石油管道防腐机理与技术分析

冉琳娜，余 江

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

近些年，随着社会经济的高速发展，世界各国对能源的需求越来越大。换言之，如今世界能源是一场一触即发的交锋，各国都高度重视能源的开发与利用。21世纪最具代表性的能源就是石油能源。中国幅员辽阔，石油储量丰富，当今已发现多个大小油田，产油量逐年增加。因此，对石油运输的需求也自然扩大。石油运输主要是管道运输，其具有高效的节能优点。然而，由于石油本身的易燃、易爆和腐蚀性等特性，在输油管道运输过程中易发生管道腐蚀，从而导致石油泄露，造成经济损失。因此，研究输油管道的防腐蚀技术变得尤为重要。

1 防腐对石油管道的重要性

石油作为一种液体，其质地是黏稠的，用来发展工业，由此“工业血液”是石油所拥有的誉名。中国的石油分布主要是在西部地区，而中国经济的高发展地区是以东部地区为主。这样的需求与分布，东部地区变成资源需求最多的地区，这就促使石油需要从西输送到东。我国的石油运输方式一般使用管道运输，石油管道主要是钢结构组成，钢结构管道非常容易和外部环境物质产生化学作用，使管道被腐蚀。管道被物质所腐蚀后，管道的材质上、外形上、色泽上、机能性上都会有着某种程度的变化，从而会使石油管道缩短使用寿命，大大增加运输费用及人力成本。石油泄漏也是因为石油管道被腐蚀而造成，从而导致环境污染与经济的损失的“双重”损失。为了提高社会效益，减少经济损失，石油管道的防腐措施需要科学的分析与研究[1]。

2 腐蚀石油管道的原因

为了确保石油管道的安全，完成防腐工作，有必要对石油管道被腐蚀的原因、对策展开研究讨论，金属材料被腐蚀有以下几点原因:①化学腐蚀；②电化学腐蚀；③非均匀腐蚀。

2.1 化学腐蚀

石油是一种复杂的物质，其含有多种烷烃和硫化物。当油中的物质与管道接触时，会发生反应，导致管道腐蚀。关键的化学反应是因为管道之中的活性金属铁元素与石油之中的硫化物产生化学反应，因而使得管道之中的铁元素成为铁的硫化物。此外，因为一些管道会长期裸露在空气之中，管道之中的金属物质与空气之中的一些成分发生化学反应。其中，空气中易和管道内的金属物质产生反应的物质有氧、氯、硫化物等，这就是化学腐蚀[2]。

2.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀具体是指腐蚀形式由电荷运动引起的。在日常生活中，经常会有发生电化学腐蚀的情况，如二次电池的应用。使用二次电池就会使电池中的电极通电从而被腐蚀，二次电池的使用会产生移动的离子，因此引发出电荷的移动。而在石油运输过程中，也会产生电化学的腐蚀。关键原因是由输油管道被长时间埋在潮湿的地下，而地下复杂的地理环境，使金属层的表面会产生一层非常薄的水分子，金属表层接触到水分子中的一些杂质，从而使石油管道中产生电化学腐蚀。电化学的反应关键的就是由于石油运输管道之中铁的电子涨与落而引起的，从而产生红棕色的铁锈。

2.3 金属材料腐蚀性不均匀

输油管道本身的金属不均匀，导致电位差，通过电荷的运动引起输油管道的腐蚀。潜在差异的原因是随着管道石油年数的增加，管道需要进行改造。改造后，原结构会产生电位差，导致管道腐蚀。另外，由于管道在运输过程中会经过新旧管道，会出现新管道使用与未使用之间的潜在差异，导致管道腐蚀[3]。

3 石油管道的防腐蚀技术

随着科学技术的进步，输油运输管道的防腐技术也得到了快速发展，防腐技术的应用与研究愈来愈多，防腐材料的种类五花八门。将以缓蚀剂、外涂层、内衬层和阴极保护为基础，介绍目前石油管道所使用的防腐技术。

3.1 缓蚀剂防腐

缓蚀剂是一种特殊的防腐材料。在一般情况下，为了减幅石油管道被腐蚀的情况，因此会在石油之中增添一些缓蚀剂，缓蚀剂的用量和成本相对较低，不会增加大量的石油运输成本。但在石油中有着缓蚀剂的加入会引起一些问题与困扰，如工艺的复杂性、维修工作量的增大等等之类的问题。由于输油管道材质不均匀，单一缓蚀剂难以达到预期效果。如果采用缓蚀剂进行防腐，可选择短程或多个缓蚀剂的使用。

3.2 涂层外防腐

涂层外防腐是最常见的防腐方法之一。其关键原理是在管道之外涂一层材料，使管道外层与空气分离。其中环氧涂料、无机非金属涂料和改性涂料都是比较常用的防腐剂。环氧涂料是一种新式的防腐涂料，环氧涂料的防腐性能相对较好。无机非金属涂层能促使陶瓷作为管道和空气的隔离介质。最后改性涂层，利用了纳米技术的应用对改性涂料进行一定的防腐蚀处理，使其有着非常良好的防水性能，从而完全杜绝管道被化学反应所腐蚀。

3.3 内衬层防腐

内衬层防腐不同于涂层外防腐，内衬层防腐是近年来石油管道防腐新技术。随着技术的进步，内衬层防腐技术不断发展，防腐性能更加优异。其中，常用于内衬层防腐的涂料有环氧树脂粉末涂料和聚乙烯粉末涂料两种。

3.4 阴极保护技术

阴极保护常用于防止电化学腐蚀。这样，常用的是强制性的电流法。在阴极保护技术的设计理念中，普遍选用的是活性金属的材料，如果产生了电化学反应，活性金属将第一时间发生反应，在一定程度上保护了阴极金属，从而阻止了输油管道的腐蚀。此外，材料的选择还有其他要求，需要设计与管道寿命相对应的辅助型阳极系统，或及时更新阳极系统。只有这样，电化学反应才能畅通无阻地进行着，管道才能得到很好的保护[4]。

4 国内外石油管道防腐蚀技术

4.1 国外石油管道防腐蚀技术

20世纪90年代以来，国外防腐涂料技术的发展呈现出新的变化，主要表现在产品结构的变化，产品的特征逐渐向高效益、无污染、节省资源的方向发展。防腐材料发展过程中，复合结构与复合材料技术进展速度非常快，这类涂料往往具备非常良好的物理性能，并且化学性能极佳，在各个领域都得到推广应用。该类防腐涂料技术对温度的强适应性，使得其防腐保温效果远远优于传统产品，并且对于管道强度的防护起到了非常好的作用。根据防腐专家的意见，防腐涂层技术的发展方向为:

1）开发试验技术，对质控体系进行充分完善，对于涂料质量要进行严格把关；

2）对于当前管道涂层各项性能进行改造完善，包括其附着性、柔韧性、耐磨性、透湿性和透氧性；

3）研制出一种可以耐受高温的新型耐热涂料。

4）降低涂装过程中的能耗和管道表面处理成本；

5）涂层适应性广，强度大。

6）高度自动化喷涂工艺的研发。

4.2 国外石油管道防腐蚀技术

在我国历史上，沥青防腐涂料使用最多、使用时间最长，其次是煤焦油瓷漆、环氧沥青涂料，然后发展为聚乙烯涂料。聚乙烯涂层的出现促进了粉末涂料的快速发展，环氧粉末涂料以其优异的黏附性和防腐性能开始应用于管道防腐:

1）在现场施工中，环氧树脂的固化受温度影响，固化缓慢，施工周期长。

2）由于施工中加入了大量的溶剂，很容易为一些施工单位提供偷工减料的机会（增加溶剂，稀释油漆，提高成本）。

3）由于这两种成分的存在，在现场施工中会出现养护剂配比不当或搅拌不均匀的现象，容易导致养护质量差或养护后质量不均匀。

4）防腐层采用玻璃布加固，防腐层中含有蜡，影响层间黏合。玻璃纤维在施工过程中产生，容易损伤施工人员的皮肤。一般来说，工人不愿意，而且做得不好。

5 总结

石油是关键的矿产资源，在经济发展中有着举足轻重的地位。中国是一个资源丰富的国家，丰富的石油资源，对中国有着巨大的经济影响力，因此研究石油防腐技术对整体经济和国家利益有着重大意义。

由上所知，作为一种重要的能源，石油运输是非常重要的。在输油管道运输过程中，为避免管道腐蚀引起的漏油和安全事故，必须做好输油管道的防腐安全处理，使用有效科学的防腐技术，保证运输的安全性。