格中的位能较高, 而且它们在溶液中的水化离子位能较低, 因此金属离子的水化过程伴随着能量降低, 是一个自发过程。其存在的主要的电化学腐蚀反应方程为:

阴极与阳极同时发生反应的同时, 反应产物又相聚, 致使阳极反应生成的Fe2+与阴极反应生成的OH-生成此生腐蚀产物Fe (OH) 2, Fe (OH) 2稳定性不强, 存在继续在氧气的作用下发生氧化反应, 最终得到腐蚀产物Fe (OH) 3和Fe3O4。其反应方程式如下:

腐蚀产物Fe (OH) 3和Fe3O4, 不能牢固附着在管道壁上, 因此长输管道一旦发生了腐蚀现象, 腐蚀就会接连持续下去。

2. 易发生保温层下腐蚀情况

保温层下腐蚀发生在低温部位的管道设备的保温层下的外壁, 通常发生的部位有:1、-10摄氏度到100摄氏度运行的碳钢材质管道输送系统中, 在运行温度引起大气湿气频繁或持续凝结和再次汽化的场合, 外部腐蚀特别具有侵蚀性;2、100摄氏度以上, 但处在间歇场合或经常停运的碳钢材质管输系统中;3、遭受工艺淋漏物、湿气侵入或酸蒸汽的区域和暴露于蒸汽排放口附近的区域;4、露点以下温度运行的冷设备及防腐层退化的设备。

二、保温层下腐蚀的防护措施

1. 材料表面进行改性

对长输管道腐蚀发生面一侧材料表面进行改性和防护是当前相对较追求的一种技术手段。目前国内外很多研究机构都从事这方面的研究, 就近几年应用成果来说:较为突出的防腐技术方面表现在一下几方面: (1) 对碳钢材质, 不锈钢材质的长输管道表面应用了转化膜新技术, 可以大大提高抗腐蚀性, 延长设备使用寿命。 (2) 普通碳钢材质的管道在施工过程中控制腐蚀表面时采用了渗铝技术, 如电解式渗铝、埋覆式渗铝、热浸式渗铝等技术。 (3) 新型涂层技术、对长输管道进行整体涂覆技术、防腐和抗静电涂层技术以及双层环氧管线等防护技术。

2. 研制新型缓蚀剂

随着近几年缓蚀剂技术的发展, 特别是具有缓蚀和阻垢的复配绿色金属表面缓蚀剂方向, 主要向着无毒无害、高效复合以及环境友好的方向发展。特别是有机缓蚀剂的研究是一个热点, 有机物分子在溶液或气相中自发的吸附在固体金属表面上所形成的紧密排列的二维有序单分子层, 其厚度约零点几到几个纳米, 这样致使被保护的金属表面性质发生很大的差异性变化, 从而使环视效率大大提高, 特拓宽了缓蚀剂的应用范围。同时, 由于成膜分子在空间有序排列, 这就为在二维乃至三维领域内研究其物理性质提供了节能, 为进一步探索缓蚀剂的作用机理, 合成新的高效缓蚀剂提供了途径。

结论

对长输管道腐蚀情况的分析不难看出, 油气集输过程引起保温层下管道腐蚀的物质需要引起特别注意, 本文对于长输管道的腐蚀机理、腐蚀过程、防护策略进行了简要概述, 提出了相应的保护措施, 目的就是要达到长期有效的防腐作用, 最大限度降低应腐蚀带来的成本损耗, 确保油气集输过程中的正常生产运行, 提高安全确保效益。

摘要：本文对长输管道常常发生在保温层下腐蚀原因机理进行分析, 从保温层下腐蚀机理探讨、正确选用保温材料、防腐蚀涂层等几个方面讨论了防护措施。总结出了保温层下腐蚀具有的共性因素, 针对性地提出了一些防护措施。

关键词：长输管道,保温材料,腐蚀与防护