埋地油氣管道輸送易燃、易爆、易擴(kuò)散、甚至有毒的介質(zhì)，并穿越村莊、工業(yè)園區(qū)、河流、道路、電纜、其他管道等沿途設(shè)施，穿越距離長(zhǎng)、影響區(qū)域廣，若管道損壞介質(zhì)泄露，極易引起火災(zāi)爆炸事故，造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染等后果，并導(dǎo)致企業(yè)社會(huì)形象降低。

影響管道安全運(yùn)行因素主要有人為破壞、自然災(zāi)害損壞、腐蝕損害，而腐蝕損害是管道安全運(yùn)行的主要影響因素，因此研究分析埋地油氣管道腐蝕原因提出防護(hù)對(duì)策對(duì)管道的安全運(yùn)行、防止泄漏爆炸事故至關(guān)重要。

1  腐蝕原因分析[1]

1.1 腐蝕環(huán)境

1.1.1管道外部腐蝕：

埋地油氣管道穿越距離長(zhǎng)，穿越區(qū)域存在不同的土壤、含水率、地下水位、溫度，且大地和水中含有雜散電流、鹽、細(xì)菌，這些因素均會(huì)造成管道外部腐蝕損害。

1.1.2管道內(nèi)部腐蝕

埋地油氣管道輸送含有S和H2O的原油、含有O2和H2O的成品油或化工品、含有H2S和CO2的天然氣，形成管道內(nèi)部腐蝕的環(huán)境。

1.2 腐蝕基本原理

1.2.1化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕是在一定的條件下，非電解質(zhì)中的氧化劑直接與金屬管道表面的原子相互作用，即氧化還原反應(yīng)是在反應(yīng)粒子相互作用的瞬間碰撞的那一個(gè)反應(yīng)點(diǎn)上完成的。在化學(xué)腐蝕過(guò)程中，電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進(jìn)行，因而沒(méi)有電流發(fā)生，管道表面的腐蝕流失比較均勻，該類(lèi)腐蝕較輕。

1.2.2電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是指金屬管道與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞，在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生，電化學(xué)腐蝕是埋地管道腐蝕的主要類(lèi)型。電化學(xué)腐蝕是通過(guò)原電池腐蝕和電解腐蝕進(jìn)行的：

（1）原電池腐蝕

金屬管道在電解質(zhì)溶液中形成一個(gè)短路的原電池電極反應(yīng)結(jié)果而形成的腐蝕，這種腐蝕稱(chēng)為原電池腐蝕。這種腐蝕原電池將導(dǎo)致金屬管道材料的破壞，不對(duì)外界作有用功。對(duì)于埋地油氣管道而言，其周邊的含水土壤、濕度較大的空氣均含有電解質(zhì)溶液。

（2）電解腐蝕

地層中存在的雜散電流使金屬管道在電解質(zhì)溶液中發(fā)生電解而形成的腐蝕，這種腐蝕稱(chēng)為電解腐蝕。該類(lèi)腐蝕將大地作為電流的回路，電阻相對(duì)較小的埋地金屬管道作為電流的旁路，其影響因素多、腐蝕速度快。

1.2.3細(xì)菌腐蝕

最主要的直接參與自然界S、Fe循環(huán)的細(xì)菌——硫氧化細(xì)菌、硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌等。腐蝕往往是多種微生物共生、交互作用的結(jié)果。

2  腐蝕防護(hù)對(duì)策

2.1 防腐設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的龍頭，合理的設(shè)計(jì)是保證工程建設(shè)質(zhì)量、運(yùn)行安全、節(jié)約投資的首要條件，只有做到了合理的管道防腐設(shè)計(jì)，再談管道的腐蝕防護(hù)才有實(shí)際意義。

防腐層使發(fā)生電化學(xué)活性材料相互隔離，達(dá)到防止金屬管道腐蝕的作用，但是防腐層在施工過(guò)程中總是有缺陷的，如防腐層上存在的小孔不可避免，小孔的存在會(huì)加速金屬管道的腐蝕速率。因此，埋地油氣鋼制管道采取防腐層及陰極保護(hù)聯(lián)合腐蝕控制措施，并按照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼制管道外腐蝕控制規(guī)范》GB/T 21447、《埋地鋼質(zhì)管道外壁有機(jī)防腐層技術(shù)規(guī)范》SY/T 0061、 《埋地鋼制管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB/T21448的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取防腐蝕措施。

2.1.1 外防腐層

管道鋼材表面腐蝕等級(jí)和除銹等級(jí)按GB/T 8923執(zhí)行，管道的外防腐涂層可選用石油瀝青、環(huán)氧煤瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯、聚乙烯膠粘帶、熔結(jié)環(huán)氧粉末等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)腐蝕性分級(jí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，確定防腐涂層類(lèi)型及等級(jí)，并在設(shè)計(jì)文件中明確各涂層的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在蘆葦?shù)貛Ш图?xì)菌腐蝕較強(qiáng)的地區(qū)，禁用石油瀝青等容易被植物根穿透和不耐細(xì)菌腐蝕的材料做防腐層。

2.1.2 內(nèi)防腐

管到內(nèi)壁防腐可以分為三種類(lèi)型的方法：①界面防護(hù)，包括涂防腐層和電化學(xué)保護(hù)，被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的有效防護(hù)措施；②化學(xué)藥劑防護(hù)，如添加緩蝕劑、殺菌劑、除氧劑；③選用耐腐蝕的管材。目前設(shè)計(jì)中采用最普遍的是界面防護(hù)中的防腐層，俗稱(chēng)內(nèi)涂層，將腐蝕介質(zhì)與鋼管表面隔開(kāi)，以防止腐蝕[1]。管道內(nèi)防腐設(shè)計(jì)，一般常見(jiàn)于油氣田管道，因其輸送介質(zhì)混雜了許多腐蝕因素，如高礦化度的水、溶解氧、二氧化碳、硫化氫、硫化鹽還原菌和氯離子等。管道內(nèi)防腐層可選用液體環(huán)氧涂料、環(huán)氧粉末等。

2.1.3 陰極保護(hù) [2]

在腐蝕電池中，陽(yáng)極腐蝕，陰極不腐蝕，陰極保護(hù)利用這一原理，使成為陰極的金屬管道便不發(fā)生腐蝕，達(dá)到防止管道腐蝕的目的。埋地油氣管道陰極保護(hù)可分別采用犧牲陽(yáng)極法、強(qiáng)制電流法或兩種方法的結(jié)合，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)視管道工程規(guī)模、土壤環(huán)境、管道防腐層質(zhì)量等因素，經(jīng)濟(jì)合理地選用。

2.1.4 排流保護(hù)

當(dāng)有埋地油氣管道穿越土層有雜散電流時(shí)，通過(guò)排流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的陰極極化，這時(shí)雜散電流就成了陰極保護(hù)的電流源。在交、直流干擾源影響區(qū)域的埋地油氣管道，應(yīng)按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《埋地鋼制管到交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50698、《埋地鋼制管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》SY/T 0017、《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 》GB 50991的相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)，采取有效的排流保護(hù)、防護(hù)措施。

2.2 防腐施工

2.2.1外防腐層保護(hù)

在施工時(shí)容易造成埋地管道防腐層破損而露出管道金屬表面，裸露的金屬表面與管道周邊的水形成眾多陰極和陽(yáng)極從而腐蝕管道。隨著腐蝕會(huì)不斷加深和擴(kuò)大，導(dǎo)致防腐層逐漸成片脫落，進(jìn)而造成嚴(yán)重的管道底部銹蝕形成穿孔，發(fā)生泄漏事故。因此在施工過(guò)程中，要保護(hù)管道外防腐層完整不被損壞，主要施工要點(diǎn)如下：

防腐管道運(yùn)輸、堆放時(shí)，與管材接觸面應(yīng)墊軟墊層（如沙袋、草袋等）；若為巖石、卵礫石的管溝，應(yīng)在溝底先鋪設(shè)細(xì)土或砂墊層，壓實(shí)后的厚度一般不小于0.2m；嚴(yán)禁用鋼絲繩等硬質(zhì)吊帶吊裝，嚴(yán)格按規(guī)范要求用柔性吊帶（如尼龍吊帶）吊裝；下溝前要檢查防腐層是否完整；敷設(shè)管道時(shí)，嚴(yán)禁磕碰、拖拽、刮蹭；焊接口預(yù)留合適的位置，避免防腐層過(guò)熱影響防腐性能，焊口處經(jīng)外觀質(zhì)量檢查及無(wú)損探傷檢查合格后才能進(jìn)行防腐處理；回填前將陰極保護(hù)測(cè)試線焊好并引出，待回填后安裝測(cè)試樁；回填時(shí)應(yīng)先用細(xì)土回填至管頂以上0.3m，方可用原開(kāi)挖土回填。

2.2.2 管材保護(hù)

（1）在鋼管機(jī)械加工和施工過(guò)程中盡量減少金屬各部分的變形、內(nèi)應(yīng)力不均勻、刮痕，這是因?yàn)殇摴茏冃?、?yīng)力大、刮痕的部位的負(fù)電性增強(qiáng)，常成為腐蝕電池的陽(yáng)極，造成管道腐蝕。

（2）施工中最常見(jiàn)也最容易忽視是將舊管道焊接在新管道上，此時(shí)新管為陽(yáng)極，從而形成原電池腐蝕，造成管道腐蝕。

2.2.3 管道防腐層補(bǔ)口、補(bǔ)傷

管道防腐層補(bǔ)口、補(bǔ)傷是保證管道防腐完整性的重要工藝，也是整條管道防腐層質(zhì)量中的最薄弱環(huán)節(jié)[3]。因此，無(wú)論是工廠預(yù)制還是現(xiàn)場(chǎng)施工的防腐管，管道回填前均須進(jìn)行管道防腐層補(bǔ)口、補(bǔ)傷，可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《管道外防腐補(bǔ)口技術(shù)規(guī)范》GB/T 51241-2017（明年執(zhí)行）相關(guān)規(guī)定施工。主要施工要點(diǎn)如下：

（１）現(xiàn)場(chǎng)防腐補(bǔ)口、補(bǔ)傷應(yīng)由經(jīng)防腐施工培訓(xùn)并取得合格證的人員按現(xiàn)場(chǎng)防腐補(bǔ)口、補(bǔ)傷作業(yè)指導(dǎo)書(shū)操作，并安排專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)示范操作和指導(dǎo)。

（2）雨天、風(fēng)沙天、風(fēng)力達(dá)到5級(jí)以上、相對(duì)濕度大于85%時(shí)，無(wú)有效防護(hù)措施時(shí)，不得進(jìn)行補(bǔ)口、補(bǔ)傷露天作業(yè)。

（3）防腐層端部有翹邊、開(kāi)裂等缺陷時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修口處理，一直切除到防腐層與鋼管完全粘附處為止。

（4）除銹完畢后，應(yīng)清除灰塵。管口表面處理與補(bǔ)口間隔時(shí)間不宜超過(guò)2h。如果有浮銹，應(yīng)重新除銹。

2.3 防腐管理

《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB/T 21448規(guī)定了陰極保護(hù)運(yùn)行前、運(yùn)行調(diào)試、投產(chǎn)后、檢測(cè)周期、系統(tǒng)維護(hù)等方面的技術(shù)要求?！朵撝乒艿劳飧g控制規(guī)范》GB/T 21447規(guī)定了防腐層及陰極保護(hù)管理：在管道運(yùn)行過(guò)程中，防腐層應(yīng)按《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》SY/T 0087的有關(guān)規(guī)定對(duì)防腐層進(jìn)行檢查，可作為防腐層維護(hù)的依據(jù)；已建管道工程防腐層的檢測(cè)和修復(fù)可按《埋地鋼質(zhì)管道外防腐層修復(fù)技術(shù)規(guī)范》 SY/T 5918的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；陰極保護(hù)參數(shù)應(yīng)每年至少測(cè)試一次，根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)變化情況、安全考慮和檢測(cè)的經(jīng)濟(jì)性，適當(dāng)選擇間隔時(shí)間長(zhǎng)短，但不應(yīng)超過(guò)15個(gè)月；陰極保護(hù)管理應(yīng)執(zhí)行《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)管理規(guī)程》 SY/T 5919的有關(guān)規(guī)定，陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)試應(yīng)符合《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》 GB/T 21246的有關(guān)規(guī)定。

3 埋地管道防腐案例

某成品油輸送管道直徑DN200，管線水平總長(zhǎng)度30.12公里，從泵站出站后埋地敷設(shè)，穿越8個(gè)村莊，穿越砼公路2處，穿越市政供水管道1處，穿越供水管道、回水管道（發(fā)電廠供熱管道）1處。該成品油管道建設(shè)時(shí)間已超過(guò)12年，一直未進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)、評(píng)價(jià)，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》（GB 32167-2015）理解——要解決管道的安全性問(wèn)題，就要加強(qiáng)管道腐蝕的檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采取措施，保證管道始終處于安全狀態(tài)。

3.1 管道的檢測(cè)

采用超聲導(dǎo)波技術(shù)檢測(cè)，其具有效率高、成本底、靈敏性高、檢測(cè)距離長(zhǎng)（理論檢測(cè)長(zhǎng)度為150米，本次檢測(cè)取100米）、一次性檢測(cè)出腐蝕結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)，是目前壓力管道腐蝕檢測(cè)最常用的方法。

3.2 腐蝕原因

（1）管道埋地敷設(shè)在不同深度或穿越不同性質(zhì)土壤而導(dǎo)致的氧濃度腐蝕；

（2）管道部分穿越區(qū)域土壤含有cl離子，使土壤有較強(qiáng)的腐蝕性；

（3）管道原采用兩層聚乙烯膠粘帶（廠制）防腐，施工末段約400米處由于管材缺少，施工單位新購(gòu)管材，采用人工搭接聚乙烯膠粘帶（且為冬季），施工措施不到位，造成防腐層脫落，導(dǎo)致末段約400米管道腐蝕嚴(yán)重；

（4）部分植物根系深入防腐層內(nèi)部，導(dǎo)致管材直接和土壤接觸而發(fā)生腐蝕；

（5）同供熱管道（其保溫層破壞）直接接觸，影響防腐層性能。

3.3 處理措施

根據(jù)檢測(cè)方案開(kāi)挖300處用于防腐檢測(cè)，共檢測(cè)出防腐缺陷76處，其中較明顯腐蝕4處，進(jìn)行防腐修復(fù)72處，更換管道4處（約400米），同供熱管道的管理方協(xié)商修復(fù)保溫層。

3.4 案例總結(jié)

（1）定期對(duì)管線沿途進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理（如發(fā)現(xiàn)管線周?chē)L(zhǎng)有根系發(fā)展的樹(shù)木，必須及時(shí)清除）；

（2）重點(diǎn)關(guān)注同供熱管道交叉處，需定期開(kāi)挖檢查；

（3）定期進(jìn)行壁厚檢測(cè)；

（4）提高施工質(zhì)量管理，堅(jiān)決執(zhí)行國(guó)家有關(guān)質(zhì)量的各項(xiàng)方針、政策、法律、法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)；

（5）本管道埋地深度在地下水位以下，建議增加陰極保護(hù)，提高防腐效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

腐蝕是管道安全運(yùn)行的主要影響因素，管道外部腐蝕和內(nèi)部腐蝕按其作用原理可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、細(xì)菌腐蝕，從設(shè)計(jì)、施工、管理三方面采取相應(yīng)的腐蝕防護(hù)對(duì)策，并結(jié)合案例進(jìn)行分析，進(jìn)而保證管道的安全運(yùn)行、防止泄漏爆炸事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 俞蓉蓉、蔡志章。地下金屬管道的腐蝕與防護(hù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[2] GB/T 21448-2008,埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社。

[3] 吳淑貞、馬金濮。管道防腐補(bǔ)口技術(shù)的進(jìn)展及施工要求［J］。石油和化工設(shè)備，2010, 13（3）：39-42.

作者：劉凱，1983年生，男，工程師，碩士，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工程設(shè)計(jì)及工程項(xiàng)目管理。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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