管道輸送具有運輸方便、輸送量大、密閉安全、操作簡單等優(yōu)點，在油氣儲運過程中得到廣泛使用。埋地鋪設(shè)是管道鋪設(shè)最為常見的鋪設(shè)方式，而腐蝕是造成埋地管道失效和破壞的主要原因之一。由于管道所輸送的介質(zhì)中大部分都含有酸性腐蝕成分，加之管道所處的土壤環(huán)境復雜，這就使得管道的內(nèi)外壁很容易受到腐蝕，造成穿孔、泄漏等危害，因此，如何進行油氣管道的防腐保護已成為管道輸送的重要課題。

    1 埋地管道腐蝕類型

    根據(jù)埋地管道腐蝕的形成原因及位置不同，可將其分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕。由于管道所輸送的介質(zhì)不同，以及管道所處的環(huán)境不同，內(nèi)腐蝕和外腐蝕對埋地管道的腐蝕程度也不同。美國管道安全局調(diào)查顯示，美國45%的管道退役是由于鋼質(zhì)管道外表面的腐蝕；根據(jù)前蘇聯(lián)的數(shù)據(jù)顯示：前蘇聯(lián)在1981至1987年間，在總長度24×104km的管線上發(fā)生事故1210起，其中，內(nèi)腐蝕占據(jù)了管線總事故數(shù)2.4%，外腐蝕占據(jù)了42.7%  。

    1.1 內(nèi)腐蝕

    管道的內(nèi)腐蝕是由管道輸送的介質(zhì)含有腐蝕性成分引起的 。輸送不同的介質(zhì)，其腐蝕因素不同。

    通過對四川天然氣輸氣管網(wǎng)南干線的研究發(fā)現(xiàn)，其輸送的天然氣中H ₂ S、CO ₂ 、H ₂ O的含量高，粉塵多，從而導致管道頻繁出現(xiàn)穿孔和爆管事故。

    一般情況下管道內(nèi)腐蝕大多發(fā)生在彎頭、低洼積水處、氣液交界面等處。

    1.2 外腐蝕

    管道的外腐蝕主要是由管道在運行過程中所處的環(huán)境因素引起的。外腐蝕主要包括土壤腐蝕、雜散電流腐蝕等。

    1.2.1 土壤腐蝕

    土壤是引起埋地管道腐蝕的主要原因之一，其主要是由氣、液、固構(gòu)成的多項體系。土壤的固相間隙中常含有水和空氣，水中所含的鹽分使土壤具有離子導電性，從而使土壤具有一定腐蝕性。由土壤引起的腐蝕大部分屬于電化學腐蝕并且以氧去極化腐蝕為主，只有在酸性很強的環(huán)境中，才會發(fā)生氫去極化腐蝕。

    影響土壤腐蝕的因素較多，如含水率、電阻率、含鹽量、pH值等。在土壤發(fā)生電化學腐蝕過程中，陰、陽極反應(yīng)過程主要受到土壤結(jié)構(gòu)和濕度的影響。若土壤疏松、干燥，由于缺水，金屬無法形成水化離子，陽極反應(yīng)不容易進行，而由于通風性好，氧氣的滲透和流動性相對容易，陰極反應(yīng)容易進行，此時，電化學反應(yīng)過程受陽極反應(yīng)的限制。反之，在潮濕環(huán)境中，陽極反應(yīng)較陰極反應(yīng)相對容易，整個過程受陰極反應(yīng)的限制。

                                  埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層檢測方法原理特點一覽表                                                

    1.2.2 雜散電流腐蝕

    雜散電流是指在規(guī)定電路或意圖電路之外流動的電流，又稱迷走電流 [4] ，主要來源于輸電線路、電氣化鐵路、地磁場等。因此，根據(jù)電流來源，雜散電流又可分為直流雜散電流、交流雜散電流和地電流。

    其中，直流雜散電流對埋地管道的腐蝕最為嚴重，交流雜散電流和地電流對埋地管道的腐蝕較輕。

    雜散電流流入管道的部位帶負電，形成陰極區(qū)，該部位成為電化學腐蝕的陰極而受到保護，但當流過大時，會出現(xiàn)析氫現(xiàn)象，使防腐層脫離影響管道壽命。相反，雜散電流流出的部位成為陽極，該區(qū)域的金屬以離子的形式溶于周圍介質(zhì)中，管道因而受到電化學腐蝕。曹阿林 [5] 等通過計算得到，1A的雜散電流在1年內(nèi)可以腐蝕掉9.13kg的鋼鐵。

    2 埋地管道的腐蝕檢測

    2.1 內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)

    管道一旦發(fā)生腐蝕，其管壁必然會產(chǎn)生某些變化，如壁厚變薄、出現(xiàn)凹坑等。內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)主要是通過對管道內(nèi)壁的變化情況進行檢測和分析，從而確定管道的內(nèi)腐蝕程度。目前，非開挖管道的內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)主要包括超聲波檢測法、漏磁法、渦流檢測法、激光檢測法和電視測量法等。其中，國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的是超聲波檢測法和漏磁法。

    2.2 外腐蝕檢查技術(shù)

    外腐蝕檢測技術(shù)主要是通過檢測和分析管道外壁保護系統(tǒng)的損壞程度，從而判斷管道的腐蝕情況。目前現(xiàn)有的外覆蓋層檢測技術(shù)主要有6種，即Pearson檢測法、交流電流衰減法、直流電位梯度法（DCVG）、管中電流電壓法（也稱直流電流電壓法）、變頻-選頻法、密間隔電位法（CIPS），其原理和特點如表1所示 [6] 。

    3 埋地管道腐蝕防護

    3.1 內(nèi)腐蝕防護措施

    3.1.1 添加緩蝕劑

    向管道內(nèi)添加緩蝕劑是目前使用較為廣泛的一種防腐手段，咪唑啉類緩蝕劑是最為常用的緩蝕劑類型。當緩蝕劑投入管道后，它不僅可以增加腐蝕反應(yīng)所需要的活化能，而且還可以在金屬表面形成保護膜，阻礙電荷的轉(zhuǎn)移，減緩腐蝕速率。 對中原油田集輸管道的加劑監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，加劑后，緩蝕率達75%以上，管線穿孔數(shù)量明顯降低，平均下降62%，取得了較好的防腐效果。

    3.1.2 內(nèi)涂層防護

    在管道內(nèi)采用內(nèi)涂層技術(shù)可以有效的解決管道內(nèi)腐蝕問題，工程上常采用環(huán)氧樹脂粉末涂層和聚乙烯粉末涂層。我國管道內(nèi)涂層技術(shù)起步較晚，并且主要應(yīng)用在輸氣管線上，原油及成品油管線使用較少。

    3.2 外腐蝕防護措施

    3.2.1 外防腐層保護

    外防腐層保護是在埋地管道外壁上覆蓋防腐絕緣層，使之與土壤隔離，是外腐蝕防護的第一道屏障。目前，常用的外防腐層如下：

    （1）煤焦油瓷器：這類防腐層具有抗植物根莖穿入能力強、防水及抗老化性能好、成本低、可有效抵御細菌及堿類腐蝕等優(yōu)點，但其抗土壤應(yīng)力及熱穩(wěn)定性差，與陰極保護的相容性差，環(huán)境污染大。

    因此，常用于水位高、植物根莖多、微生物活動多的沼澤或灌木地區(qū)。

    （2）二層聚乙烯結(jié)構(gòu)：該類防腐層電絕緣性能好，機械強度高，吸水率低，耐土壤應(yīng)力好，但與金屬粘結(jié)力較差，在陽光下容易老化，適用于機械強度要求高、土壤應(yīng)力破壞大的地區(qū)。

    （3）熔結(jié)環(huán)氧粉末：這類防腐層與金屬粘結(jié)力強，溫度適用范圍廣，耐土壤應(yīng)力和耐陰極剝離性能好，但容易遭受沖擊破壞，耐水性能差，對涂裝過程要求嚴格，成本高。適合與大部分土壤環(huán)境，但不能用于石方段、地下水位高及土壤含水量較高處。

    （4）三層聚乙烯結(jié)構(gòu)：該類防腐層兼有熔結(jié)環(huán)氧粉末和二層聚乙烯結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，但制造成本高，涂敷工藝復雜。適用于環(huán)境復雜地區(qū)。

    3.2.2 陰極保護

    圖1 排流保護工作示意圖

    陰極保護是目前埋地管道最為常用的腐蝕防護方法，可分為犧牲陽極的陰極保護法和外加強制電流的陰極保護法。

    （1）犧牲陽極的陰極保護法：將電位更低、活性更強的金屬或合金接在埋地管道外壁上，由于電位低、活性強，電子從該極流出，形成電化學反應(yīng)的陽極，而管道則作為陰極，接收電子，受到保護。

    但其保護距離較短，沿線需多處設(shè)置。常用的陽極材料有鎂合金、鋁合金、鋅合金等。

    （2）外加強制電流的陰極保護法：將外加直流電源的負極與金屬管道相連，正極與輔助陽極相連，在外加電流的作用下，管道與輔助陽極之間存在較大的電位差，管道作為陰極而受到保護。該方法的保護距離更長，操作更簡單，不受雜散電流強度的影響。實際中常采用石墨電極作為輔助陽極。

    3.2.3 排流保護

    對于已經(jīng)產(chǎn)生的雜散電流，工程上常采用排流的方法來降低其危害。常用的排流方法有：直接排流法、極性排流法、強制排流法和接地排流法。直接排流法是用導線將管道與鐵軌直接相連，不借助其他輔助設(shè)備，只適合于順流情況，即管道對地電位高于鐵軌對地電位；極性排流法和強制排流法都是通過借助不同輔助設(shè)備（如二極管整流器，外加電源等）將管道與鐵軌相連，在逆流情況下仍可進行排流；而接地排流法則是將雜散電流直接引入地下，經(jīng)大地后回流至鐵軌。其工作示意圖如圖1所示。此外，對于雜散電流還應(yīng)該在源頭進行控制，減少泄漏。

    4 腐蝕防護與安全評價

    為了進一步提高埋地管道的運行安全，在分析了腐蝕原因和防腐措施的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)引進安全評價技術(shù)。根據(jù)埋地管道的腐蝕機理和腐蝕程度，對內(nèi)腐蝕、外腐蝕以及防腐措施建立相應(yīng)的評分標準，通過合理的打分判斷，確保埋地管道的安全運行。

     結(jié)論

    埋地管道的腐蝕問題時刻威脅著管道系統(tǒng)的安全，要將管道的腐蝕防護與安全評價技術(shù)相結(jié)合，建立相應(yīng)的評判體系，從而實現(xiàn)埋地管道安全運行的最終目的。

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