石油化工工艺管道的腐蚀及防护技术应用

张建川，范诗刚(中国石油天然气管道第二工程有限公司，江苏 徐州 221008)

1 石油化工企业工艺管道腐蚀的原理

腐蚀现象是指金属物质在海水、土壤或者大气之中受到一些因素的影响出现物理溶解、化学变化等反应并被破坏的一种现象。化学腐蚀是指金属表面与周围的影响介质发生了化学反应，从而出现腐蚀的情况。电化腐蚀的现象是因电流引起的金属腐蚀问题[1]。目前，我国石油化工企业在生产与运营期间所选用的工艺管道一般都是以金属材质为主，以电学规律作为指导理论分析来看，当前工艺管道出现腐蚀现象也是常见的自然现象。通常情况下，形成腐蚀的条件主要有三：其一，两极处存在着具有电势差的阴阳两极；其二，其中一个导电回路不仅连着阴极，还连着阳极；其三，阴阳两极都处于导电介质之中。从电学理论来看，电流是从阳极流向阴极的，所以阳极表面的金属性原子在脱落之后会形成正电离子，并进入到电解液之中。此时金属处于电解液之中，必然会出现腐蚀的情况，且不同类型的金属材料在金属流失量上也存在着一定的差异。工艺管道发生腐蚀情况后，必然会影响管道性能，这对于油气的运输来说则是一个隐患。

2 石油化工管道腐蚀的影响因素

2.1 管道铺设的环境因素

石油化工产业铺设的工艺管道通常被埋藏在较深的地层下，极易受到各种外部因素和内部因素带来的影响，导致严重的锈蚀。从环境影响因素来看，土壤、细菌以及四处飘散的电流等，均是会引起工艺管道产生严重腐蚀的重要因素[2]。土壤这种因素的实质是由固态、液态、气态等多种元素所构成的一种胶质体物质，且土壤有着毛细管多孔性的特点。而空气和水则是停留在土壤缝隙这种的主要填充物质，且水中会含有一定的盐分，当这些盐分在一定的条件之下会产生离子，从而具备导电的性能。除此之外，土壤本身的物理性质或者化学性质都不是很稳定，再加上金属材料具有的化学性质尤为分散，确实让石油化工企业铺设的工艺管道长期处在一个较为恶劣的有着较高电化学腐蚀条件的环境下，同样会受到土壤带来的影响，出现严重的腐蚀问题。其次，对于某些有着较多杂质的土壤来说，极易出现大量的细菌，致使管道受到明显的腐蚀侵袭。例如，土壤若是严重缺乏氧气，就会慢慢形成硫酸盐还原菌，并逐渐侵蚀到管道内部，引发管道腐蚀等问题，然后产生某种程度的电极反应，硫酸盐、硫化氢和铁产生一定的作用，管道受到严重的腐蚀。最后，杂散电流是导致所有工艺管道出现腐蚀情况的另外一个关键因素。滞留杂散电流、其余的交流杂散电流等都属于杂散电流的主要构成部分，当这些电流出现在工艺管道附近，必然会引起较为严重的腐蚀问题。

2.2 管道防护效果的因素

管道所具有的防腐蚀性能决定着其将来的腐蚀程度。对如今的管道防护方式进行分析可知，通常会应用到两种合理有效的方案：其一是防腐蚀覆盖层的安装和铺设；另外一个则是阴极保护工作。简而言之，就是在整个管道的最外层做好电流添加处理。在管道表面铺设防腐蚀覆盖层，最为主要的目的就是把管道完整地覆盖在施工现场，避免管道受到任何的影响和侵袭，尽量和管道保持着高度的紧贴状态，防止阴保死区和阴极产生明显的剥离情况。若是某些管道存在着严重的阴极剥离问题，那么就应该对管道最外侧的电流阴极保护系统的各项参数做好合理的调整，如此就能够更好保护管道，避免其出现任何的腐蚀情况。

2.3 管道材料和制造工艺的因素

管道本身的材质和其生产方式是导致管道存在腐蚀问题的主要影响因素之一，如今国内大多数石油化工产业所采购的管道都属于钢材质，但钢材本身的化学成分或者是微量元素，则会导致管道极易出现腐蚀。除此之外，若是管道所应用的钢材微晶细度并未达到相关要求和标准，那么晶粒周围会产生各种各样的裂纹，让管道出现严重的开裂情况。除此之外，在生产管道的时候，若是生产流程并不是很细致和完善，管道表面存在着较多的问题和缺陷，那么在管道应用的环节中，同样会出现明显的腐蚀。

2.4 管道的使用应力因素

在对管道进行应用的环节中，管道承受的输送压力或者是其出现的压力波动，是管道由于使用应力而出现开裂或者是腐蚀情况的关键因素。若是承受的压力远远超出标准数值，那么管道管壁的应力必定会不断地增加，导致管道逐渐产生严重的裂缝，出现明显的腐蚀问题。除此之外，压力出现循环性波动，同样会让关闭裂纹向周围扩展，导致管道受到不良影响，进而产生明显的腐蚀情况。

3 石油化工管道腐蚀的防护措施

3.1 选择耐腐蚀性强的管材

目前，针对石油化工企业工艺管道腐蚀这一情况，为了在根本上杜绝腐蚀现象的发展，则需要从管材的选择上着手，这也是在本源上控制工艺管道腐蚀速度的有效举措。从现阶段石油化工企业对工艺管道的选材来看，通常情况下选用的耐腐蚀性材料主要有两种，即不锈钢和合金材料[3]。在日常较为常见的耐腐蚀性材料还有非金属材料，如：塑料、陶瓷、塑胶一类材料，在这一类材料之中，塑料这种管材具有极强的抗腐蚀性，且其制造成本不高，所以有着良好的应用优势。化工企业必须立足具体的情况选择耐腐蚀性管材，以此在根源上杜绝腐蚀现象的发生。由于金属管材的特殊性质决定了容易发生腐蚀的性质，当前为了改善此种情况，企业可以在工艺管道施工期间选用防腐性强的管材。如采用耐蚀性合金钢管材、玻璃钢管材、塑料管材等，此类型的材料凭借耐腐蚀性的优势成为了最佳的选择。且该种类型的管材能够利用自身的耐腐蚀性来抵抗二氧化碳的腐蚀，尽管应用此种管材需要在前期投入的较多，但在后续使用期间配套的防腐措施简单，防腐效果良好。

3.2 应用外涂层技术来防腐

目前，针对工艺管道存在的腐蚀现象，在油气管道的表面上辐射相应的外涂层，既可以避免管道外表面的腐蚀，还能够延长工艺管道的使用期限。从外涂层技术的应用原理分析来看，在管材的外表增加一层涂层之后，这就意味着管材的表面与外面的自然环境处于隔离的状态之下，管材自然不会接触到外界的自然环境，就不会被土壤、空气中的腐蚀介质所影响。从外涂层技术的应用来看，若是力学性能偏强的话，便可以将管道在土壤之中发生的细微移动抵消了，特别是在温差变化偏大的时候，管材的外涂层也不会被热胀冷缩现象影响，自然不会出现脱落的情况。另外，当前工艺管道外涂层的材料具有极强的耐腐蚀性，可以很好地将管道与微生物、酸碱物质、大气等进行隔离，使得管道处于隔绝的状态。此外，当前石油化工企业所选用的外涂层材料有着经济实用、厚度适中等优势，在工艺管道应用时，可以将此种类型的涂层材料以大规模的形式应用到工艺管道防腐工作之中，从而保障工艺管道的功能性，降低腐蚀现象对管道性能的影响，保障油气资源运输的安全性。

3.3 合理采用阴极防护措施

目前，从石油化工企业对工艺管道防腐工作采取的措施分析来看，其中选用的阴极措施是指已经铺设在地下的某些管道的涂层被破坏掉需要采取的一种措施，可以说当前采用的这种措施是一种附加的保护措施。目前，在工艺管道防腐工作中，该种保护措施主要是针对已经被腐蚀的管道，且具有良好的保护效果。目前，很多的石油化工企业在工艺管道维护方面，会选择在工艺管道之中添加一定的电流的阴极保护措施，以此来提升工艺管道的耐腐蚀性，甚至一些企业会以牺牲阳极的方式来对阴极进行保护。同其他保护措施相比，此种保护措施的施工难度不高，且安装操作的作业量不大，所以并不会对管道周边的金属建筑带来消极的影响，可以说阴极防护措施的应用价值还是比较高的。

3.4 选用聚乙烯胶带防腐层

聚乙烯是乙烯经过聚合后形成的一种热塑性树脂，该种材料有着无毒无味的特点，外表与人们常见的蜡烛比较相似，且该种材料有着较高的耐低温性能，这就意味着其化学性质偏向稳定。另外，从聚乙烯的优势分析来看，该种类型材料所制作的防腐蚀层具备较高的抗酸碱度，且有着良好的绝缘性能。在工艺管道防腐工作期间，采用此种材料制作的防腐蚀层，以缠绕的方式在工艺管道的表面形成一层抗腐蚀层，自然可以将工艺管道与土壤隔绝开来，避免被土壤中的分散电流被电解，且该种防腐层的厚度在0.7 mm，当前通过加强级的防腐层的厚度则可以达到1.4 mm[4]。虽然聚乙烯胶带防腐层在实际应用其间有着诸多的优势，但是也存在着一定的缺陷需要改进。比如聚乙烯的延展性比较低，若是将其制作成专门的形状来套在工艺管道智商，需要经过较为复杂的工序才可以实现，所以当前一般采用的则是利用聚乙烯胶带来对工艺管道进行包裹的方式，形成一层抗腐蚀层，然而此种方式产生的费用偏大，尤其是对于聚乙烯胶带解卷的时候，需要保证温度达到5 ℃以上，虽然尽管相关的试验证明，防腐层施工可以在-30 ℃，但是必须确保其处于解卷温度之中。

3.5 改变工艺管道周边环境

从影响工艺管道腐蚀因素分析来看，环境温度、湿度等因素都与管道的问题有着直接的关系，所以化工企业对工艺管道腐蚀防护工作开展期间，可以适当地通过控制管道周边环境的方式来降低介质的腐蚀溶度，如控制温度、湿度等因素，这样也可以达到一定的防腐效果。在工艺管道防腐工作开展期间，当前为了保障采用的防腐蚀方法及技术发挥出其应有的价值和效果，当前则需要在进行防护工作之前，对所选用的方法及技术进行测试和评估，结合工艺管道所处的自然环境来思考和评估防腐措施的可行性，从而选择出与当前工艺管道应用环境最为相符的防腐蚀方法和技术，以此来有效地降低工艺管道的防腐蚀性能，确保工艺管道的性能始终处于良好的状态，从而保障油气资源运输的安全性。

3.6 合理选用腐蚀监测技术

目前，对石油工艺管道埋管的腐蚀检测上，主要运用到的检测技术有内腐蚀检测技术和外腐蚀检测技术。从内腐蚀检测技术的应用来看，主要是针对管壁的变化进行测量和分析的。对没有开挖的工艺管道内腐蚀检测上，通常情况下会选用漏磁通法、超声波法、涡流检测法、激光检测法和电视测量法等。当前在国内应用比较广泛的管道腐蚀检测方法主要以漏磁通法和超声波法为主，这主要是因为其他检测方法应用起来难度大，且数据不够准确，难以为后续的防腐蚀处理工作提供科学的依据。从外腐蚀检测技术分析来看，这主要是埋地钢质管道的外腐蚀保护一般由绝缘层和阴极保护组成的防护系统来承担。通过对阴极保护参数的检测，可以判断管道防护层的损坏程度，从而得到管道受腐蚀的情况。基于这一原理研究出的方法，其检测参数大都是管/地电位的测量和管内电流的测量。目前，国内应用较多的外覆盖层检测方法主要有Pearson检测法、交流电流衰减法、直流电位梯度法(DCVG)、管中电流电压法、变频-选频法、密间隔电位法(CIPS)。

4 结语

随着经济的快速发展，国家对能源尤其是对石油和天然气的需求不断增大。所以，当前为了保障油气资源运输的安全性、可靠性，则需要强化对工艺管道腐蚀问题的研究，结合实际情况来选择针对性的防护措施。文章中通过对石油化工企业工艺管道腐蚀原因的分析，发现影响工艺管道腐蚀的因素比较多，腐蚀问题类型也比较多，当前需要采用的防腐措施也是比较多样的。因此，在石油化工企业工艺管道腐蚀问题的解决上，针对防腐技术的选择，需要充分考虑到防腐技术的优势和缺陷，选择性价比最优的防腐措施，从而在满足实际应用情况的基础上，保证工艺管道运行的安全性和稳定性。