关于我国石油管道防腐蚀技术的研究

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pigyufish
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  摘 要:伴随石油工业的蓬勃发展,石油管道建设也迅速的发展起来,但是因为石油具有易燃易爆等特点,所以必须做好石油管道的防腐工作,防止其产生安全问题导致安全事故的发生。论文作者结合多年的工作实践,谈到了石油管道工程防腐的重要性,分析了腐蚀原因以及我国目前的防腐情况,最后提出了防腐技术的具体应用。
  关键词:石油管道;防腐蚀;技术;研究
  中图分类号:C35文献标识码: A
  引言
  油气管道运输优点非常之多,避免气候因素、投资少、运输安全、运行费用较低、损耗小等等,可以有效的减轻对于铁路运输的压力。然而石油管道的腐蚀问题,给石油管道安全带来很大的潜在威胁,会带来严重的安全事故,造成重大的人员和财产损失。所以有必要做好石油管理工程的防腐工作。
  一、石油管道防腐蚀的重要性及现状分析
  1、重要性
  大部分的石油管道都采用了钢质结构,都可能随着时间变化以及环境影響导致管道变质或破坏,发生腐蚀。金属管道一经腐蚀,不但外形、色泽会发生变化,对其机械性能也会产生一定的影响,如果腐蚀时间较长,就会降低输油管道的使用年限,并且对所输送的石油等物资产生质量影响,甚至可能发生泄漏,严重污染环境。所以说,管道一旦发生腐蚀,其存在的安全隐患问题不但会导致经济损失,也可能造成环境污染。相关企业和相关部门必须高度重视石油管道在使用过程中发生的腐蚀问题,提高对此项工作的认识。
  2、现状
  2.1我国政府以及相关企业过去一味追求石油开采速度,而对石油管道的防腐工作重视不够,同时也没有合理有效的手段控制石油质量,在石油管道防腐以及分析石油成分关系方面投入的力度不够,使得我国对于石油管道的防腐技术远远落后于世界先进国家。此外,我国的大部分石油管道在建设时都是国家出资,但是维护工作一般都下放到地方企业,由于缺乏有力的监督手段,一些企业阳奉阴违,并没有切实落实石油管道的防腐工作,无法实现石油管道防腐蚀的目的。我国一线工作人员自身防腐知识不足,对我国发展石油管道防腐技术也产生了一定限制作用,专业、高素质的防腐工作人员,是我国目前极度缺乏的人才。
  2.2不完善的防腐制度。石油管道防腐工作从属于石油管道维护工作,但是一直处于不被重视的尴尬地位,所以一直以来对待这种工作都采取了敷衍应付的态度,工作效率低下、防腐工作无法实现预期目标。之所以造成我国企业或单位不重视防腐工作的根本原因是我国缺乏完善的石油管道防腐制度,没有明确的规章制度对防腐工作进行规范和约束,同时也缺乏对其进行监督管理的职能部门,导致我国石油管道防腐工作一直停滞不前。
  二、我国石油管道腐蚀问题的成因
  1、管道材质问题造成的腐蚀隐患。当前,我国石油管道多采用的是金属材质,由于受钢材化学组分的影响,例如其中S和P的含量高,管道极容易出现腐蚀问题。而当金属管道和周围的介质发生接触之后,会发生各种化学或者电化学反应,这会对金属管材造成直接破坏,从而引发管道表面的锈蚀问题。同时,在金属管道的制造过程中,不注重表面处理,也容易引发管道的腐蚀问题。
  2、管道铺设环境造成的腐蚀隐患。在我国,石油管道多采用的是深埋方式。土壤作为一种由各类元素组成的胶质体,存在缝隙,而水和空气是其缝隙的主要填充物质。水中所含的盐分,具有离子导电性能,金属材质的管道长期深埋在低下,极容易受到这种电化学反应的影响,从而出现腐蚀现象。
  3、周围的温度变化和其他介质的变化造成的腐蚀隐患。不论是深埋在地下还是架空铺设的管道,都容易受到周围介质和温度的影响。以深埋管道为例,当管道周围的土壤或者地下水发生变化时,就会对管道产生腐蚀作用。下面详细分析石油管道的各种腐蚀现象:
  1、化学腐蚀:指金属表面与周围介质发生化学作用而引起的破坏。特点是在化学作用进行过程中没有电流产生。化学腐蚀又可分为两种。
  1.1 气体腐蚀。指裸金属表面暴露在空气或其它气体中,形成氧化膜和化合物,在较高温度下氧化膜生长速度通常较快,空气或气体中的水分会加快这类腐蚀的速度。
  1.2在非电解质溶液中的腐蚀。油气管道内除常含有一定的水分外,有时也含有一定的易腐蚀管道的化学物质。它们与管道内壁发生化学作用而腐蚀管道。管内在潮湿环境下,硫化氢和水又是使管壁造成氢致裂、氢鼓泡最好的温床,使管道的寿命缩短,事故率频繁。
  2、电化学腐蚀:管道主要腐蚀是电化学腐蚀。特点是在腐蚀进行过程中有电流产生。电化学腐蚀中,电流流出的部位叫阳极,电流流进的部位叫阴极。可分为:
  2.1 原电池腐蚀。指金属在电解质溶液中形成原电池而发生的腐蚀。
  2.2 电解腐蚀。指外界的杂散电流使处在电解质溶液中的金属发生电解而形成的腐蚀。当管道铺设在电气铁路、电厂附近时,就会发生杂散电流腐蚀。
  3、细菌腐蚀:当土壤中含有硫酸盐时,在缺氧的情况下,一种厌氧性细菌---硫酸盐还原菌就会繁殖起来,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。
  4、管道防腐措施不到位造成的腐蚀隐患。上文提到由于受管道材质等的影响,管道腐蚀存在一定程度的不可避免性。因此,必须要采取合理的防腐措施,提高管道的防腐蚀能力。但是,由于受传统观念的影响和石油开采技术的制约,我国不注重管道防腐工作,管道防腐措施不到位,不注重主动防腐,防腐技术的应用落后,直接影响了管道的防腐效果。
  三、解决我国石油管道腐蚀的技术研究
  建设石油管道工程具有重大的战略意义,只有保证石油管道应有的强度和韧性,切实做到石油管道腐蚀防护措施,减少存在的腐蚀问题,才能落实管道的维护工作。在进行石油管道工程的腐蚀防护工作中,坚持因地制宜、经济合理性以及技术优先等原则,实现石油管道工程的腐蚀防护工作。
  1、使用缓蚀剂
  在建设石油管道的过程中,可以通过使用缓蚀剂有效减缓石油管道的腐蚀过程,能够在一定程度上实现防腐目的。使用这种防腐技术并不需要太高的技术要求,投资成本也比较低,然而由于工艺复杂,对生产过程会产生较大的影响。在对石油管道工程进行维护的过程中,如果管道的材质包含多种金属,那么仅使用某一种缓蚀剂则无法实现防腐目标,那么就需要多种缓蚀剂的配合使用。
  往介质中添加少量能阻止或减缓管道腐蚀的物质以保护石油管道,所加入的物质被称为缓蚀剂。缓蚀剂的缓蚀作用不是通过改变腐蚀介质中腐蚀组分的含量实现的,而是通过使腐蚀金属的表面状态改变,或是起着催化剂的作用,从而改变腐蚀过程的阳极反应或阴极反应的反应机理,使反应的活化能位垒提高,反应速率常数减少,使整个腐蚀过程的速率下降,达到缓蚀的目的。有人认为缓蚀剂在金属表面具有吸附作用,生成了一种吸附在金属表面的吸附膜,从而使金属的腐蚀减慢,这就是吸附理论。
  单一使用一种缓蚀剂,很难达到工程的要求,一般来说缓蚀剂需要与表面活性剂或另一种缓蚀剂进行复配来提高缓蚀性能以及降低缓蚀剂的用量。而复配是通过缓蚀剂与表面活性剂之间的协同效应来实现的。
  复配缓蚀剂的协同效应:两种或两种以上缓蚀剂混合使用(或者缓蚀剂与其它物质混合使用)而使缓蚀效果加强的现象,称为缓蚀剂的协同效应。这种协同效应并不是简单的加合,而是相互促进的结果。防护及控制金属和合金的腐蚀措施很多,其中加入缓蚀剂是有效的手段之一。实际生产中常常需求几种缓蚀剂联合使用,以适应各种苛刻环境和满足环境保护的需要。
  2、使用阴极保护措施
  运输石油等的输油管道发生的腐蚀一般都是电化学腐蚀,阴极保护方法主要是通过牺牲阳极来达到保护套管不受腐蚀的目的,然而现场环境会对此方法产生重要影响,并且操作技术较为复杂,综合成本较高,因此将这种方法应用到管道防腐实践中具有一定的难度。比较以上几种方法,因此一般将阴极保护和管道外防腐绝缘层两种方法配合使用,进而实现管道防腐目的。
  3、地上管道外防腐措施
  在对地上管道外进行防腐处理时主要采用的是刷防锈漆,一般情况下需要刷底漆和面漆两种,需要按步骤分别进行。总结过去的工程实践经验,底漆一般都使用钢铁粘合力强、抗腐蚀能力强的油漆,而面漆则一般选择具有良好漆膜韧性的铝粉漆。通过对地上管道外采取防腐措施有利于减轻地质和环境因素影响石油管道,对石油管道起到保护作用,能够降低管道腐蚀速度,延长管道使用期限,加之成本较低,在石油管道腐蚀防护中能够大规模使用,实用性极强。然而这种防护方法仅针对上管道外,而对于管道内部的防腐处理则效果不大,所以同时也要使用其他合理有效的措施,按照规定控制涂漆厚度;外部防腐处理主要采用的是绝缘方式。
  2、加强管材制造控制,提高防腐性能。
  上文提到管材成分和制造工艺也会影响管道的防腐性能,因此,应该以此为切入点,控制好管材成分,加大制造工艺的控制力度。当前,钢质管道是我国最常用的管道,钢材的化学成分对腐蚀有直接影响。如果采用非金属含量高的材质,管道相对更容易腐蚀。同时,如果管道采用钢材等级不高,还会使得管道表面出现开裂。因此,必须要要选择优质钢材,必须要确保管道制作过程的精细化,从而起到改善其防腐性能的作用。
  3、积极采用新管材,避免腐蚀问题。
  金属管材的特殊性质决定了其极易受到腐蚀,为了改善这一现状,可以在石油管道运输领域采用新的具有较强防腐性能的管材。例如可以采用耐蚀合金钢管材、玻璃钢管材或塑料管材等,这三种材料与金属管材相比,耐腐蚀性明显。耐蚀合金钢管材本身具有较强的耐腐蚀性能,它可以通过自身的这种抗腐性能来抵御二氧化碳等的腐蚀。这种管材虽然前期投入大,但如果能够在石油运输中采用这种管材,不必采用其他的配套防腐措施,就能够达到有效的防腐目的。目前,已有国家致力于这种管材的研制,我国也应该加大研制力度,并推广使用这种管材。玻璃钢和塑料管材不但具有较强的耐腐蚀性能,而且还具有环保优点,对实现石油的绿色运输意义重大,我国应该加大对这种具有广阔发展前景的管材的开发和应用力度。
  此外,针对石油管道的内腐蚀问题展开探讨。石油管道内腐蚀机理:腐蚀,是物质在周围介质的作用下生成其它物质而损失掉的过程。从能量的角度来看,腐蚀是能量转换过程。被腐蚀的物质处于能量较高的状态,腐蚀产物处于能量较低的状态,二者之间存在一定的能量差。高能状态不稳定,它要向低能状态过渡,并释放出多余的能量,这一过程是自发进行的。
  随着科学技术的发展,新型材料如耐热、耐压塑料,高强度复合材料等投入使用,使防腐技术进入了一个新的阶段。碳素钢管道的衬塑技术是一种新型管道内防腐技术。衬塑涂层有如下优点:衬塑对金属是完全均匀的覆盖;衬塑对管道内表面的净化要求,不像涂层与其净化处理质量具有直接的相关性;衬塑对管道的振动,冲击比涂层敏感性小,不断裂或剥落。管道衬塑最突出的特点是:管道可承受高压又能抵抗油品的各种介质腐蚀,是一种有价值和值得大力推广的新技术。
  结束语
  经济稳定发展也推动了我国建设石油管道的相关工作,并且越来越重视石油管道的防腐技术。随着管道防腐技术的完善、成熟,制造管道的技术以及研究分析材料方面都取得了显著成效。在应用石油管道防腐技术的过程中,尤其要重视管理运行和腐蚀检测工作,为推动油气管道事业不断稳定、快速发展打下基础。
  参考文献
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