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输油管道的腐蚀与防护

  •       随着国民经济的发展,管道输油的优点日益突显出来。输油管道基本上都采用碳素钢无缝钢管、直缝电阻焊钢管和螺旋焊缝钢管。输油管道的敷设一般采用地上架空或埋地两种方式。但无论采用那种方式,当金属管道和周围介质接触时,由于发生化学作用或电化学作用而引起其表面锈蚀。这种现象是十分普遍的。金属管道遭到腐蚀后,在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化,影响所输油品的质量,缩短输油管道的使用寿命,严重可能造成泄漏污染环境,甚至不能使用。因此了解腐蚀发生的原因,采取有效的防护措施,有着十分重大的意义。

    根据金属腐蚀过程的不同,可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。
    (1)化学腐蚀
    单纯由化学作用而引起的腐蚀叫化学腐蚀。例如,金属裸露在空气中,与空气中的O2 、H2S、 SO2、 CI2等接触时,在金属表面上生成相应的化合物(如氧化物、硫化物、氯化物等)。通常金属在常温和干燥的空气里并不腐蚀,单在高温下就容易被氧化,生成一层氧化皮(由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成),同时还会发生脱碳现象。此外,在油品中含有多种形式的有机硫化物,环烷酸它们对金属输油管道也会产生化学腐蚀。
    (2)电化学腐蚀
    当金属和电解质溶液接触时,由电化学作用而引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。它和化学腐蚀不同, 是由于形成了原电池而引起的。金属管道与含有水分的大气,土壤、湖泊、海洋接触。这些介质中含有CO2、SO2、HCI、NaCI及灰尘都是不同浓度的电解质溶液,金属本身由于含有杂质,由于铁元素和杂质元素的电位不同,所以当钢铁暴露于潮湿空气中时,由于表面的吸附作用,就使铁表面上覆盖一层极薄的水膜。水的电离度虽小,但仍能电离成H+离子和OH–离子,在酸性介质的大气环境中H+的数量由于水中溶解了CO2、SO2等气体而增加。因此,铁和杂质就好像放在含有H+、OH–、HCO3、HSO3-等离子的溶液中一样,形成了原电池。铁为阳极,杂质为阴极,由于铁和杂质紧密地接触,电化学腐蚀作用得以不断进行。铁变成铁离子进入水膜,同时多余的电子移向杂质。水膜中的Fe2+离子和OH-离子结合,生成Fe(OH)2附着在铁表面,这样铁便很快遭受腐蚀。其反应如下:
    阳极(铁) Fe=Fe2++2e
    Fe2++2OH-=Fe(OH)2
    阴极(杂质) 2H++2e=H2 ↑
    然后,Fe(OH)2被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3。Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3是红褐色铁锈的主要成分。该腐蚀实际上是在酸性较强的情况下进行的。
    在一般情况下,如果铁表面吸附的水膜酸性很弱或是中性溶液,则在阳极也是铁氧化成Fe2+离子,在阴极主要是溶解于水膜中的氧得到电子:
    阳极 2Fe=2Fe2++4e
    阴极 O2+2H2O+4e=4OH-
    所以介质中不仅H+离子能引起金属腐蚀,含有氧时也能腐蚀。

    腐蚀的防护方法
    地下管道的腐蚀主要有电化学腐蚀、杂散电流腐蚀和微生物的腐蚀等。影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和外界介质两个方面。就金属本身来说,金属越活泼就越容易失去电子而被腐蚀。外界介质对金属腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都易于腐蚀。

    输油管道的防腐一般采用如下方法:
    (1)上管道外防腐
    根据以往经验,普遍认好以红丹油性防锈漆、红丹醇酸防锈漆等作底漆。这些漆防绣性能好,与钢铁表面附着力强。施工现场用樟丹和清油现配,要掌握好比例:一般按下面比例配制:樟丹56.6%、清油37.8%。另外,加汽油或煤油5.6%左右,以利调和快干。待底漆干燥后,均匀涂刷两遍面漆。面漆材料有很多种,但使用较多的为铝粉(或称银粉)漆。铝粉漆漆膜平滑、坚韧、附着力强,并有金属光泽。施工现场配制时,其配比为:铝粉:清油或清漆:溶剂汽油(重量比为1:1.5:1.5)。
    (2)埋地管道的防腐绝缘
    内防腐:由于油品的洁净度不同,油品中仍残留一些杂质,水分、微生物,前面也提到过,因为这些残留物的存在,管道内壁也会形成原电池,造成腐蚀,产生的锈片将严重影响油品质量。一般内防腐采用036耐油防腐涂料。该涂料化学稳定性好,机械性能高,不污染油品,使用方便。施工中要求对底材处理,用喷丸除锈,质量应达到国标Sa2.5级(GB8923-88)。做两道036-1底漆,再涂两道036-2面漆。按规定严格控制涂漆厚度。
    外防腐:埋地管道的防腐绝缘,一般分三级;当土壤电阻率<20Ω时采用特加强绝缘;20Ω≤当土壤电阻率<50Ω时采用加强绝缘;当土壤电阻率≥50Ω采用普通绝缘;施工中按国标除锈,采用环氧煤沥青和玻璃丝布进行防腐绝缘,其耐油性,耐细菌腐蚀性和优异的抗阴极剥离性,适用于各种环境。
    (3)埋地管道的电化学保护
    除了上述涂料防腐保护外,还可以配合牺牲阳极保护。在电化学腐蚀中,金属电位高的为阴极,电位低的为阳极,电流从高电位到低电位,低电位金属失去电子而被氧化,产生腐蚀。如找出另外一些金属的电位比管道低,这些电位较低的金属失去电子而被腐蚀。保护了埋地管道,这种做法叫牺牲阳极保护。一般采用镁阳极和锌阳极。

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