高压管道的防腐技术

摘 要：高压管道防腐技术对于管道的使用寿命和安全运行有着至关重要的作用.随着社会的不断发展、石油工业的迅速发展,对管道运输的运用也越来越广泛,这对我国的管道防腐技术提出了新的要求.本文结合本人多年的工作经验,对天然气管道防腐技术进行了几方面的简要分析.

关 键 词：高压；管道防腐；技术

【分类号】：TE988.2

管道的腐蚀问题对我国的经济已造成一定的影响,我国每年因管道腐蚀所造成的损失是上亿元人民币.改革开放以来,我国经济持续快速发展,能源需求量不断增大,管道的建设量也不断增加,将要建设的天然气管道达l万千米以上,各个城市规划中将要建设的各种供气、供水、供热管道更是数不胜数,因此,天然气管道在人们的生活的越来越重要,加强天然气管道防腐技术的研究有着重大意义

一、金属发生腐蚀的机理

管道腐蚀分为内、外部位的腐蚀；根据腐蚀原因又可分为生物化学、电化学以及化学腐蚀等.其中由细菌等的生命活动引起的金属腐蚀称为生物化学腐蚀；由管道金属与空气、土壤中的各种化学物质发生化学反应,造成金属表面流失均匀并且没有发生化学能转变为电能的腐蚀被称为化学腐蚀；在电解质溶液中金属被溶解失去电子,产生电流流动,这种腐蚀称为电化学腐蚀.电化学腐蚀和化学腐蚀是主要腐蚀.

电化学腐蚀的原因是当把金属放入电解质中后,由于金属内部结构及外部环境,金属表面各点的电位并不相同.其中电位较高的为阴极、电位较低的为阳极,电子由阳极向阴极移动,而位于阳极区的金属原子失去电子,成为带正电的离子,正离子与电解质中的负离子发生反应生成腐蚀产物,金属腐蚀发生.而在阴极区,由于存在多余的电子,金属不会发生腐蚀.

金属发生电化学腐蚀需要四个条件：

（1）阴极：在电化学反应中得到电子的电极；

（2）阳极：在电化学反应中失去电子的电极；

（3）电解液：含有离子的溶液；

（4）导体：电子迁移的途径（金属导体）.

当这四个因素都存在时金属就会发生金属腐蚀,而除去其中的任意一个元素,腐蚀就会停止.防腐层就是把金属与电解液隔离,去掉电解液与金属接触而达到防腐目的.

二、管道防腐技术

1.管道外涂层防腐

我国的管道外防腐层技术需要向高性能、复合化、寿命长和经济性好这几个方面发展.目前国外输气管道外防腐层主要是应用聚乙烯包覆层、环氧粉末、三层PE结构防腐层等材料.我国的天然气管道外防腐层也已经开始应用这些材料,而且,这也已经成为一种趋势.

NACE标准列出了涂层的下列理想特性：

（1）有效的电绝缘体.由于土壤的腐蚀是一个电化学过程,管道涂层必须通过将管道与它的环境、电解质隔离来隔断电流.为了保证较高的电阻,涂层必须是有效的绝缘体.

（2）有效的湿气阻碍.水在涂层中的迁移可能产生鼓包而且通过破坏隔离层而引起腐蚀.

（3）与管道表面良好的附着力.管道涂层需要有足够的附着力这样才能防止水进入到涂层和管道之间,和结合力一起共同抵抗土壤的应力.土壤的应力是管道涂层损坏的主要原因.

但是,涂层防腐也存在一定缺陷,尤其是管道投产运行后.单用涂层保护是不可行的,因为理想状态的涂层根本实现不了,一旦涂层上有破损或针孔,就会形成大阴极、小阳极的腐蚀电池.由于腐蚀电池的作用,使得腐蚀集中在破损或针孔的局部地方,比不用涂层还危险,大大加速了管道的点蚀速率.经过研究,破损点的面积与破损点接地电阻并非线性关系.在同一管地电位差和相同的土壤电阻率条件下,阴极保护电流密度随着破损点面积变小而变大；阴极保护电流密度随着破损点面积变大而变小.在同一地区的管道,小破损点已经极化到阴极保护标准,而大破损点则因未极化到阴极保护标准继续存在腐蚀；破损点的接地电阻与土壤电阻率几乎成正比,在同样的管地电位差条件下,相同大小的破损点,低土壤电阻率地区可能极化到阴极保护标准,高土壤电阻率地区就有可能达不到阴极保护的电位标准.图1表示在不同的通电电位（即通电状态下的管地电位）在各种土壤电阻率地区能达到阴极保护标准（断电电位或负极化电位-0.85V）最大的破损点直径,若大于该直径就达不到阴极保护标准.

图1不同通电电位时,能达到-0.85V极化电位的最大破损点直径

2.阴极保护防腐

对裸露的金属表面,只用阴极保护技术就可以起到防腐蚀作用,但是耗电巨大,不经济,甚至不可行.但是如果使用涂层,就会极大地减少了管道裸露的面积,使得阴极保护的电流密度降低,大大地扩大了保护范围,使阴极保护防腐方法变得经济和可行.所以国内外标准、规范都规定了涂层与阴极保护相结合才是埋地管道防蚀技术.

阴极保护技术就是向被保护的钢质管道通足够的直流电流,使得管道表面产生阴极极化,消除或者减小产生钢质管道腐蚀的各种原电池的电极电位差,把腐蚀电流降为零附近,进而达到阻止腐蚀的目的.阴极保护有两种办法可以实现,即外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护.牺牲阳极阴极保护是将更活泼的金属与被保护金属连接,共同放在同一电解质中,使该金属上的电子转移到被保护金属上去,使整个被保护金属处于一个较低的电位下.此方法广泛适用于保护小型或处于低土壤电阻率环境中的金属结构,如城市管网、小型储罐等,特别适用于天然气管道.外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极,迫使电流从土壤中流向被保护金属,使被保护金属结构电位低于周围环境.该方法适合于长距离、大口径的天然气管道,不受管道沿线地形限制.

阴极保护技术应用于埋地天然气管道应符合的条件：

（1）腐蚀介质必须是能导电,这样才能建立起连续的电路；

（2）被保护的金属材料在所处的电解质中要容易被极化,否则耗电量大,进行阴极保护比较困难；

（3要采用覆盖层绝缘以降低保护电流密度,为防止电流的流失要将保护管道与非保护管道进行电绝缘；

（4）被保护管道间的电连续性也是阴极保护的必要条件.

3.缓蚀剂防护

缓蚀剂保护是在腐蚀环境中,添加少量能减缓或者阻止金属腐蚀的物质来保护金属的方法.缓蚀剂防腐蚀使用方便、投资少、收效快,所以对于燃气管道的防腐有很广阔的前景.缓蚀剂通过缓蚀剂分子上极性基团的物理或化学吸附作用,使缓蚀剂吸附在金属表面,缓蚀剂的吸附可分为物理吸附和化学吸附.物理吸附是由缓蚀剂离子与金属的表面电荷产生静电吸引力和范德华力所引起的,这种吸附快而可逆；化学吸附则是由中性缓蚀剂分子与金属形成了配位键,它比物理吸附力强而不可逆,但吸附速度却较慢.其作用机理是：一方面由于被吸附的缓蚀剂上具有非极性基团,在金属表面上能形成一层疏水保护膜,保护膜能阻碍与腐蚀反应相关的物质或电荷的转移,使腐蚀速度减小；另一方面是改变缓蚀剂能改变金属表面的电荷状态和界面性质,使金属表面的能量状态趋于稳定化,增加了腐蚀反应的活化能,使腐蚀速度减慢.

高压管道防腐蚀技术在今后的社会发展中起着更为重要的作用,是保证管道运输正常运行的重要措施,因此,必须加强发展用于管道防腐的新设备、新技术和新材料的开发与研究,以满足我国管道建设的快速发展的要求.