油氣管道的腐蝕與防護
【摘要】：隨著我國經濟的不斷發展，輸油管道的使用優點日益突出，但埋地管道的腐蝕嚴重影響其使用壽命和所輸油品質量，甚至造成洩漏汙染環境。文章通過對金屬管道的腐蝕機理分析，了解腐蝕發生的原因、採用有效的腐蝕檢測方法、提出有效的防護措施。
關鍵詞：輸油管道；腐蝕；防護
【引言】
管道是隨著石油生產而產生的一種特殊的運輸方式，隨著**開發進入中後期，越來越多的腐蝕問題已顯現出來，由於腐蝕而引起的惡性突發事故，往往造成巨大的經濟損失和嚴重的社會後果。因此，了解腐蝕發生的原因，油氣管道的腐蝕機理、影響因素和控制方法，從而採取有效的防護措施，有著十分重大的意義。由於腐蝕的複雜性和多變性，任何防腐技術都不是萬能的，腐蝕是絕對的，防腐是相對的，所以我們需要更全面深入地了解腐蝕的環境特點，並通過合理的選材和設計預防腐蝕；同時採取適宜的防腐技術與措施來控制石油管道中的腐蝕。
這樣才能將石油管道的腐蝕損失降到最低程度。
一. 引起腐蝕的原因
引起油氣管道的內外腐蝕的因素包括：輸送介質的水、硫化氫、二氧化碳、無機鹽的含量，輸送介質的流動和沖刷，輸送的壓力和介質溫度，土壤的含鹽量、含水量和溫度等等，這些因素造成油氣管道存在多種腐蝕現象，如均勻腐蝕、應力作用下的區域性腐蝕(應力腐蝕開裂、氫損傷、磨損腐蝕)等。特別是在含滷水的積水管段，造成管道內壁電化學腐蝕穿孔、管道開裂事故時有發生。
1.1均勻腐蝕
均勻腐蝕是指在與環境接觸的整個金屬表面上幾乎以相同速度進行的腐蝕。在應用耐蝕材料時，應以抗均勻腐蝕作為主要的耐蝕性能依據，在特殊情況下才考慮某些抗區域性腐蝕的效能.
1.2 應力腐蝕
材料在特定的腐蝕介質中和在靜拉伸應力（包括外加載荷、熱應力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘餘應力，以及裂縫鏽蝕產物的楔入應力等）下，所出現的低於強度極限的脆性開裂現象，稱為應力腐蝕開裂.
|應力腐蝕過程一般可分為三個階段。第一階段為孕育期，在這一階段內，因腐蝕過程區域性化和拉應力作用的結果，使裂紋生核；第二階段為腐蝕裂紋發展時期，當裂紋生核後，在腐蝕介質和金屬中拉應力的共同作用下，裂紋擴充套件；第三階段中，由於拉應力的區域性集中，裂紋急劇生長導致零件的破壞.
在發生應力腐蝕破裂時，並不發生明顯的均勻腐蝕，甚至腐蝕產物極少，有時肉眼也難以發現，因此，應力腐蝕是一種非常危險的破壞.
1.3 腐蝕疲勞
腐蝕疲勞是在腐蝕介質與迴圈應力的聯合作用下產生的。這種由於腐蝕介質而引起的抗腐蝕疲勞效能的降低，稱為腐蝕疲勞。疲勞破壞的應力值低於屈服點，在一定的臨界迴圈應力值（疲勞極限或稱疲勞壽命）以上時，才會發生疲勞破壞。
而腐蝕疲勞卻可能在很低的應力條件下就發生破斷，因而它是很危險的.
1.4 晶間腐蝕
晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結合力的一種區域性腐蝕破壞現象。受這種腐蝕的裝置或零件，有時從外表看仍是完好光亮，但由於晶粒之間的結合力被破壞，材料幾乎喪失了強度，嚴重者會失去金屬聲音，輕輕敲擊便成為粉末.
1.5 磨損腐蝕
由磨損和腐蝕聯合作用而產生的材料破壞過程叫磨損腐蝕。磨損腐蝕可發生在高速流動的流體管道及載有懸浮摩擦顆粒流體的幫浦、管道等處。有的過流部件，如高壓減壓閥中的閥瓣（頭）和閥座、離心幫浦的葉輪、風機中的葉片等，在這些部位腐蝕介質的相對流動速度很高，使鈍化型耐蝕金屬材料表面的鈍化膜，因受到過分的機械沖刷作用而不易恢復，腐蝕率會明顯加劇，如果腐蝕介質中存在著固相顆粒，會大大加劇磨損腐蝕.
1.6 氫脆
金屬材料特別是鈦材一旦吸氫，就會析出脆性氫化物，使機械強度劣化。在腐蝕介質中，金屬因腐蝕反應析出的氫及製造過程中吸收的氫，是金屬中氫的主要**。金屬的表面狀態對吸氫有明顯的影響，研究表明，鈦材的研磨表面吸氫量最多，其次為原始表面，而真空退火和酸洗表面最難吸氫。
鈦材在大氣中氧化處理能有效防止吸氫腐蝕是金屬和周圍的環境起化學或電化學反應而導致的破壞**蝕。國際標準化組織iso 6044―1999和我國國標gb/t10123將腐蝕定義為「金屬與環境間的物理作用-化學相互作用，其結果是使金屬效能發生變化，導致金屬、環境及其構成的技術體系功能受到損傷」。
2、油氣管道腐蝕的檢測方法
**腐蝕監測方法很多，從原理上課分為物理測試、電化學測試、化學分析[3]。 腐蝕監測方法隨著理論和生產中的需要不斷地發展，到目前為止國內外的監測技術有很多，下面我就介紹幾點：腐蝕試片法，採用試片反映實際腐蝕情況；電阻法，採用（er）電阻探針測量全面腐蝕；氫滲透法，採用氫探針監控氫致開裂和硫化物高壓腐蝕開裂；電感法，也稱磁阻法，採用電感探針測量全面腐蝕；電化學雜訊法，採用電化學雜訊（en）在多項流和油品中進行全面腐蝕和區域性腐蝕以及微生物腐蝕的測量；聲發射法，採用聲學沙探針來測量磨蝕；漏磁通法，通過監測磁感線的變化監測腐蝕情況；超聲波檢測法，通過超聲波脈衝的監測被腐蝕點厚度變化；定點測厚；定點測厚；電化學法電，實時檢測的有效方法；感探針法，解析度較高的監測方法。
3、油氣管道腐蝕的防護技術
3.1塗層防腐蝕技術
管道外部覆蓋層，亦稱防腐絕緣層(簡稱防腐層)。將防腐層材料均勻緻密地塗敷在經除鏽的管道外表面上，使其與腐蝕介質隔離，達到管道外防腐的目的。對管道外防腐層的基本要求是：
與金屬有良好的粘結性；電絕緣效能好；防水及化學穩定性好；有足夠的機械強度和韌性；耐熱和抗低溫脆性；耐陰極剝離效能好；抗微生物腐蝕；破損後易修復，並要求廉價和便於施工。現有的防腐層材料，如石油瀝青、煤焦油瓷漆、溶結環氧粉末(fbe)、三層pe復合結構等。
(1)石油瀝青：屬於熱塑性材料，低溫時硬而脆，隨溫度公升高變成可塑狀態，公升高至軟化點以上則有可流動性，發生瀝青流淌現象；瀝青的密度在1．01～1．04／era~之間；石油瀝青覆蓋層根莖穿透效能差，不耐微生物腐蝕。為了改石油瀝青的效能，我國開發了改性石油瀝青熱烤纏帶的新產品。
改性的瀝青可提高軟化和抗植物根的穿透力，在韌性、抗滲水性等各項指標上也均有提高。
(2)煤焦油瓷漆：煤焦油瓷漆比石油瀝青吸水率低，粘結性優於石油瀝青，抗植物根莖穿透和耐微生物腐蝕切電絕緣效能能好，它的使用壽命可達6o年以上。煤焦油防腐層對溫度比較敏感，施工熬製和澆塗得過程中容易逸出有害物質對環境和人體健康有影響，施工時應嚴格按照標準執行。
國外使用已有70多年歷史，近年來因受環保的限制逐漸被其他覆蓋層代替。
(3)溶結環氧f~i<(fbe)fbe防腐層硬而薄，與鋼管的粘結力強，機械效能好，具有有意的耐腐蝕性能，其使用溫度可達_6o～io0~c範圍，適用於溫差較大的地段，特別是耐土壤應力和陰極剝離效能最好。但由於fbe層較薄，對損傷的抵抗力差，對除鏽等施工質量要求嚴格。美國的大直徑的新建管道fbe是首選塗料，佔各類防腐層用量的第一。
我國從l985年開始廣泛使用fbe塗料。
(4)三層pe復合結構：20世紀8o年代由歐洲率先研製和推出的三層pe復合結構發展了fbe和pe的優點，使防腐層的效能更加完善。它利用環氧粉末與鋼管表面牢固結合，利用高密度聚乙烯耐機械損傷，兩層之間特殊的膠層使三者形成分子鍵結合的復合結構，實現防腐蝕效能、機械效能的良好結合，是目前國內大型管道工程首選的塗層。
由於埋地管道屬隱蔽工程，管道所處環境不是完全一樣的，為某一具體工程選擇一種合適的防護層，則需要根據實際情況進行選用。
3.2油氣管道的陰極防護技術
⑴犧牲陽極的陰極保**
在待保護的金屬管道上連線一種電位更負的金屬或合金（如鋁合金，鎂合金）。由於管道上原來的腐蝕電池陽極的電位比外加的犧牲陽極的電位要正，整個管道就成為陰極。
作為犧牲陽極材料，必須滿足以下的要求：有足夠負的穩定電位；自腐蝕速率小且腐蝕均勻，有高而穩定的電流效率；電化學當量高，即單位重量產生的電流量大；工作中陽極極化要小，溶解均勻，產物容易脫落；腐蝕產物不汙染環境，無公害；材料**廣，加工容易，**低廉。常見的犧牲陽極有鎂基、鋅基和鋁基合金三類。
由於犧牲陽極保護部需要外電源，管理簡單，對鄰近的金屬結構干擾較小，適於站場內設施及管道的區域性保護，也適用於難以管理的海上、沼澤地區的陰極保護。
⑵外加電流的陰極保護
將被保護金屬與外加的直流電源的負極相連，把另一輔助陽極連線到電源的政績，使被保護金屬全成為陰極。
外加電流在管道和輔助陽極間所建立的電位差，顯然可比犧牲陽極與管道間的電位差大得多，因此，它的優點是可供給較大的保護電流，保護距離長；便於調節電流和電壓，適用範圍廣；輔助陽極的材料只要求有良好的導電性和抗腐蝕性，不消耗有色金屬。其缺點是需要外電源和經常的維護管理，對鄰近的金屬結構有干擾。
長距離的油氣管道最常用的是外加電流的陰極保護。
3.3緩蝕劑防護技術
緩蝕劑又稱腐蝕抑制劑阻抑劑。緩蝕劑是一種當它以適當的濃度和形式存在於環境(介質)時可以防止或減緩腐蝕的化學物質或復合物質。緩蝕劑是通過緩蝕劑分子上極性基團的物理吸附作用或化學吸附作用，使緩蝕劑吸附在金屬表面。
這樣，一方面改變金屬表面的電荷狀態和介面性質，使金屬表面的能量狀態趨於穩定化，從而增加腐蝕反應的活化能，使腐蝕速度減慢；另一方面被吸附的緩蝕劑上的非極性基團，尚能在金屬表面形成一層疏水性保護膜，此膜阻礙著與腐蝕反應有關的電荷或物質的轉移，故能使腐蝕速度減小。
4、結語
油氣管道的防腐，在現今越來越凸顯其重要地位與作用，了解其腐蝕的原理以及分類，並作出相應的預防與檢測、防護和修復的技術性設計，進而維護油氣管道的正常運作，保證油氣輸送的安全以及效益。油氣管道的防腐技術發展到現在，隨日漸成熟，進一步研究油氣管道的防腐技術也還是很有必要的，在前人的基礎上不斷完善與創新，創造出更加具有實用性以及經濟效益的防腐技術，為人類社會的發展做出更大的貢獻。
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航空材料與腐蝕防護 一 填空題 1 靜力破壞的抗力主要取決於材料的本質 2 造成疲勞破壞的重複變化載荷稱為交變載荷 3 疲勞載荷一般可分為確定與隨機的兩種。4 應力或應變的每一週期性變化稱為乙個應力迴圈或應變迴圈 5 應力或應變波，當其中最大值為正值，最小值為負值時，稱為交變 6 疲勞強度是指材料或...
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