06-1105储运工程中金属腐蚀的特点及防护方法

6储运工程中金属腐蚀的特点及防护方法油气管道腐蚀特点流、细菌土壤、水环境、杂散电）2S、CO2O、盐类、H2输送油气介质(含H：管外壁管内壁：发生腐蚀输送介质易燃易爆输送压力高严重后果巨大经济损失油气管道腐蚀控制方法1）选用耐腐蚀材料选用该管道在具体运行条件下的适用钢材和焊接工艺。在特定环境下选用耐腐蚀材料在经济上也是合理的。比如：在国外城市煤气管网中逐步推广应用聚氯乙烯管。在海洋油气管道中建议采用含铜、钛的合金钢管等。2）选用管道防腐层及阴极保护的外防护措施3）控制管输流体的成分，如净化处理除去水及酸性组分4）使用缓蚀剂控制内腐蚀5）选用内防腐涂层6）建立腐蚀监控和管理系统第一节管道外覆盖层保护管道外部覆盖层，亦称防腐绝缘层（简称防腐层）。将防腐层材料均匀致密地涂敷在经除锈的管道外表面上，其功能在于隔绝腐蚀介质、切断腐蚀电池的外部电路，是管道防腐的第一道防线。一.防腐绝缘层的质量要求防腐绝缘层质量的优劣主要取决于它的粘结力和耐老化性。要得到性能良好的覆盖层，除选用合适的材料外，还需选用先进的施工工艺。1.有良好的电绝缘性：覆盖层的表面电阻不小于10000Ω·m2；耐击穿电压强度不得低于电火花检测仪检测的电压标准，即耐击穿电压不低于下式计算的数值。一.防腐绝缘层的质量要求注：三层PE的电火花检测电压一般为25KV。2.覆盖层应具有一定的耐阴极剥离强度的能力，并能长期保持恒定的电阻率。3.足够的机械强度有一定的抗冲击强度，以防止由于搬运和土壤压力而造成损伤；有良好的抗弯曲性，以确保管道施工时受弯曲而不致损坏；有较好的耐磨性，以防止由于土壤摩擦而损伤；针入度达到足够的指标，以确保涂层可抵抗较集中的负荷；与管道有良好的粘结性。4.有良好的稳定性耐大气老化性能好；化学稳定性好；耐水性好，吸水率小；有足够的耐热性，确保其在使用温度下不变形、不流淌、不加快老化速度；耐低温性能好，确保其在堆放、拉运和施工时不龟裂、不脱落。5.覆盖层的破损要易于修补：选择覆盖层类型时，既要考虑覆盖层本身的性质，也要考虑使用的环境与投资的效益回报。例如：选择某种覆盖层时，不仅要考虑被涂物的使用条件与选用的覆盖层适应范围的一致性，考虑被涂物表面的材料性质与施工条件的可能性，还要考虑选择该覆盖层的经济效果与覆盖层产品的正确配套。6.抗微生物性能好。二.常见外防腐绝缘层由于管道所处环境腐蚀性及运行条件的差异，通常将防腐层分为普通、加强和特加强三种。七十年代以来，随着管道向极地、海洋等自然条件严酷地区的发展和加热输送管道的增多，管道防腐层的选用着眼于发展复合材料或称复合结构，以满足防腐、绝缘、保温、增强和加重等多功能的要求。防腐层种类及材料主要优点主要缺点适用地区熔结环氧粉末（聚乙烯、环氧树脂、酚醛树脂）粘结力强，适用温度范围宽（-30~110℃），耐土壤应力和耐阴极剥离性能好易受冲击破坏，吸水敏感，耐光老化性能差，对涂装过程要求严格，成本高大部分土壤环境，不能用于石方段、地下水位高及土壤含水量较高处煤焦油瓷漆（底漆+瓷漆+内外包扎带）能防止植物根茎穿入，抵御细菌及碱类的腐蚀，防水及抗老化性能好，成本低抗土壤应力及热稳定性差，与阴极保护的相容性差，污染环境大部分土壤环境，水位高、植物根茎多、微生物活动多的沼泽或灌木地区二层聚乙烯结构（胶粘剂+聚乙烯）电绝缘性能好，机械强度高，吸水率低，耐土壤应力好粘结力较差，阳光下易老化大部分土壤环境，机械强度要求高，土壤应力破坏大的地区三层聚乙烯结构（环氧粉末+共聚物+聚乙烯）兼有大熔结环氧粉末和二层聚乙烯结构的优点成本高，涂敷工艺复杂适用于苛刻环境，如碎石土、石方段、土壤含水高、植物根系多的地区三层结构的聚乙烯防腐层简介：第一层（底层）：熔结环氧（FBE）厚度一般为60～100μm。以粉末形态进行喷涂并熔融成膜。这种热固性粉末涂料无溶剂污染，固化迅速，具有极好的粘结性能。第二层（中间层）：聚烯烃共聚物。它作为胶粘剂的作用是连接底层与外防护层，厚度为200～400μm。三层PE中的胶粘剂具有粘结性强、吸水率高、抗阴极剥离的优点，而且在施工过程中可以与防护层聚乙烯共同挤出，方便施工。第三层（防护层）：聚烯烃，如低密度聚乙烯、高/中密度聚乙烯，或改性聚丙烯（PP）。一般厚度为1.8～3.7mm，或视工程的特殊要求增加厚度。三层PE既具有环氧树脂与钢管表面的强粘结性和极好的耐阴极剥离性能，又具有PE的优良机械性能与抗冲击性。此外，该防腐层还具有高的绝缘电阻值（大于108Ω·m2）。三层结构聚乙烯防腐层在使用中存在的不足（1）不能与阴极保护协调工作，对保护电流构成屏蔽三层防腐层的外层聚乙烯用来阻止水气渗透和保护底层环氧粉末不受机械损伤，聚乙烯是非极性物质，与水分子无亲和力，是良好的绝缘材料。但是高的绝缘强度和机械强度也有其不利的一面，一旦涂层破损，当水通过破损处进入到未受损的涂层部位时，由于聚乙烯的内聚强度远大于其粘结强度，就会对保护电流产生屏蔽。而环氧类防腐层由于内聚力小于其粘结力，则可使阴极保护电流到达钢管表面，使钢管变成阴极。对于一种防腐层而言，内聚强度与粘结强度的比值越高，屏蔽的趋势就越高，风险越大，通常难于检测。三层结构聚乙烯防腐层在使用中存在的不足（2）三种不同族的材料组合存在分层三种不同族的材料之间有明显界面，操作时工艺参数调整不当，包敷时若空气进入则出现分层危险，一旦分层会造成剥离，且不易发现。三层结构聚乙烯防腐层在使用中存在的不足（3）使用温度受限制聚乙烯是一种对环境应力开裂极为敏感的材料，较高的温度、钢管内压及环境应力、外界腐蚀介质侵蚀，均会促进应力开裂，温度的影响尤为明显。在室温25℃时，聚乙烯的分子运动就已十分明显，当温度增加时，聚乙烯的机械性能会下降，环境应力开裂会上升。因此聚乙烯作为管道的包敷层，当温度超过55℃时，压气站出口段及裸露管段应考虑聚乙烯环境应力开裂的危险。三层结构聚乙烯防腐层在使用中存在的不足（4）底层的环氧粉末涂层的厚度难于检测环氧粉末层的厚度最佳比例是多少。对此问题，国内外的看法各异，不同的工程差异也很大，一般范围是80～250微米。但是其最小厚度应该是多少，目前既无定论，也无有效的检测方法。三层结构聚乙烯防腐层在使用中存在的不足（5）焊缝处防腐层减薄无法消除3PE防腐层挤出的粘胶剂和聚乙烯侧向缠绕时，由于压辊的作用，使防腐层在焊缝突起处不可避免地会减薄，减薄量可达到防腐层的20～30％，一根管子的防腐层出现厚薄不均的问题难以解决。如为保证焊缝处防腐层的厚度，往往要加厚管体防腐层的厚度，从而造成材料浪费，成本上升。三层结构聚乙烯防腐层在使用中存在的不足（6）环向焊缝补口存在隐患采用3PE防腐层的管道现场环向焊缝补口只能采用热收缩套，其结构为粘胶剂与聚乙烯，可视为二层结构，其粘结力（特别是搭接处）低于3PE。国外已经发现热收缩套在土壤应力下易起皱，从而使管涂层失效，特别是采用定向钻穿越河流时，土壤摩擦力增加，更易使接头损伤。三层结构聚乙烯防腐层在使用中存在的不足（7）管件与干管防腐层无法一致采用3PE作防腐层的管线，由于弯头形状和尺寸所限，只能采用诸如热收缩套（带），冷缠胶带包敷，液态环氧，双层环氧等，这些防腐层与主干管的3PE有很大的差异。弯头是管线的薄弱环节，在内压和温度作用下，易产生位移，受土壤应力损伤，其防腐等级应不低于主干管，尽管主干管采用了3PE防腐层，但弯头（管件）的防腐层不能达到3PE防腐的效果。(一)特殊情况下的外防腐层的选用在一些特定的环境中对防腐层的性能有特别要求的管道，在选择和使用上应区别对待。1.防腐保温管道对于加热输送管道，采用保温和防腐的复合结构。底层作为防腐层，可选用环氧煤沥青、环氧底漆等，中间层用硬质聚氨酯泡沫塑料作隔热层，其上包覆高（中）密度的聚乙烯作为保护层。三.选择防腐层的原则2.水下管道要求防腐层不仅能在水下（尤其是海水中）长时间稳定，还要确保在水流冲击下有可靠的抗蚀性及较高的机械强度。在穿越河流或海底管道敷设时采用较典型的防腐层结构是：在富锌环氧底漆上涂敷聚烯烃热熔胶，或能粘合PE、PP材料的粘合胶，最外层是聚乙烯或聚丙烯的防护层。3.沼泽地区的管道沼泽地段一般具有如下特点：土壤含水率高，在沼泽土中含有较多的矿物盐或有机物、酸、碱、盐等，因此可能发生细菌腐蚀。在全年各季度周围介质的情况变化激烈，土壤的膨胀收缩严重，故对沼泽地区防腐层的介电性及化学稳定性要求更高。一般防腐层由三层组成：第一层保证粘结及电绝缘性；第二层为特殊的抗水层；第三层为加重管道及保证机械强度的保护层。4.用顶管法敷设和定向钻穿越的管道用顶管法敷设穿越段的管道，其防腐层必须有较强的抗剪切及耐磨的性能，在长期使用不修理时仍能保证可靠的抗蚀能力。我国在黄浦江和黄河的穿越，几次大型河流走向钻穿越工程中均选用了熔结环氧粉末防腐层或3PE。5.穿过沙漠、极地的管道管道通过沙漠地区和极地时，为适应运行和施工的要求，防腐层的选择应根据需要和不同的特点来考虑，例如沙漠地区要考虑盐渍土、高温及风沙等环境变化的影响。不同地区的沙漠环境有其不同的特征，80年代以来国外沙漠管道上所用的防腐层大多选用熔结环氧、聚乙烯冷缠胶带以及三层聚乙烯防腐层，也有选用煤焦油玻璃布及焦油毡的。对于流沙沙漠地带，国外的经验认为有风蚀的地方防腐管道的埋深设计为1.5m；无风蚀的地方对于小口径地面管道不一定都要做防腐保护，特别是使用寿命只需20a左右的油田管道。而对于沙漠储罐的防腐，只要按通常的防腐层结构将底漆层加强防腐，如底漆无机硅酸锌漆改为富锌环氧底漆，其他中间层与面漆涂料不变。（二）选择防腐层的原则目前可供选择的各类防腐层很多，每种防腐层都有一定的适用范围，基本原则是确保管道防腐绝缘性能，在此基础上再考虑施工方便、经济合理等因素，通过技术经济综合分析与评价确定最佳方案。选择既能满足管道沿线环境防腐蚀要求，又能满足安全运行、施工环境及施工工艺等条件所需要的防腐层，这是保证防腐层质量合格的先决条件。1.技术可行具体地说应考虑以下因素：管道特征（材质、输送介质、设计寿命）；施工与安装现场、管道铺设的环境以及沿线其他构筑物的情况；管道的运行参数（温度、压力）；管道在运输、堆放、弯管和铺管期间的环境温度；管子进行装卸、堆放和运输作业的条件等等。由于埋地管道属隐蔽工程，投产后的防腐层维护及修复比较困难，且耗资大，因此，防腐层必须是经久耐用的，以保证在设计寿命内管道防腐层整体的有效性。2.经济合理对技术可行的方案要进行经济分析并结合国情评选，同时还要掌握市场价格变动的信息以及其他因素的影响。例如，从环境保护出发，防腐层的选用上受到一定的局限，西方国家有的从法律上限制煤焦油瓷漆在新建管道上使用，而一些发展中国家则侧重经济上的考虑，对远离城市的边远地区、向沙漠等恶劣环境延伸的管道选用了煤焦油瓷漆。3.因地制宜用效果好的防腐层说明它符合客观（腐蚀环境、施工及运行条件）的要求，故必须掌握因地制宜的原则。一条管线可能穿过环境差异很大的地域，可以根据需要选用不同的防腐层。但也不宜分类、分段过多，否则不利于施工组织。而且用多种类型的施工机具与设施会使工程造价增加。所以要做好技术经济综合分析。外防腐涂层环境多石段或河流穿越段熔结环氧；挤出聚乙烯；双层or三层聚乙烯等氯化物盐渍土壤沼泽地带碳酸盐型土壤熔结环氧、挤出聚乙烯；煤焦油瓷漆等挤出聚乙烯；煤焦油瓷漆等石油沥青；聚乙烯粘胶带等介质高温熔结环氧；改性聚丙烯等沙漠、极地熔结环氧；聚乙烯冷缠胶带；三层聚乙烯；or煤焦油玻璃布；焦油毡防腐层的推荐选用四.防腐蚀层综合性能评价1.用防腐蚀绝缘电阻率评价防腐蚀层质量等级依据SY/T5918-94/《埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定》2.用阴极保护所需的保护电流密度对防腐蚀层质量做评价防腐蚀层种类所需保护电流密度,mA/m2聚乙烯包覆层(夹克)0.001~0.007加强级沥青防腐蚀层0.01~0.05