地下管道防腐蚀技术

地下管道防腐蚀技术（精选8篇）

地下管道防腐蚀技术 第1篇

随着能源市场需求不断增加, 地下管道输运事业得到迅猛发展。地下管道铺设线路复杂, 穿越不同类型土壤和江河, 形成了许多地区性、全国性甚至洲际性大型管网。地下管线所用金属材料与复杂的外界环境介质接触发生化学或电化学作用, 导致严重的金属腐蚀, 给国民经济造成巨大的损失。在更为严重的情况下, 管道腐蚀穿孔, 油气发生泄露而引起发火灾, 会对人民生命安全产生巨大隐患。因此, 地下管道腐蚀的检测与防护是长期安全生产的必要措施。

1 地下管道腐蚀原理

地下管道腐蚀类型按腐蚀原理来分主要有化学腐蚀、电化学腐蚀和生物化学腐蚀。电化学腐蚀是其中最为常见的一种。地下管线钢发生电化学腐蚀主要原因是土壤中存在氯盐腐蚀介质。金属在氯离子催化作用下发生氯盐腐蚀。电化学腐蚀发生时, 腐蚀原电池的阳极过程为金属的溶解, Fe局部失去电子形成Fe2+。阴极过程为土壤中的水与氧得到电子, 发生还原反应形成OH-。Cl-与阳极反应产生的铁离子Fe2+, 形成易溶的Fe Cl2·4H2O, 俗称“绿锈”。绿锈从阳极区向含氧量较高的土壤孔隙液迁移, 分解成为Fe (OH) 2, 俗称“褐锈”。褐锈沉积于阳极区周围, 同时放H+和Cl-, 它们回到阳极区使孔隙液局部酸化, 同时Cl-再带出更多Fe2+。氯离子在这个过程中并不消耗, 作为中间产物, 起催化作用[1]。因此, 当金属表面绝对干燥时, 不会产生电化学腐蚀。然而绝对干燥的地下环境几乎是不存在的。地下污水等大量腐蚀性介质与管道壁接触, 将导致电化学腐蚀发生。由于土壤通常具有不均质性, 因此常见的是局部腐蚀称为点蚀或坑腐蚀, 并在点蚀坑内形成盐酸, 加剧蚀坑的发展而发生穿孔, 造成特大危害[2]。

2 地下管道腐蚀检测技术

为了最大限度地发现或避免大型石油天然气输运工程中地下管线钢腐蚀的发生和发展, 需要采用灵敏度高、定量准确而且能无损、经济的检测仪器快速、便捷地检测地下管线钢筋腐蚀的发生、发展速度以及破坏程度, 从而达到安全预警目的[3]。几种目前常见的电化学检测方法如下。

半电池电位法:管线钢腐蚀时在钢表面会形成阳极区和阴极区, 在这些具有不同电位的区域之间, 土壤的内部将产生电流。钢表面层上某一点的电位可以通过和参比电极的电位作比较来确定。管线钢腐蚀电位和腐蚀状态之间存在着对应关系, 通过测试电位即可获得管道的腐蚀情况。半电池电位法简单、易行、经济, 可以在不扰乱正常工作的情况下进行检测并且能得到很快的响应。但是这种方法只能定性的评价管线钢腐蚀, 不能精确定量的测试钢腐蚀量的大小。除此之外, 电位法仅适应于电解质体系, 而且要求溶液中的腐蚀性物质有良好的分散能力, 以全面表征整个体系的腐蚀状态[4]。

线性极化法:又名直流极化电阻法, 源于1954年Stern和Geary发表的一篇论文所提出的快速腐蚀检测法。其著名的Stern公式为:Icorr=B/Rp。其中Icorr为腐蚀电流, Rp是腐蚀体系的极化电阻。通过给正在发生腐蚀的电极施加一个小电流, 测量体系的阳极与阴极之间的极化电阻, 再使用Stern公式计算腐蚀电流数据。由于腐蚀电流与腐蚀速度成正比, 所以线性极化法可以直接定量表征地下管道腐蚀程度。该方法优点是灵敏度很高, 能够精确检测到较低的瞬时腐蚀速率。其缺点与半电池电位法相似, 只能适应于电解质中发生电化学腐蚀的场合, 测试范围较小[5]。

交流阻抗谱:将地下管线钢腐蚀体系简单地表示为由电阻、电容等元件组成的等效电路, 在保证不影响电极体系性质的情况下, 对该电路施加一个小幅正弦交流电压 (电流) 信号, 由电流 (电压) 响应来计算电极反应参数, 进而得到管线钢/土壤界面的双电层电容、土壤电阻等各电路元件值以及管线钢腐蚀速度、土壤腐蚀机理等信息。采用交流讯号的电化学技术最早应用于基础电化学, Dawson[6]于1978年首次运用交流阻抗谱方法研究混凝土中钢筋中的腐蚀行为。交流阻抗法是一种暂态频谱分析技术, 施加的电信号对腐蚀体系的影响较小, 通过解析管线钢阻抗谱和土壤阻抗谱可以评价管线钢腐蚀变化和土壤溶液体系变化, 对于由Cl-引起的地下管线钢的局部腐蚀具有很高的灵敏度。

电化学噪声法:正在发生腐蚀的电极表面会出现的电位或电流随机自发波动的现象。土壤溶液中Cl-吸附在管线钢表面活性点上, 这些活性点包括金属的夹杂物 (Mn S, Fe S等) 、第二相沉淀、空穴、氧化物膜中的缺陷及空位等。伴随腐蚀电化学反应过程, 亚稳态蚀点形核。形核的亚稳态蚀点由于重新钝化的作用而失去活性或者发展成为稳定的蚀点, 这一过程中将会产生电流及电压的瞬态峰, 即电化学噪声。电化学噪声测试设备简单, 一般由三电极组成, 其中两个工作电极的尺寸、材质和表面状态完全相同, 通过捕捉噪声信息, 测出腐蚀位置 (区域) 噪声电位、噪声电流, 并运用统计学计算方法得到噪声电阻。电化学噪声技术可以有效地检测均匀腐蚀、孔蚀、裂蚀、应力腐蚀开裂等管道腐蚀[7], 判断出管道腐蚀的类型, 评价腐蚀发生及发展程度。

3 地下管道腐蚀防护技术

涂层法:地下管道防腐必备和基本的防护措施。常用的防腐层材料有单层熔结环氧粉末 (聚乙烯、环氧树脂、酚醛树脂) 、三层聚乙烯 (环氧粉末、聚合物胶粘剂, 聚乙烯层) , 以及石油沥青材料等[8]。

缓蚀剂法:将能够降低甚或抑制金属腐蚀的缓蚀剂添加到腐蚀介质体系中, 能显著提高腐蚀防护性能, 且简单便捷经济性好。现已广泛应用于石油化工领域。

阴极保护法:实际上是抓住化管线钢腐蚀过程中阳极反应必须同时放出自由电子的电化学本质。施加保护电流, 从源头上遏制了管线钢阳极反应放出自由电子, 使其电位等于或低于平衡电位, 就可使钢筋不能再进行腐蚀反应。阴极保护法从电源类型分, 主要有两种:牺牲阳极法和外加电流阴极保护法。牺牲阳极法采用电化学上比钢更活泼的, 电位更负的金属 (铝合金、锌合金、镁合金) 作为阳极, 与被保护钢筋相连, 腐蚀本身来提供自由电子, 对钢筋实施阴极保护。外加电流阴极保护以直流电源接通难溶性阳极, 发射保护电流, 负极与被保护钢筋相连, 阳极与钢筋处于连续电解质中, 使得钢筋全部表面都充分均匀接受电子, 实现阴极保护。国内已有相应的规范和较成熟的工艺[9]。

4 结论

地下管道腐蚀检测与防护技术是地下输运设备工程安全的保障。尽管地下管道腐蚀检测与防护与技术已有许多成功的工程应用实例, 但是至今仍存在各种问题。各种腐蚀检测和防护技术都有适应的一面, 也有一定局限性。因此, 期待通过不断改进和革新检测与防护技术, 提高管线工程服役寿命的安全性。

摘要：本文介绍了地下管道电化学腐蚀机理, 叙述了地下管道电化学腐蚀检测方法, 分析了地下管道腐蚀防护措施及其原理。

关键词：地下管道,电化学腐蚀,检测技术,防护技术

参考文献

[1]洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M].北京:中国铁道出版社, 1998:27.

[2]石仁委, 龙媛媛.油气管道防腐蚀工程[M].北京:中国石化出版社, 2008.

[3]王冲, 张舒展, 谢鹏.油气管道腐蚀监测技术[J].全面腐蚀控制, 2013, 27 (9) :37-40.

[4]杨筱蓄.油气管道安全工程[M].北京:中国石化出版社, 2005.

[5]Andrade C, Gonzalez J A.Quantitative measurements of corrosion rate of reinforcing steel embedded in concrete using polarization resistance measurements[J].Werkstoffe und Korrosion, 1978, 29:515-519.

[6]Dawson J L.Corrosion Science[M].Houston, TX:NACE, 1978:125.

[7]耿国庆, 施锦杰, 孙伟.混凝土模拟液中钢筋腐蚀电化学测试结果比较[J].东南大学学报:自然科学版, 2011, 41 (2) :382-386.

[8]胡士信, 董旭.我国管道防腐层技术现状[J].油气储运, 2004, 23 (7) :4-8.

深部地下管道探测技术研究 第2篇

关键词：深部管道；地质地震映像；磁梯度法；精确探测

1、引言

随着城市建设的快速发展，越来越多的地下管线错综复杂，管道埋设越来越深，特别是天然气和石油管道，针对高危超深管道施工都是极其危险的。然而随着天然气的普及，越来越多的天然气管道需要铺设，且在现实中有许多预埋管道要与现状的超深天然气管道交叉穿越。于是现状管道的精确位置和埋深现的尤为重要[1]。

目前常规的管道探测方法为电磁法，英国产雷迪公司的仪器较为突出。优点是操作简单，对于较浅的金属管线探测效果明显；缺点是抗干扰能力较差，对埋深大于5米的管道探测，误差较大，只能大概定出管道位置和埋深。所以常规的电磁法不能满足精度要求。通过地质地震映像、磁梯度法等物探方法综合对比运用，发现能精确探测出深部管道的位置和埋深。此方法大大的降低了针对较深高危管道施工的风险，为以后管道施工提供了技术支撑。

2、地震映像法工作模式

地震映像法探测的基本原理是利用不同介质的不同波阻抗值可产生相异的弹性界面，当界面两侧的弹性波速度和波阻抗差达到一定程度时， 地质地震映像勘探就能够取得不错的探测效果 。在土地表层利用人工震源进行激震时，激震点附近的土层产生弹性震动，形成弹性波，在地下传播的弹性波遇到不同弹性介质的分界面时（如地下金属管道与周围地层的分界面），会产生反射、折射和透射。根据地震波的传播特性，分析研究其传播规律，可以计算和确定地下目标体的位置。地震映像法的每一个记录道都采用相等的偏移距，且用该偏移距接收的地震波具有较好的信噪比和分辨率。地震映像法勘探工作原理如圖1所示。简化数学模型如图2所示。

地震映像法计算公式： （其中： t为弹性波的双程走时，单位：ms；Z为反射点距离地面的埋深，单位：m；X为地震仪的收发距，单位：m；V为介质中弹性波的波速，单位：m/ms。）

图1中地震波形的正负峰分别以黑白色表示，这样就可以清楚地分辨出同相轴，即可判断出异常反射面，推测出地下异常体。

3、磁梯度法工作模式

孔中磁梯度探测可保证探测管道深度的可靠性，是一种精确的方法技术，也是一种有效的验证手段。一般情况下，非开挖地下管线属于强铁磁性物质，在管线的周围区域分布有较强的磁场，这就为运用磁梯度法探测地下管线提供了很好的物性前提。在实际探测过程中，先运用其它物探方法探测出地下管线的平面位置然后在其一侧钻孔，成孔后将空心塑料管放至孔中，而后将磁力梯度仪探头放至管内，从钻孔底部开始以一定的间隔依次往上测量各点的磁梯度值。通过计算分析磁梯度值的变化情况可以准确地推测出地下管线的埋深。

4、应用实例

目标管道是高压天然气管道（Φ810），位于杭州市。杭州天然气公司告知管道大致位置和埋深，由于预埋管道要与该高压天然气管线交叉穿越，因此该天然气管道与预埋管道交叉点位置和埋深需要精确探测。

4.1地质地震映像法探测结果

本次探测使用SWS多道地震仪，在垂直管道走向，布置长20米的测线1条，使用24道地震仪，道间距1米。地震映像法资料显示在第11-13道处出现明显的异常，同相轴呈弧形，推断为管道反应，见下图6。于是精确测定了高压天然气管道的平面位置。

4.2磁梯度法探测结果

在确定高压天然气管道的初步空间位置后，在精确探测点垂直管道方向0.5米处，采用负压成孔法，在地面开一口径7cm的小孔，磁梯度仪器放入孔中，根据磁梯度值的变化，精确测定管道的埋深。图7中，在地下8.4米处磁梯度剧烈变化，确定为金属管道。从而确定了管道的埋深。

5、结语

地质地震映像法能确定管道的平面位置，磁梯度法能确定管道的垂直埋深，于是得出了管道的平面位置和埋深，平面位置在地面用PVC管做好记号，管道顶部埋深为8.4米。为了验证所测结果的准确性，在管道平面位置的正上方，开一口径7cm的小孔，采用负压成孔法，孔深达到8.35米时发现管道，绳子的一头绑好吸铁石放入孔中，当吸铁石到孔底时吸住管道。从而精确的确定了管道的空间位置。

因此此方法探测地下管道，地面位置和埋深的误差在10cm以内。传统的电磁法探测地下管道对于埋深大于5米的管道探测结果误差较大，不能为施工提供很好的服务。地质地震映像和磁梯度法相结合能解决施工中遇到的很多难题。

采用磁梯度法需要满足的条件是管道为金属。地质地震映像需要满足的条件：①管顶埋深大于3米，埋深较浅，反射波容易被面波直达波掩盖。②管道直径大于600mm，管道直径太小反射波不明显。

参考文献

城市地下管道的腐蚀与防护 第3篇

1 地下管道腐蚀的原因

1.1 管道自身内部缺陷产生的腐蚀

工程施工单位在铺设管道中所选管材不当或者生产单位管材加工质量差,在服役中管道出现腐蚀现象,对管道的安全造成严重影响。主要是由于管材内部结构中可能含有杂质或杂质含量超标、金属组织不均匀、晶粒粗大以及管段存在残余应力和应力集中等大量缺陷,管道内部结构的这些缺陷的存在,会引起钢管表面状态的差异,产生微腐蚀电池引起管道被腐蚀。钢管表面条件效应产生的腐蚀如图1所示。

1.2 管道施工缺陷造成的腐蚀

管道在运输以及下沟埋设过程中由于施工人员操作不当或施工工艺不合理等因素,会对管道造成机械损伤,容易引起腐蚀,会对后期长久安全服役造成危害。而且地下直埋管道一般需现场焊接组装,若管道焊接质量差也同样会留下隐患,例如焊接表面有气泡、表面有夹渣以及未焊透等现象,这些施工缺陷问题如若不引起注意,也将会造成腐蚀,对后期检修工作带来不便;另外,由于城市各管道的铺设随着城市建设的发展是分期分批进行,因此同一条管线随着建设时期不同,新旧管材的链接会存在差异,使管线存在着形式多样的腐蚀形式[1,2,3,4]。相同土壤环境下不同管材间的电偶腐蚀就会发生在新管与旧管的连接处。如图2所示。

1.3 温度和压力对管道腐蚀

冬季需供暖的地区,对于埋入式热力管道尤其是蒸汽输送管道,由于所输送的介质温度较高,使管道表面温度可达到约60℃,有时可能还会更高,两者存在着较大的温差。同时这种表面温度使土壤的环境温度升高,就有可能形成温差原电池的腐蚀。电流从阳极区流入土壤,并经土壤进入阴极区,然后沿金属管流回到阳极。这样处于阳极的管段就会被腐蚀,如图3所示。另外由于管道表面温度存在不同,将使管道产生温度应力,会与土壤发生摩擦而产生应力,这种由于管道内应力的不同也会发生电化学腐蚀。当钢管表面温度为60℃时所产生的温度应力将接近于钢材(指Q235)的屈服极限,这将形成应力原电池的腐蚀,如图4所示。

1.4 土壤对管道造成的腐蚀

土壤是造成埋地钢质管道外腐蚀的重要因素之一,它通过埋地钢质管道的表层形成各种腐蚀电池对管道进行腐蚀,由土壤腐蚀引起的管道破坏事故时有发生。土壤腐蚀与管道材质、土壤盐分、土壤含水量、土壤含气量、土壤温度有关。除上述因素外,土壤电阻率、土壤氧化还原电位、土壤酸度、土壤微生物、土壤有机质、杂散电流、气候条件都会对金属在土壤中的腐蚀产生不同程度的影响。

土壤中的水份有些与土壤结合在一起,有些紧紧粘附在固体颗粒的周围,有些在微孔中流动。盐类溶解在这些水份中时,土壤就成了电解质,随着土壤湿度的增加,土壤的腐蚀性跟着提高,直到某一临界湿度为止。

土壤中的氧含量也会影响管道腐蚀的速度。由于土壤腐蚀介质的差异,易形成宏腐蚀电池,含氧量较多的金属管道区,金属先发生化学反应被氧化,价电位升高,成为腐蚀原电池的阴极区,含氧量少的土壤接触金属管道则成为阳极区而进一步到电化学腐蚀。

土壤电阻率对金属管道的腐蚀。土壤的导电性直接受土壤粒度大小及水份含量和溶解盐类的影响。粒度大,水份的渗透能力强,土壤不易保持水份,可溶解的盐类少,土壤环境电阻率大,腐蚀速度小;粒度小,则渗透能力差,土壤含水量就大,可溶解的盐类多而成为电解质溶液,电阻率就小,腐蚀速度就快。

1.5 杂散电流对管道的腐蚀

杂散电流是在地下流动的防护系统设计之外的对金属管道产生腐蚀破坏作用的电流。杂散电流腐蚀包括直流杂散电流腐蚀和交流杂散电流腐蚀。直流杂散电流腐蚀原理与电解腐蚀类似,其破坏区域比较集中,破坏速度比较大,对管道造成的腐蚀作用比自然腐蚀严重得多;交流杂散电流是管道附近高压电力线产生的二次感应交流电叠加在管道腐蚀电化学电池上产生的腐蚀,其腐蚀量较小,但集中腐蚀性强。对于埋地管道阴极保护体系,当直流杂散电流的方向或其分量的方向与保护电流的方向相反时,杂散电流的作用是有害的;当杂散电流的方向或其分量的方向与保护电流的方向相同时,杂散电流的有害作用要小得多。

1.6 细菌对管道的腐蚀

细菌腐蚀。也称微生物腐蚀。参与管道土壤腐蚀过程的细菌通常有硫酸盐还原菌、氧化菌、铁细菌、硝酸盐还原菌等。其中厌氧性硫酸盐还原菌最具代表性。当土壤中含有硫酸盐时,在缺氧的情况下,一种厌氧性细菌一硫酸盐还原菌(SRB)就会繁殖起来,在它们的生活过程中需要氢或某些还原物质,将硫酸盐还原成为硫化物,利用反应的能量来繁殖。硫化物与钢管表面形成的氢膜相互作用,消耗了氢膜而使更多的铁从钢管溶解下来。细菌本身并不侵蚀钢管,但随着它们的生长繁殖,消耗了有机质,最终构成管道严重腐蚀的化学环境而腐蚀管道。

1.7 氯盐类融雪剂对埋地管线的影响

我国西北城市每年冬季使用氯盐类融雪剂数千至上万吨,主要撒在城市主干道上。撒盐过程中难免造成同一地区不同部位盐的含量不同,从而易导致盐浓差电池腐蚀的形成,如图5所示。一些经常撒融雪剂的部位,表层土的氯盐含量可达到7%,而含盐量高于0.5%,已属于“盐渍土”,具有高腐蚀性。一座城市如每年铺撒上千、上万吨的氯盐,除了破坏路、桥等表面基础设施外,最终流渗到地下,使得埋地管道遭到腐蚀破坏。

1.8 电化学腐蚀

管道内部存在积污,会产生不同程度的电解过程。如沉积物是阳极,管壁是阴极,虽然电解过程很弱,但对管壁的腐蚀也是很严重的。在实际工程里,如果电化学腐蚀与机械摩擦交错进行,则腐蚀程度将更加严重。如管道弯头与管子相连接时,形成一个凹坑,凹坑内会造成流体中积沙或其它积污的停滞,从而形成电解过程,造成管道内弯头腐蚀。

1.9 化学腐蚀

化学腐蚀是指金属表面与非电介质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其特点为在一定条件下,非电解质中的氧化剂与金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物,腐蚀过程中电子在金属与氧化剂之间直接传递,没有电流产生。通常金属在常温和干燥的空气里并不腐蚀,但在高温下就容易被氧化,生成一层氧化膜(由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成),同时还会发生脱碳现象。

2 地下管道的防护措施

管道腐蚀破坏的原因和形式是多种多样的,影响腐蚀的因素非常复杂,因而控制和防止腐蚀的方法很多,但每一种方法都有特定的条件和范围。防腐的措施主要包括以下几个方面。

2.1 合理的选材,改善材质

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。

2.2 管道表面做涂层保护

涂层保护是在金属表面覆以防腐绝缘层,是管道防腐最基本的也是必须采取的措施。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。

2.3 控制和改善管道周围环境因素

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。

2.4 电化学保护法

电化学保护法包括阳极保护和阴极保护。阳极保护是使被保护金属处于稳定的钝性状态的一种防护方法,埋地管道基本不采用此方法。阴极保护法是根据电化学原理使被保护金属构件成为腐蚀电池中的阴极,从而防止或减轻金属腐蚀的一种有效方法,主要有以下三种:牺牲阳极保护、外加电流以及电流排流保护。

参考文献

[1]单国忠,肖桂兰.论输油管道的腐蚀及其防护.大众科技,2005,(4):82-84.

[2]郝敏,陈保东.油气管道腐蚀原因及主要防护措施.储运技术,2005,14(4):37-39.

[3]翁永基,李相怡.分维方法对碳钢土壤腐蚀行为的表征.石油化工高等学校学报,2005,18(2):56-59.

油气集输管道腐蚀机理及防腐技术 第4篇

关键词：油气集输,多相流,内腐蚀,防腐技术

我国对油气资源的消耗不断飙升, 因而所需运输管路也随之猛增, 然而金属管路容易被侵蚀的问题大大危害了油气资源的运输, 也给国家带来了很大的物质伤害。管路侵蚀带来的主要影响有危害地面装置及管路, 生产中断, 冒油、跑油、滴油、漏油甚至发生燃烧、爆炸等严重危害, 不利于环保, 浪费油气资源;, 危害员工生命安全等。所以, 全面了解侵蚀发生原因及提出有效的防腐手段影响深远。习惯上将管路内侧发生的侵蚀与外侧发生的侵蚀简单的记为内侵蚀与外侵蚀。本文将重点阐述内侵蚀与外侵蚀的侵蚀发生原因和有效的预防侵蚀的措施。

1 金属管道的腐蚀机理

1.1 外腐蚀

金属管路其外侵蚀就是说金属管路在附近的物质的长期接触下, 被其侵蚀产生反应、形成原电池侵蚀及单纯溶解从而损害管路的外侧面。这种腐蚀主要有两种, 对埋在地下的管道, 其外腐蚀大多是土壤导致的, 土壤是由液、固、气三相构成的复杂体系。其中富含空气与水, 而水将土壤变为导体。氧的存在及扩散造成了氧浓度不均, 从而构成氧浓度差原电池, 此类化学原电池使管路侵蚀更甚。土壤侵蚀管路的方式有形成微电池发生的侵蚀、形成宏观电池发生的侵蚀, 不同金属形成的宏观电池和微生物的侵害。

而海底管路的侵蚀大多是海水造成的的电化学侵蚀。海洋油田的运输管路在海中长期浸泡。当金属管路接触电解质溶液 (海水) , 金属表面各区域的材质差异性使得其表面不同区域有了不一样的电位。而这些电极电位又依靠金属自身的电量连接, 在有导电能力的海水中形成了整个电路, 我们叫它原电池腐蚀。它将使得金属外侧面出现大面积侵蚀或者小部分的侵蚀。

1.2 内腐蚀

在油气集输过程中, 同时存在H2S, SO2, CO2, O2等气体及气田卤水等, 而它们会和管路内侧面形成复杂的作用, 导致管路内侧面被侵蚀。另外多相流对管路的冲击也占了金属管路内侵蚀的一部分。

(1) 硫化氢 (H2S) 对金属管路的侵蚀。硫化氢遇到水很容易分解从而形成电离反应使金属管路中的铁发生离子化且产生氢气进而发生氢脆, 当有氧气存在时, 会产生金属硫化物。

硫化氢不只是可以导致化学性的侵害, 其侵蚀的产生物硫酸可以继续反应导致电化学的侵害。而且硫化氢也能造成氢脆。研究表明, 若钢材缺陷处存在一定量的氢元素, 就能累积得到氢气。有文献计算了氢脆带来的伤害, 氢脆产生的氢气其强度能高到300MPa, 可以造成管路变脆, 导致部分管路形成塑性形变, 形成裂纹最后开裂损坏。

(2) 二氧化硫 (SO2) 腐蚀。二氧化硫和铁、氧气作用得到硫酸亚铁 (Fe SO4) , 其发生水解反应得到氧化产物与游离的酸, 然而游离酸又会加剧了侵蚀的发生, 得到新产生的硫酸亚铁, 新产生硫酸亚铁又发生了水解, 这样的恶性循环, 更加剧了管路的侵蚀作用。

(3) 管内多相流体冲击作用。简单的冲击磨擦损害是气液里的固相含量对管路的磨损冲击过程。而多相流中包括砂粒、气体、流体及碎屑等, 所以也有冲击磨蚀作用, 不过这类冲击磨蚀常常出现在侵蚀的条件中, 所以就出现了侵蚀及冲击的交互影响, 称冲蚀性侵蚀。此时, 管路内侧面侵蚀并非冲击与磨蚀的单纯组合, 而是极其错综的, 汽泡和固体颗粒均能对管路内侧面发生冲蚀作用, 撞击腐蚀物使之掉落, 也能直接冲击表面导致磨损。

2 金属管道防腐技术

2.1 外防腐技术

2.1.1 金属管路外侧防腐蚀涂层

外侧防腐蚀涂层技术是说在金属管路的外侧面涂刷上防侵蚀的涂层, 将其和腐蚀介质分隔开, 起到防腐作用。目前我国防腐涂层业发展迅速, 而环氧涂层 ( (FBE) 是现今公认的一种金属管道高效防腐涂层, 其物理化学性质比沥青涂层与煤焦油涂层优越很多。该涂层由环氧树脂材料及固化剂配合而成, 它粘结性能强, 涂层致密且表面粗糙度低, 并能耐盐碱腐蚀。

2.1.2 阴极保护技术

阴极保护是预防金属材料在电介质中发生腐蚀的电化学保护手段, 其基本原理是将易腐蚀的金属变为化学电池的阴极, 并施加直流电流, 使其发生阴极化, 若易腐蚀的金属其电位值小于某特定电位值, 则金属表面的电位不均就会消失, 阴极被腐蚀的现象得到有效控制, 进而保护了金属材料。

2.2 内防腐技术

2.2.1 缓蚀剂技术

缓蚀剂可以缓解金属及合金被腐蚀的现象, 改变其物理机械性能。因而被普遍应用在油田现场。但缓蚀剂作用机理目前还未形成一致的理论, 主要有成膜理论、吸附理论和电化学理论等。缓蚀剂并不减少介质中腐蚀组分的含量, 而是改善易腐蚀金属表面的状态, 或者是起一个催化作用, 减小反应速率常数, 降低腐蚀反应的速率以期达到缓蚀。其用量非常少但效率很高, 能大量减少钢材损耗, 延长其使用寿命。

2.2.2 内涂层及衬里防腐技术

内侧加涂层防侵蚀同样是常用的一种内侧面防侵蚀技术, 它的防腐机理是在侵蚀性物质与金属管路内侧面间制造一个隔离凃层面, 预防侵蚀的发生。使用内侧面涂层防侵蚀可以显著减少内侧面侵蚀, 有效增加了油气运送效率。玻璃钢复合材料也是一种高效衬里材料, 拥有玻璃钢的耐侵蚀性能及钢管的高强度, 特别适用于高温高压的运输管道。

3 结束语

油气资源运输管路的防侵蚀工艺要依照输运的油气产品其接触的腐蚀物质的种类及运输管路客观接触的外部条件来确定。目前国内的金属管路防侵蚀技术大多是涂层防侵蚀技术, 也有的采用阴极化保护, 还有些并未使用阴极保护。因为电化学腐蚀严重危害运输管道, 我国必须加大阴极化保护的推广力度。把涂层防侵蚀技术和阴极化保护奉为防侵蚀的主要手段, 如此才可以有效的延长管路的工作时间。未来, 努力的重点要放在防侵蚀新技术及新材料的开发上, 争取研制出防腐性能好、造价低廉、适合普及的金属管道防腐技术。

参考文献

[1]孟建勋, 王健, 刘彦成等.油气集输管道的腐蚀机理与防腐技术研究进展[J].重庆科技学院学报 (自然科学版) , 2010 (12) :21-23[1]孟建勋, 王健, 刘彦成等.油气集输管道的腐蚀机理与防腐技术研究进展[J].重庆科技学院学报 (自然科学版) , 2010 (12) :21-23

给水管道防腐技术研究 第5篇

关键词：给水管道,腐蚀,防腐工艺,涂层

0 引言

在当前给水系统中, 金属管材 (主要是铸铁管和钢管) 除具有承压能力强, 运行安全可靠, 管道渗漏量少, 施工敷设方便等特点外, 还具有适应性强, 接口形式灵活, 单位管长重量轻, 便于装卸等优点, 而且日后的维修也相对容易, 因此在给水管网中得到广泛运用[1]。然而在供水管网中敷设的金属管道由于外壁长期与土壤接触, 而内部也时常充满液体, 因电解质、细菌及氧含量等因素的影响容易在管道的内外表面发生腐蚀[2]。这些腐蚀在使管网中各种水质指标恶化的同时, 也会影响供水安全[3]。同时由于地下管线较长且情况复杂, 管线腐蚀穿孔时难以查找检修。因此, 对埋地给水管道进行恰当的防腐处理具有重要意义。

1 钢质管道防腐技术现状及方法

给水管道的腐蚀在管道的内外壁均会发生, 相应的防腐工艺也分为外防腐工艺和内防腐工艺。

1.1 钢质管道的外防腐工艺

管道外防腐主要采用涂层保护法, 该方法通过覆盖涂层的方式, 将管道的外表面与周围环境隔离, 以阻止腐蚀。涂层材料的选取要综合考虑材料的绝缘性、粘结性、抗阴极剥离性、抗机械损伤能力、环境稳定性、施工难易程度和补口难易程度等, 做出最佳选择[4]。下面介绍目前常见的外防腐工艺。

1.1.1 石油沥青防腐层[5]

石油沥青防腐层以石油沥青为主要材料或用石油沥青浸渍玻璃纤维布缠绕而成。原料来源广、技术成熟、价格便宜, 在我国曾广泛使用。但该防腐层吸水率高, 电性能和机械强度差, 工作温度范围小, 寿命短 (不足20年) , 难以抵抗微生物和植物根茎的穿透, 而且对环境和施工人员有较大危害, 因此已被部分发达国家淘汰, 在我国的使用也在减少。

1.1.2 聚乙烯胶粘带防腐层[6]

聚乙烯粘胶带防腐层由底漆、内带和外带组成。可根据防腐要求和施工方法选取内外带规格。该防腐层绝缘电阻高, 能有效抵抗杂散电流, 且施工干净高效, 价格适中, 曾在防腐领域广泛应用。但在现场施工除锈质量不高或粘结、搭接不严密时, 胶带层下会出现局部剥离, 屏蔽阴极保护, 这类腐蚀也很难用外检测仪发现。所以此工艺只用于使用年限不长的中、小口径管道。

1.1.3 聚乙烯防腐层[7]

聚乙烯防腐层由底层胶粘剂和面层聚乙烯组成。若热熔胶的粘结性不强, 聚乙烯与钢管剥离而对阴极保护产生屏蔽。为提高聚乙烯层的防腐性能, 又引入了底层熔结环氧粉末覆盖层, 出现了三层结构聚乙烯防腐层 (3PE) [8], 这是目前公认的最先进的防腐层[9]。但该防腐层必须在固定地点、工厂加工预制, 且三层结构的价格昂贵, 这是限制其发展的主要因素。

1.1.4 熔结环氧粉 (FBE) 末外涂层[10]

FBE外涂层分为单层防腐涂层和双层防腐涂层。单层FBE的粘结性、抗腐蚀性、耐老化和阴极剥离性能均十分优良, 能够使用的温度范围也很广[11]。但应用中因抗冲击和耐划伤性能不足常产生损伤。为弥补这种不足, 出现了双层FBE。该涂层是复合涂层结构, 由防腐型环氧粉末底层和抗机械损伤型环氧粉末面层喷涂而成。底层即为单层FBE, 起防腐作用, 外层为增塑性FBE, 保护底层免受机械损伤。双层FBE结合了单层FBE的防腐性能和塑性FBE的抗机械损伤性能, 在国外广泛使用。但是该工艺的涂敷要求非常严格, 且价格较昂贵, 补口较困难。

FBE的应用已有将近50年的时间, 实践证明, 它是一种可长期防腐的覆盖层, 已成为主流防腐技术之一, 也是国内防腐技术发展的重要趋势。

1.1.5 煤焦油瓷漆外覆盖层[12]

煤焦油瓷漆在我国有悠久的使用历史, 而且相比石油沥青防腐层, 煤焦油瓷漆外覆盖层具有吸水率低, 粘结性好, 能抵抗植物根茎穿透, 耐细菌, 绝缘性好等优点, 而且使用温度为-25℃~80℃, 寿命可达60年以上, 价格也十分低廉, 在国外曾广泛使用。但煤焦油瓷漆外覆盖层机械强度低, 生产施工过程中产生毒气, 需进行严格的烟雾处理。由于环境保护因素的限制, 该防腐层逐渐被其他覆盖层代替, 但国内仍是主要外防腐材料。

1.1.6 HPCC涂层

HPCC防腐涂层体系由加拿大百劭公司开发研制, 由环氧粉末底层、胶粘剂中间层和聚烯烃粉末面层组成。3PE防腐层相比HPCC防腐涂层最大的优点就是解决了阴极保护电流屏蔽的难题, 且喷涂技术使得该体系在层间粘结力、耐阴极剥离和抗老化等方面都有所提高。

HPCC涂层已应用于北美洲的部分管道工程中, 效果良好。因此HPCC涂层也被认为将是未来管道防腐层的发展方向之一[13]。

1.2 钢质管道的内防腐

管道受管内水的腐蚀会使水管内壁产生一层由沉积物、锈蚀物和粘垢相互结合成的复合体, 含大量金属元素和细菌、藻类, 影响供水的水质和安全性。抑制管道的内腐蚀, 常采用的方法有:水泥砂浆衬里法、环氧树脂涂衬法、内衬软管法等。

1.2.1 水泥砂浆衬里法

水泥砂浆衬里可通过碱性钝化作用、抗渗隔离作用和回路电阻作用防止金属管道腐蚀[15]。此工艺具备取材容易, 价格低廉, 使用寿命长, 无有毒、有害物质浸渍溢出, 抗渗、抗漏、抗爆能力优越, 水力学性能良好等突出优点, 是一种无公害、无毒、易施工、造价低、有前途的管道防腐技术。

1.2.2 环氧树脂涂衬法

环氧树脂是一种热固性树脂, 其分子链上有多个环氧基。制造时, 改变生成环氧基的方法和原料, 可生成不同的环氧树脂。其中双酚A型环氧树脂防腐能力较好, 经改性可制成防腐涂料。环氧树脂涂料机械性能优良, 且对化学药品和油有很好的耐受效果[16], 而且施工十分方便, 一次喷涂便可满足防腐要求, 而使用速硬性环氧树脂涂衬后, 经过2 h养护, 清洗排水后便可投入运行。

1.2.3 内衬软管法

内衬软管法是旧管道防腐的有效方法, 包括滑衬法、反转衬法、“袜法”及使用“Poly-Pig”拖带聚氨酯薄膜的方法等。这些方法通过形成“管中有管”的形式以防腐性能优越的内管将易锈蚀的外层管道与管内液体隔开, 防止管道内部锈蚀, 防腐效果很好。该方法适合长距离无支管输水, 但不适合多支管的城市供水管道。

2 球墨铸铁管道防腐

球墨铸铁的防腐也分为内防腐和外防腐。其中沥青涂层、环氧煤沥青涂层、环氧粉末涂料、聚乙烯套、水泥砂浆内衬等与钢管类似, 不再赘述。

2.1 球墨铸铁管外防腐

2.1.1 喷锌加喷涂沥青漆

喷锌加喷涂沥青漆是国内球墨铸铁管外防腐的主流。其中锌在防腐性能中有重要作用:首先, 锌层能形成致密的保护膜附着于管壁, 减弱电化学和微生物腐蚀;另外, 锌还具有较强的塑性变形能力, 能够抵抗冲击, 加强对管道的保护。锌与铸铁和沥青都能很好地粘合, 可形成完整紧密的保护膜, 能有效防止防腐失效。锌还可以通过沥青的媒介作用, 促使锌盐转变和愈合性迁移, 使防腐层创伤及时修复。

2.1.2 聚氨酯涂层

聚氨酯涂层与金属、塑料、混凝土等多种底材均能较好的附着, 机械强度高, 耐磨性优异, 低温柔韧性好, 化学性能稳定, 耐水性好, 在-40℃~100℃均可使用, 且施工简便无污染, 使用效果也令人满意, 是一种很有前途的球墨铸铁管道外防腐技术。但目前该工艺难度大, 造价也较高。

2.2 球墨铸铁管道的内防腐

2.2.1 环氧陶瓷内衬法

环氧陶瓷涂料由环氧树脂、石英砂、流平剂、防沉剂、增韧剂固化而成, 耐磨耐腐蚀。将该涂料喷涂于铸铁管内衬水泥内壁可提高球墨铸铁管的使用寿命, 但制造成本较高。

2.2.2 聚氨酯涂层内衬法

聚氨酯内衬耐磨性能优异而且干净卫生, 将其应用于球墨铸铁管道的内防腐既能够有效地提高球墨铸铁管的使用寿命又能保证输送水的水质。将聚氨酯涂层作为球墨铸铁管道内防腐涂层的方法在国外已得到广泛使用, 国内的生产工艺也已经比较成熟。

2.2.3 内覆聚乙烯膜技术

聚乙烯无臭无毒具有良好的热塑性, 内覆聚乙烯膜工艺通过热覆技术将聚乙烯膜紧密粘合在铸铁管道内表面, 达到铁塑复合的效果。内覆的聚乙烯膜绝缘性、抗渗透性好, 附着力强, 抗冲击强度高, 能有效减缓球墨铸铁管内部的腐蚀。

2.2.4 水泥加环氧树脂内衬技术

由于水泥砂浆内衬中水泥析出物会对水质产生影响, 管道内防腐有时会采用密封技术减轻这种影响。工程中常采用环氧树脂作为水泥密封层的材料。水泥加环氧树脂内衬采用无溶剂环氧涂料, 对环境无污染, 而且该内衬固化后漆膜收缩率低, 对水泥有很强的附着力, 涂层紧密、光滑, 输水效率很高, 而使用寿命也能够达到50年以上。

3 展望

地下管道防腐蚀技术 第6篇

关键词：埋地管道,腐蚀原因,防腐措施

0 引言

随着我国城市化进程的加快, 城市的规模也越来越大, 城市燃气的供应量也越来越多。为了保障城市的正常运转和人们的正常生活, 燃气管道的建设已成为重中之重。由于城市规划和节省空间的需要, 城市燃气管道通常需要埋于地下以节省地上空间, 但是相关的问题也会随之而来。[1]由于目前我国的埋地钢制燃气管道, 在复杂的地下工作环境下, 受到多方面的因素腐蚀, 如土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀等, 从而导致管道穿孔, 跑、冒事故时有发生, 因此加强钢质管道防腐防护、延长其使用寿命是急待解决的问题。

1 埋地钢制燃气管道腐蚀原因

钢管的腐蚀是在周围介质作用下, 由于化学变化或者物理作用而产生的破坏或变质, 它是导致材料失效和破坏的主要原因之一。要想彻底解决钢制燃气管道的腐蚀问题, 就必须要先弄清楚是什么原因导致了埋地钢制燃气管道的腐蚀, 进而对症下药, 从根本上解决埋地钢制燃气管道的腐蚀问题。究其原因, 导致其腐蚀的原因主要有以下四种:

1.1 微电池腐蚀

阳极和阴极相距非常近, 甚至仅为几毫米乃至几微米, 而由此组成的微电池作用所引起的管道腐蚀, 我们称之为微电池腐蚀。钢制管道不均匀的微观金相结构使得其阴阳极之间构成了微电池的作用, 并导致了腐蚀作用的产生。在腐蚀过程中, 由于微电池中产生的阴阳极距离非常近, 所以腐蚀作用的速度不依赖于土壤电阻率, 而是由其微阳极和微阴极的电极过程直接决定。一般情况下, 这样发生的腐蚀会显得比较均匀, 就是我们通常所说的“均匀腐蚀”。相对来说, 微电池腐蚀的程度较小, 在敷设管道的过程中对钢制管道的管壁进行适量的加厚就能够很好地解决问题。

1.2 宏电池腐蚀

宏电池腐蚀发生在埋设于地下的长距离的金属管材及构件上, 它能产生比较可观的腐蚀电流。宏电池腐蚀主要是由于钢制燃气管道周边的环境不一样, 周围的物理和化学的各项参数在不断的变化, 从而导致钢制管道的两端形成了较大的电位差, 进而发生宏电池的作用, 使钢制管道会生成阳极区局部麻坑, 从而引发腐蚀。但是, 电极过程不是影响腐蚀速度的唯一因素, 除此之外, 土壤的电阻率也是主要原因之一。[2]而电阻率取决于土壤结构性质, 例如空隙度、渗透率、含水量、含氧量、离子含量和酸碱度。钢制管道腐蚀的速度和土壤的电阻率成反比, 所以土壤的电阻率越大, 其腐蚀的速度也就越慢, 反之, 则亦然。这种情况所导致的腐蚀往往是局部性的, 但也是危险性较大的一种腐蚀, 特别是钢制管道的穿孔泄漏。所以, 这是防止燃气管道腐蚀的重点。

1.3 杂散电流腐蚀

杂散电流是指在规定电路或者意图电路之外的途径流动的电流, 杂散电流一般表现为直流电流、交流电流和大地中自然存在的地电流的三种形态。直流杂散电流腐蚀原理与电解腐蚀类似, 同样是由于电解作用而导致电池阳极区的金属被腐蚀。它的主要来源有:用于直流电解的设备、电焊机、直流输电线路等。其中以直流电气化铁路最具代表性, 同时也对埋地钢制燃气管道造成惊人的腐蚀危害。交流杂散电流是管道附近高压电力线产生的二次感应交流电叠加在管道腐蚀电化学电池产生的腐蚀, 其腐蚀量较小, 但集中腐蚀性强。它的主要来源有:交流电气铁路、交流输电线路及其他电气设施等。理论上, 如果在埋地钢制燃气管道的周围存在外来的电流, 就会将燃气管道变成回流电路, 从而让管道的部分流出电流, 产生局部性的腐蚀作用。

1.4 微生物腐蚀

由于埋地钢制燃气管道埋于地下, 地下环境通常阴冷潮湿, 是微生物最佳的聚集场所。在一些缺氧的土壤坏境中生活的增强腐蚀细菌 (如硫酸盐还原菌) 参加了腐蚀过程, 它们是通过参加电极反应将可溶硫酸盐转化为硫化氢, 并与金属发生化学作用, 从而产生腐蚀。虽然并非是微生物本身对金属的侵蚀作用, 但是它生命活动的结果, 依靠这个电化学过程, 能够引起、促进或者加快腐蚀反应, 从而间接的影响金属腐蚀的程度、严重性和过程。

2 埋地钢制燃气管道防腐措施

2.1 绝缘层防腐措施

在进行钢制燃气管道敷设的时候, 应该在燃气管道的周围包裹足够的绝缘层。绝缘层能够有效地把土壤和管道隔离开来, 并加大两者之间的电阻, 所以使得腐蚀电流减小, 从而达到了防腐的目的。埋地钢制燃气管道的绝缘层可以使用多种材料, 比如, 石油沥青、环氧粉末, 环氧煤沥青以及挤压聚乙烯、聚乙烯胶粘带等材料[4]。就目前来说, 我国所采用的绝缘层材料最多最成熟的是环氧煤沥青。环氧煤沥青的优点在于造价相对较低, 在一定的除锈条件下, 其造价在各类防腐材料中都是最低的, 而且应用广泛, 可以用于钢管、储罐和各种钢质材料的防腐。但是也有一定的缺点, 环氧煤沥青需要在常温的环境中才能实现固化, 因此在使用时需要对防腐层进行必要的加热, 特别是在冬季的时候, 要利用较长时间进行加热工作, 从而延长工期。同时, 在固化的过程中会有可挥发性溶剂挥发到空气中, 从而污染空气。

2.2 电保护防腐措施

电保护的防腐措施是依照电化学的防腐原理进行操作的。在敷设钢制燃气管道时, 将埋地的燃气管道变成阴极区, 就能够很好的起到防腐作用。电保护防腐措施又分别有多种防腐方法。首先是外加电源防腐。这种防腐方式主要是由产生的阴极保护站的直流电源使金属管道相对四周的土壤环境产生负电位, 从而达到防腐的目的。为了更好的发挥阴极保护站的作用, 可以将保护站作为中心点, 以此形成一个保护圈。这种防腐的优势在于能够通过对电流的控制来达到永久性的防腐, 但是也会对其他地下管道造成较大影响。其次是牺牲阳极阴极防腐, 这种防腐方式是将被保护金属与电位更负的金属连接起来, 并使它们处于同一电解质中, 该金属上的电子转移到被保护金属上, 使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。牺牲阳极阴极防腐最大的优点就是施工简单快捷, 成本较低。但是需要经常更换电池, 以严格控制阳极成份, 同时一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置, 否则容易导致失效。

2.3 防腐作业的规范化

如何做好城市埋地钢制燃气管道防腐是一项艰巨而耐心的工作, 关系着城市燃气输配系统及民生的正常运作。因此, 在进行埋地钢制燃气管道的建设时, 工作人员应该具备良好的专业素质和认真负责的态度, 要对钢制管道防腐这项工作细致而规范。[5]例如, 在利用环氧煤沥青作为防腐材料时, 其每一个工作步骤包括涂层原料、人员配备、工序安排及作业量的制定都必须要有严格的监管和管理, 在施工过程中, 尽量努力提高材料的防腐性能, 最大程度地保障管道的防腐安全;再如, 由于土壤局部不均匀性引起的腐蚀宏电池作用, 是由于在土壤中往往存在大量的石块和垃圾等夹杂物, 如果夹杂物的透气性比土壤本体的透气性差, 则与夹杂物接触的金属就成为腐蚀宏电池的阳极, 而与土壤本体接触的金属就成为阴极, 导致金属腐蚀的加速产生。所以, 在埋设地下钢制燃气管道时, 要求回填土壤的密度要均匀, 不带夹杂物。除此之外, 要对当前和将来产生腐蚀的管道的数据进行收集, 并根据这些数据进行埋地钢制气管道防腐工作的不断创新和改进, 以保证埋地钢制燃气管道的安全。

3 结语

城市埋地钢制燃气管道所处的地下环境非常复杂, 一旦发生腐蚀, 极易造成燃气泄漏, 将会给城市带来难以挽回的巨大危害和损失, 从而对城市的建设和发展造成不利的影响。腐蚀作用不仅使金属本身受到损失, 而且更严重的是由于金属结构遭到破坏, 从而引起燃气管道系统停输、停产并造成巨额损失或泄漏事故, 还会导致环境污染、生态破坏和燃烧、爆炸, 对国家和人民的生命财产造成难以挽回的损失。所以, 对埋地钢制燃气管道的腐蚀问题要给予足够的重视, 并对城市燃气管道作定期的检查, 发现问题要立即处理。在进行防腐工作的同时。对防腐原料以及管道埋设的土壤特点都要积极地进行考察和研究, 大力确保城市埋地钢制燃气管道的安全。

参考文献

[1]许俊城, 宋新志, 陈国华.城市埋地钢质燃气管道腐蚀原因及对策[J].理化检验 (物理分册) , 2007 (04) :171-175.

[2]许俊城, 袁金彪, 陈国华, 梁韬.城市埋地钢制燃气管网风险评估体系研究[J].中国特种设备安全, 2007 (03) :46-53.

[3]单国忠, 肖桂兰.论输油管道的腐蚀及其防护[J].大众科技, 2005 (04) :82-84.

[4]徐火力.城市埋地钢制燃气管道风险评价技术研究及应用[J].质量技术监督研究, 2015 (01) :8-12.

天然气管道腐蚀和防腐处理技术探讨 第7篇

1 天然气管道的腐蚀现状

用管道输送天然气, 指的是将天然气从油气供应点输送到油气场所。在这过程中, 管道要经历千变万化的环境。例如, 地势险峻、天气恶劣等, 再加上天然气本身含有腐蚀性的气体。由于这种内外因素, 导致管道腐蚀比较严重。有数据显示, 管道的穿孔年限为5~17年, 每年以0.30~1.22 mm的速度腐蚀。其中大庆油田每年要更换700 km的管道, 天津燃气管线, 每十年需要更换6 km。

所以, 可以看出, 我国天然气管道腐蚀现象已经非常严重。虽然我国早就采取措施来防止天然气腐蚀, 但是天然气腐蚀问题并没有得到有效的解决。目前, 我国的天然气管道主要是钢铁材质。有些城市倾向于采用无腐蚀的塑料管来代替。但是塑料材质的管道由于质地比钢铁软, 抗压能力不强, 而且易变弯变脆, 不适合普遍采用。例如在高寒地区, 塑料在低温情况下, 容易碎裂, 导致天然气泄漏。因此, 如何有效的防止天然气管道中钢铁被腐蚀, 是亟待解决的问题。

2 腐蚀的机理

我国天然气主要分布在盆地和沿海地带。例如塔里木盆地、渤海湾等。这就导致天然气管道可能受到来自于土壤腐蚀、海水腐蚀等。我国天然气管道的腐蚀主要来自于两个方面:第一, 外部腐蚀。外部的环境对天然气管道中钢铁的腐蚀。主要包括固体腐蚀、水体腐蚀、气体腐蚀等;第二, 内部腐蚀。指天然气本身含有腐蚀钢铁的化学物质, 从而对管道产生腐蚀。所以, 在开展防腐蚀的工作时, 不仅要加强外部防护, 还要做好内部的防范工作。下文将从内部和外部分别阐述天然气管道被腐蚀的原因。

2.1 天然气管道外腐蚀

固体腐蚀:主要是指管道掩埋之后, 土壤对其造成的腐蚀。土壤中含有固体、液体和气体成分, 这几种成分中, 有些含有氧化铁等化元素, 与铁进行化学反应, 造成腐蚀;有些土壤PH值比较高, 更易腐蚀管道。总的来说, 土壤对天然气管道的腐蚀主要受以下几个方面的影响:土壤PH值, 土壤的含水率, 土壤的含气量, 土壤的孔隙度等。

水体腐蚀:因为我国天然气管道有许多分布在沿海地带。例如, 渤海湾就是我国重要的天然气油田。管道处于这样的环境当中, 会使水分子中的离子产生作用。水分子中的离子由于长期与管道接触, 会发生电荷转移, 与钢铁表面发生氧化还原反应。一旦钢铁中某一处发生了水体腐蚀, 其腐蚀速度会加快, 对管道开展防护工作也会越来越难。

气体腐蚀:主要是指由于空气中可能含有二氧化硫、氯化物等化学颗粒, 与暴露在大气环境里的管道发生化学反应所产生的腐蚀。根据管道所暴露的场所的不同, 具体可以划分为以下几类:工业性大气、海洋性大气、农村性大气等。

2.2 天然气管道内腐蚀

管道在进行天然气输送时, 管道内壁会与输送的介质发生接触。但是由于输送介质中含有腐蚀性的化学物质, 例如溶解氧、硫化氢等, 会对钢管内壁产生腐蚀。另外天然气在管道中, 由于压力的作会液化。这样管道中会存在固体、液体、气体。在天然气运输过程中, 这三种物质会产生多相流冲刷, 最后对管道内壁产生腐蚀作用。

3 管道的防腐方法

为了延长管道的安全使用年限, 确保天然气的输送安全, 必须开展管道的防腐工作。因此, 防腐工作的展开也主要从这两个方面着手, 主要包括外层防腐技术、内层防腐技术和阴极保护技术。

3.1 外防腐层技术

我国的管道外防腐层技术主要采用涂层材料进行防腐。目前, 我国采用的涂层材料主要有:环氧粉末, 这种涂层材料的优点主要是对钢铁的粘结性较强, 可冷弯, 耐磨损。但是, 由于在高温下, 它较易吸收水分, 所以它不适用于比较湿热的地方;三层PE, 这种材料的优点主要是具有较强的粘结性、抗渗透性和绝缘性。但是这种涂层材料的缺点是施工工艺较为复杂;液体聚氯脂, 这种涂层材料的主要优点是抗阴极剥离强、抗磨损性强等, 主要缺点是不能适用于潮湿的环境。

目前我国在使用这几种材料进行外层防腐保护的技术上已经比较成熟, 而且价格也比较合理。据专家预测, 以后这些防腐材料仍然会得到广泛的应用。但是在进行天然气管道防腐工作时, 这些材料的用料非常大, 价格也不便宜。因此, 我们需要加大研究力度, 研发出价格低廉、防腐效果好, 又比较容易涂抹的材料。

3.2 内涂层技术

内涂层技术主要是指在管道内部涂抹液体环氧、环氧粉末等材料, 从而减少对管道内部的摩擦, 延缓或阻止管道内部腐蚀。内涂层技术的优点主要有以下几个方面:能够有效地改善流动性、减少沉积物和维修量, 并且能够比较清晰地进行管子内表面的检查工作。目前, 内涂层技术已经在我国得到了广泛地应用。

3.3 阴极保护技术

阴极保护技术的历史可以追溯到20世纪30年代。到了50年代中期, 已经发展的较为成熟。我国使用阴极保护技术的历史也有50多年。天然气管道中采用阴极保护法, 主要是为了对管道表面的涂层破损处进行附加保护, 防止腐蚀。目前比较常用的有外加电流阴极保护法, 这种方法适用于距离较长、口径很大的天然气管道, 并且不受管道所处地形的影响。也有的采用牺牲阳极保护法, 这种方法比较试用于土壤电阻率较小的环境。阴极保护法由于施工比较简单、工程量小、对周围金属物质干扰小等特点, 被广泛的使用。

阴极保护技术具体是指将一定量的直流电流注入天然气管道中, 管道的表面在电流的影响下发生阴极极化, 从而弱化或消除土壤腐蚀的各种原电池的电极电位差, 最后达到降低和阻止管道腐蚀的目的。阴极保护技术应用的条件主要包括以下几个方面:土壤中的腐蚀介质必须是可以导电的;管道中被保护的金属材料非常容易阴极极化的, 而且被保护管道间要保持电连续性;要将保护的管道和非保护的管道进行电绝缘。

4 结语

天然气能源在我国占据着非常重要的地位。为了保证我国天然气的安全输送, 一方面必须采用天然气管道防护技术;另一方面, 要加强防护材料的研发, 研发出价格更加优惠、防腐能力更强的材料。

参考文献

[1]杨海锋, 单晓建, 韩宝强.天然气输送管道的腐蚀与保护[J].设备运维, 2015 (6) .

天然气管道防腐技术研究 第8篇

1.1 金属发生腐蚀的机理

当把金属放入电解质中后, 其表面各点的电位是不同的, 电位的高低取决于金属内部结构及外部环境。电位较低的为阳极、电位较高的为阴极, 电子将离开阳极向阴极移动, 而位于阳极区的金属原子由于失去电子而成为带正电的离子、进入电解质, 与电解质中的负离子发生反应而生成腐蚀产物, 金属发生腐蚀。在阴极区, 由于存在多余的电子, 金属不会发生腐蚀。

1.2 金属发生腐蚀的四个必要条件

(1) 阳极:在电化学反应中失去电子, 发生氧化反应的电极;

(2) 阴极:在电化学反应中得到电子, 发生还原反应的电极;

(3) 电解液:含有离子的溶液, 一般指土壤、水、潮气等;

(4) 导体:电子迁移的途径 (金属导体) 。

当这四个因素都存在时金属就会发生腐蚀, 而除去任意一个因素, 腐蚀就会停止。防腐层是将金属与电解液隔离, 去掉电解质与金属接触而达到防腐目的。

1.3 阴极保护原理

电化学是化学的一个分支, 涉及化学反应中的电荷的移动。这些反应是电化学反应。腐蚀和阴极保护涉及在水或者其它溶液环境的电荷转移。

(1) 氧化:氧化定义为原子或者分子失去一个或者多个电子, 从而形成一个带正电的离子。当原子和分子失去电子时, 就会发生氧化反应。原子或者分子的负电荷减少。例如, 当一个中性粒子铁原子氧化, 将可能失去两个或者三个电子生成铁阳离子。发生氧化的电极或者金属部位称为阳极。

(2) 还原:还原定义为原子或到一个或者多个电子, 从而形成一个阴离子或者中性元素。当原子或者分子得到电子, 发生还原反应。原子或者分子的负电荷增加。例如氢离子还原, 它将得到一个电子, 生成一个中性的氢原子。发生还原反应的电极或者金属的部位称为阴极。

(3) 阴极反应:发生在阴极的化学反应, 为阴极反应, 是还原反应。还原是得到电子。发生的阴极反应取决于电解质。以下是在阴极表面发生的两个最常见的还原反应。氧还原—中性环境比较常见;氢离子还原—酸性环境中比较常见。腐蚀不会在腐蚀电池的阴极发生。阴极和阳极可以在不同金属或者在同一金属上。

(4) 阳极电化学反应:在阳极上发生化学反应, 主要取决于阳极材料、环境条件, 主要的化学反应有:

(1) 金属氧化;

(2) 析氢;

(3) 析氯。

对于牺牲阳极阴极保护, 主要的阳极反应是阳极金属的氧化, 在中性土壤中, 金属离子又和水中的氢氧根离子结合成氢氧化合物及氢离子。

对外加电流阴极保护, 由于阳极材料多选用耐腐蚀材料, 主要的化学反应是阳极周围负离子的氧化。当土壤中氯离子含量很低时, 阳极反应主要是析氢。当氯离子含量较高时, 阳极反应为析氯, 氯气和水反应产生次氯酸。所以, 析氢将降低溶液的PH值。当用回填料后, 化学反应发生在焦炭回填料上, 无论如何, 阳极反应都会降低阳极附近的PH值, 所以, 阳极材料要具有耐酸的特性。

2 外加电流阴极保护

2.1 基本原理

(1) 在腐蚀电池中, 阳极是被腐蚀, 阴极不被腐蚀。

(2) 将直流电源的负极接在需保护的金属上, 将阳极接在辅助电极上, 使被保护金属整体变成阴极, 产生保护电流。

(3) 被保金属与直流电源的负极相连, 它发生的是阴极反应, 因此得到保护。

外加电流阴极保护, 又称为强制电流阴极保护。通过直流电源以及辅助阳极, 迫使电流从土壤中流向被保护金属, 使金属表面阴极电位降至阳极电位, 此时, 金属表面不在有阴极或阳极, 使被保护金属结构电位低于周围环境, 整个金属结构成为新的电路中的阴极 (大阴极) 该方式主要用于保护大型或处于土壤电阻率高环境中的阴极的金属结构, 如:长输埋地管道, 大型金属罐群等。

2.2 外加电流阴极保护系统的优缺点

优点:

(1) 需要较大电流的场合, 特别是裸露的或涂层交差的结构物的防护

(2) 所有导电的电解质溶液内

(3) 用于水箱里的大型热交换器、油加热处理器和其它容器的保护

(4) 储水罐的内壁

(5) 地面上储存罐的外底

(6) 地下储存罐

(7) 地下或水中的基桩和大板桩,

缺电:

(1) 与牺牲相比, 需要更高的检测和维护费用;

(2) 需要外部电源, 持续的电源供给费用;

(3) 具有引发杂散电流干扰的高风险, 可导致过保护, 引发防腐层的破坏及管材氢脆。

2.3 外加电流阴极保护所用阳极材料

外加电流阴极保护是防止地下金属结构如管道、储罐等腐蚀的有效方法。辅助阳极是外加电流系统中的重要成部分, 其作用是将保护电流经过介质传递到被保护结构物表面上。

地下结构物外加电流阴极保护所用阳极通常并不直接埋在土壤中, 而是在阳极周围填充碳质回填料而构成阳极地床。碳质回填料通常包括冶金焦炭、石油锻烧焦炭和石墨颗粒等。回填料的作用是降低阳极地床的接地电阻, 延长阳极的使用寿命。针对阳极的工作环境, 结合实际工程的要求, 理想的埋地用辅助阳极应当具有如下性能。

3 结论与认识

(1) 由于受到埋藏土壤中腐蚀性物质的影响, 天然气管道在自然条件下必然会发生一定的腐蚀。

(2) 金属发生腐蚀的机理是阳极区的金属原子由于失去电子而成为带正电的离子、金属发生腐蚀。在阴极区, 由于存在多余的电子, 金属不会发生腐蚀。

(3) 根据金属腐蚀的机理, 工程中通过采用阴极保护技术, 大大提高了金属管道的耐腐蚀程度。

参考文献

[1]胡士信.管道阴极保护技术现状与展望[J].腐蚀与防护, 2004