防腐涂料在石油天然气管道中的应用探讨

2021-12-26黄汉奇

全面腐蚀控制 2021年8期

黄汉奇

（大庆油田天然气分公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

目前，天然气是我国重要的矿产能源，在我国有着极为广泛的应用空间。天然气资源在开采后均会进行脱水脱硫处理，以求提高能源使用的环保性以及降低其对管线设备造成的腐蚀。但在尤其储运的过程中，工况条件复杂多变，天然气管线仍存在不同程度的腐蚀。造成管线腐蚀的原因较多，但多数是因为硫化氢、二氧化碳和水。根据不完全数据统计显示，全球每年因天然气管线泄露造成的直接经济损失总价格超过10000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成经济损失的6倍。其中石油天然气企业受到的损失最为严重。除因管线泄露造成的直接经济损失外，还存在因断线、效率下降等问题造成的间接经济损失。因此管线防腐是各个国家都在致力研究的科研内容之一。目前防腐涂层是最经济、应用最为普遍的方法之一。

1 石油天然气管道腐蚀的原因分析

管线腐蚀现象的本质原因，是管线中金属的组成部分，在环境因素的影响下，逐步转化为低能量的氧化物，这是一个电化学的过程。

1.1 管道外腐蚀

1.1.1 土壤腐蚀

天然气管线一般长埋地下，因土壤造成的腐蚀是管线腐蚀发生的主要原因之一，土壤中存在许多容易造成管线腐蚀的物质，如水、硫、容易在水中电离的盐类物质等等[1]。会逐步对管线产生化学腐蚀以及电化学腐蚀。

1.1.2 微生物腐蚀

在土壤中生存的厌氧型细菌也对管线存在的一定的腐蚀作用，微生物腐蚀特点十分鲜明，均为点状的局部腐蚀，目前已知对管线存在腐蚀作用的微生物种类较多，主要包括铁细菌、硝化菌、霉菌、真菌以及硫酸盐还原菌[2]。

1.1.3 杂散电流腐蚀

受多种原因决定，土壤中会存在一定的电流，而管线多为导电金属铸造，容易在电流的作用下形成腐蚀。此类腐蚀现象外防腐措施作用效果较低，一般需求采用电器化铁道、阴极保护、交直流高压输电系统接地等措施进行防护和规避。

1.2 管道内腐蚀

一般情况下处于干燥状态下硫化氢对金属材料没有直接的腐蚀能力，但硫化氢在溶于水后，硫化氢会迅速发生电离，电离释放出的氢离子会在阴级位置吸收电子，导致出现阳极铁溶的现象发生，最终导致管线腐蚀现象的发生。

2 石油天然气管道防腐涂料

2.1 地上管道外壁用防腐涂料

管道外壁用防腐涂料是目前最常见的管线防腐措施之一，防腐涂料可以有效隔绝太阳光照、温差变化、雨水、腐蚀性气体等对管线的直接腐蚀作用，延缓管线外腐蚀现象的发生进程。这就要求外防腐涂层需要具备耐水性、耐化学腐蚀性、绝缘性以及一定的物理强度。目前天然气管线的外防腐涂层一般采用多层结构，最底层为富锌底漆或环氧云底漆，然后根据实际的防腐需要在底漆上喷涂多层的醇酸铝粉面漆涂料，起到绝缘、防水、防腐的作用。近年来我国又逐步研发了如含氯聚合物、丙烯酸、聚氨酯等新型面漆[3]。

2.2 地下管道外壁用防腐涂料

地下敷设的天然气管道需要面临比地上管道更为严峻恶劣的腐蚀环境，不仅长期处于高温高压的环境中，要需要面对土壤中存在的水、酸、碱、盐以及微生物等物质产生的腐蚀作用，同时要与阴极保护等防腐蚀技术具有较高的兼容性，也要具有一定的耐剥落强度，抵抗地下植物根系的穿透以及其他的应力破坏。目前我国应用于生产中的天然气管线防腐涂层种类较多，不同的涂层材料有着不同优缺点以及使用范围。例如，最早出现的煤油磁漆，具有极高的使用稳定性以及钢附着力，可以在地下环境下长期使用，使用寿命极强，同时漏电敏感性较低，具有良好的阴极剥落性。但由于材料过于老旧，同时生产和使用过程存在一定的环境污染与人身健康威胁，因此目前生产厂家以及施工队伍数量极少，处于淘汰边缘。工厂预制胶带涂层，该涂层属于定制性涂层之一，由工厂根据实际的使用参数进行定制，因此具有极高的安装便捷度，漏电敏感性也十分优秀，并具有良好的钢附着能力，但对运输、安装以及存储要求极为苛刻，容易因温度以及紫外线问题产生鼓包的现象，影响使用效果，同时对阴极保护技术存在屏蔽作用，这也是限制其应用范围的主要缺陷。沥青粘合剂加狮子头挤压聚烯烃涂层。该涂层技术是我国1956年引入的技术之一，并逐步完善推广应用。该涂层施工简单方便，在生产以及施工的过程中对周边环境以及操作人员的健康没有影响，但对钢附着力小，使用寿命短，同时在应用中发现，此类涂料在外力作用下容易发生撕裂现象。

烯基粘合剂双侧向挤压聚烯烃涂层，该涂层材料是目前综合使用效果最好的涂层材料之一，几乎涵盖上述涂层材料的所有优点，同时还具备优良的阴极剥离能力，但在使用中发现，在达到使用年限需要替换防腐涂层时，该涂层材料剥除难度极高，需要大量的人力以及时间测成本，同时在剥除过程中可能对管线造成损伤。多层环氧涂层，该涂层材料是目前防腐性能的最强的涂层材料之一，是已知涂层材料中抗冲击能力最强，耐磨性最高的材料，此外该材料还具备优秀的碳氢化合物的耐受性以及最低的阴极保护电流密度，但目前此类涂料的施工难度较高，具备施工资格的队伍数量仍较少，初期成本也相对较高，对施工环境以及管线参数也有着苛刻的要求。