摘要：油气储运管道的腐蚀问题会缩短管道使用寿命，本文首先对油气储运管道的腐蚀类型、腐蚀机理以及主要影响因素进行分析，探讨油气储运管道的防腐设计要点，主要包括防腐材料的选择、防腐层设计、内部防腐设计等。
关键词：油气储运管道；防腐设计要点
1 油气储运管道腐蚀类型及腐蚀机理
按照腐蚀程度进行划分，油气储运管道的腐蚀类型主要包括：
1.1轻微腐蚀
均匀腐蚀率在0.025mm/a左右，点腐蚀率为0.127mm/a左右，管道使用寿命一般在18年以上；
1.2适度腐蚀
均匀腐蚀率为0.025~0.125mm/a之间，点腐蚀率为0.127~0.201mm/a之间，管道使用寿命一般为9~18年；
1.3严重腐蚀
均匀腐蚀率为0.125~0.254mm/a，点腐蚀率为0.202~0.381mm/a，管道使用寿命一般为2.69~9年；
1.4极严重腐蚀
均匀腐蚀率大于0.254，mm/a，点腐蚀率大于0.381mm/a，管道使用寿命在2.26年以下。
由此可以看出，管道腐蚀对油气储运管道的使用寿命有直接影响，其腐蚀问题大体可分为管道外与管道内腐蚀两类，需要综合考虑环境、运行参数、管壁光洁度等因素，对管道进行合理设计，防止腐蚀问题发生。油气储运管道腐蚀机理主要包括以下几种：
（1）溶解氧反应，会生成Fe 2，经脱水转化，生成Fe 2 O 3，即铁锈，对管道完整性造成破坏；
（2）CO 2 腐蚀，作为油气的伴生气体，CO 2 溶于水后会与钢铁发生化学腐蚀，在CO 2 分压小于0.021MPa时，不发生腐蚀，在0.021~0.21MPa下，发生中的更腐蚀，在大于0.21MPa时，发生严重腐蚀；
（3）H 2 S腐蚀，H 2 S的水溶解度高于CO 2 和O 2，酸碱度越小，铁腐蚀越严重，其阴极反应为Fe 2- +S 2 →FeS [2]。
2 油气储运管道防腐设计要点分析
2.1 防腐材料选择
合理选择油气储运管道的自身材质和防腐层材料，是确保管道能够达到设计使用寿命的关键。在设计过程中，应对材料使用环境进行具体分析，根据ISO15156等相关标准进行合理选材。适用于某一标准使用环境的材料同样适用于同等工况或腐蚀性更弱的工况环境，可以根据这一原理进行弹性设计。在材料选择时应遵循三个基本原则，一是使用评价合格的材料，二是根据现场实际情况进行选材，三是通过实验室试验，具体评价选用材料。对管道自身材料而言，选择BG110-3Cr高合金钢或玻璃钢等抗腐蚀性较强的材料，可以有效提高油气储运管道的防腐蚀能力。
2.2 防腐层设计
油气储运管道的防腐层设计是管道防腐蚀保护的关键措施，早期层使用石蜡和沥青等材料作为防腐层材料，后来使用性能更好的胶带材料代替了传统防腐材料，可以获取更好的防腐保护效果。但在胶带材料的应用过程中，容易受土壤应力作用的影响，导致防腐层与管道本体发生分离。随着材料技术的进步，煤焦油漆材料、聚乙烯聚氯乙烯树脂材料和环氧树脂材料等也在油气储存管道表面防腐中得到了应用，并取得了较好效果。
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2.3 油气储运管道的内部防腐设计要点分析
2.3.1采用化学药剂进行内部防腐保护
使用的化学药剂主要包括pH值调节剂、除氧剂、杀菌剂和缓蚀剂等。其中缓蚀剂的应用最为广泛，在介质中加入缓蚀剂后，可以在油气储运管道内形成保护膜，比如生成钝化膜和吸附膜等，可以有效起到缓解管道腐蚀的作用。其主要原理包括阻活效应、覆盖效应和改变双电层性质，可以利用缓蚀剂分子吸收腐蚀反应活性中心，降低活性中心数量，减缓腐蚀速率，同时缓蚀剂能够均匀的吸附在金属包面，形成保护层，通过吸附和覆盖的作用，改变双电层电位差，从而减弱腐蚀效应。
2.3.2内涂镀层技术
内涂镀层是解决集输系统和注水系统管道内腐蚀问题的一种非常有效的措施。目前，常用的涂层类型主要有环氧树脂、聚乙烯、聚氨酯、氢化橡胶、环氧酚醛、改性环氧树脂、富锌、玻璃鳞片环氧树脂、聚苯胺、环氧玻璃纤维复合涂层等。其中，环氧粉末涂料涂层具有优异的力学性能与耐化学腐蚀性能，可提高管道内壁的光洁度，降低摩阻，目前国内新建的长输管线几乎全部采用环氧粉末涂料涂敷。此外，玻璃鳞片环氧树脂涂层在塔河油田集油干线中也具有良好的应用效果。截止目前，选用玻璃鳞片环氧树脂涂层进行内防的集油干线已运行 5 年，期间未发生过腐蚀失效。油田在注水管线中探索使用的环氧玻璃纤维复合涂层也同样具有显著的防护效果，环氧玻璃纤维复合涂层内防的管线运行 3 年后均未发生腐蚀失效。为提高涂层的防护效果，美国 King Industries公司与 Halox 公司开发出了 NACORR 1151、Halox750 等多种涂层缓蚀剂，可以与多种涂层配合使用，增强涂料的耐蚀性能。相比而言，目前油气田中常用的镀层主要为 Ni-P合金化学镀层 [33-34]。与涂层技术相比，镀层防护技术具有硬度高、不易磨损与脱落的优点，既可用于管道防护，也可用于井下油套管的防护。因化学镀 Ni-P合金镀层的针孔缺陷无法得到有效控制，所以其不适合用于大型、长距离管道的防腐。
2.3.3衬里技术
2.3.3.1水泥砂浆
水泥砂浆衬里可采用各种成型工艺，将搅拌好的水泥砂浆在清理过的管道内壁上按照设计厚度要求分一次或多次涂衬，经养护后形成一个与管道内壁紧密结合的高强度圆壳体内衬层 [22]。水泥砂浆衬里既可以通过阻隔腐蚀介质与钢管来抑制腐蚀，也可以通过硅酸钙盐水解产生 Ca（OH）2，使钢管表面 pH 增大，促使金属管道钝化来抑制腐蚀。相比于其他内衬技术，水泥砂浆衬里是一种成本低、无污染、易施工的内防腐技术，广泛用于市政管道、油气集输管道防腐工程。在现场应用时，会发现水泥砂浆衬里出现开裂与剥落的现象，这既有可能是水泥砂浆在浇筑、硬化过程或外力作用下形成的，也有可能是水泥砂浆中的有效成分会与输送介质发生反应，形成的物质具有低溶解度与吸水功能，引起水泥砂浆内衬的内应力增加，导致内衬开裂与剥落 [23-25]。针对上述问题，可通过添加聚合物对水泥砂浆进行改性或在其表面涂覆有机涂层以提高其防护效果。
2.3.3.2塑料衬里
目前，油气田常用的塑料衬里有玻璃钢、高密度聚乙烯、聚酰胺、聚酮、聚苯硫醚、聚丙烯、环氧塑料、酚醛塑料、氟塑料、尼龙等材料，具有质量轻、化学稳定性优越、电气绝缘性能佳以及耐磨性能优良等特点，在油气集输系统及注水系统中应用较多。据报道，胜利油田临盘采油厂共计使用了约 20 km 长的改性玻璃钢内衬油管，有效地解决了注水井油管腐蚀结垢的问题。中石化西北油田分公司在采用高密度聚乙烯内衬管、耐高温聚烯烃内衬管对旧管线进行内穿插整改后，腐蚀失效数量大幅度下降，防护效果显著。尽管塑料内衬管防腐效果显著，但因其分子链较长，结晶度低，在长期使用过程中，H 2 S、CO 2 等腐蚀介质会渗入衬里内部，引起塑料内衬发生鼓泡，在内外压差作用下可发生破裂失效。
3 结语
根据以上，油气储运管道的防腐蚀设计很重要，通过对其腐蚀类型、机理和影响因素进行分析，可以帮助设计人员更好的掌握防腐蚀设计要点。在此基础上，通过采用合理的设计方法，积极利用各种防腐蚀设计技术，可以有效提升油气储运管道的防腐蚀性能，延长管道使用寿命，为管道的安全运行提供保障。
参考文献：
[1] 张文毓.国内外管道腐蚀与防护研究进展[J].全面腐蚀控制，2017，31（12）：1-6
论文作者:熊凡玖
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/17
标签：管道论文; 油气论文; 涂层论文; 砂浆论文; 材料论文; 内衬论文; 衬里论文; 《基层建设》2018年第33期论文;