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埋地長輸管道的防腐與防護

文檔作者：張本新文檔來源：大慶輸油氣分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年04月29日
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2011年
第1期
管 道 技 木
Pipeline Technique
設(shè) 各
Equipment
2011
No．1
埋地長輸管道的防腐與防護
張本新
(大慶輸油氣分公司，黑龍江大慶163458)
摘要：長輸管道的防腐是保證管道安全運行的重要手段之一。管道防腐蝕技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)
展，出現(xiàn)了許多新的防腐蝕材料和技術(shù)，但管道的腐蝕問題仍未從根本上得到解決。文中從埋地鋼質(zhì)
管道的腐蝕因素出發(fā)，論述了管道的防護技術(shù)，為今后的研究及發(fā)展提供了參考方向。
關(guān)鍵詞：長輸管道；防腐；涂層
中圖分類號：TE988 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—9614(2011)01—0046—02
Anticorrosion and Protection of Buried Long Distance Pipelines
ZHANG Ben．xin
(PetroChina Pipeline Daqing Oil Gas Transportation Sub-company，Daqing 163458，China)
Abstract：Long distance pipeline anticorrosion is one of key measures to ensure safety operation of the pipelines．This tech—
nology has made great progress with uew anticorrosion materials and technologies．However，it has not yet been fundamentally
solved．Based on the corrosion factors of buried steel pipeline，the protection technology of long distance pipeline is discussed，
which is expected to provide valuable reference for the future research and development．
Key words：long distance pipeline；anticorrosion；coating
1 埋地鋼質(zhì)管道腐蝕因素分析
1．1 埋地管道所處的環(huán)境
埋地管道在工作環(huán)境下，主要腐蝕情況有土壤腐
蝕、細(xì)菌腐蝕和雜散電流腐蝕。
土壤是具有固、液、氣三相的毛細(xì)管多孔性的膠
質(zhì)體，土壤的空隙為空氣和水所充滿，水中含有一定
量的鹽，使土壤具有離子導(dǎo)電性、土壤物理化學(xué)性質(zhì)
的不均勻性和金屬材質(zhì)的電化學(xué)不均勻性，構(gòu)成了埋
地管道的電化學(xué)腐蝕條件，從而會產(chǎn)生土壤腐蝕。
在一些缺氧的土壤中有細(xì)菌(硫酸鹽還原菌)參
加了腐蝕過程，細(xì)菌的作用是參加電極反應(yīng)，將可溶
硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫與鐵作用，產(chǎn)生細(xì)菌腐蝕。
雜散電流是在地下流動的防護系統(tǒng)設(shè)計之外對
金屬管道產(chǎn)生腐蝕破壞作用的電流。雜散電流腐蝕
包括直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕。直流
雜散電流腐蝕原理與電解腐蝕類似，交流雜散電流腐
蝕是管道附近高壓電力線產(chǎn)生的二次感應(yīng)交流電疊
加在管道腐蝕電化學(xué)電池產(chǎn)生的腐蝕，其腐蝕量較
小，但集中腐蝕性強。
1．2 防護效果的影響
腐蝕防護是控制管道腐蝕破壞的關(guān)鍵因素。目
收稿日期：2010—01—12 收修改稿日期：2010—08—29
前，管道的腐蝕防護采用了雙重措施，即防腐蝕覆蓋
層與陰極保護(外加電流或犧牲陽極、排流)。防腐蝕
覆蓋層能抵御現(xiàn)場環(huán)境腐蝕，保證與鋼管牢固粘結(jié)，
盡可能不出現(xiàn)陰極剝離和造成陰保死區(qū)。一旦發(fā)生
局部剝離，就必須調(diào)整外加電流陰極保護系統(tǒng)運行參
數(shù)，以便有效控制死區(qū)腐蝕，達到防護效果。
1．3 鋼管的材質(zhì)與制造因素
鋼管的材質(zhì)與制造因素是管道腐蝕的內(nèi)因，特別
是鋼材的化學(xué)組分與微晶結(jié)構(gòu)，非金屬組分含量高
(如S和P)易發(fā)生腐蝕，C和si則易造成脆性開裂。
微晶細(xì)度等級低，裂紋沿晶粒擴展，易發(fā)生開裂。在
制造過程中，表面存在缺陷(如劃痕、凹坑、微裂等)，
也易造成鋼管的腐蝕開裂。
1．4 管道操作運行過程中的使用應(yīng)力
管道操作運行時，輸送壓力與壓力波動是應(yīng)力腐
蝕開裂的重要因素。過高的壓力使管壁產(chǎn)生過大的
使用應(yīng)力，易使腐蝕裂紋擴展，壓力循環(huán)波動也易使
裂紋擴展。
2 管道防腐蝕措施
2．1 涂層保護
目前，國內(nèi)外適用于長輸管道的防腐蝕涂層主要
有煤焦油瓷漆、2層PE結(jié)構(gòu)、3層PE結(jié)構(gòu)、熔結(jié)環(huán)氧
第1期 張本新：埋地長輸管道的防腐與防護— 47
粉末(FBE)、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末(雙層FBE)覆蓋層以
及HPCC涂層等。
煤焦油瓷漆具有絕緣性能好、吸水率低、耐細(xì)菌
腐蝕和植物根莖穿透、材料充足及使用壽命長、價格
低等優(yōu)點。主要缺點是機械強度較低，適宜溫度范圍
窄，低溫易變脆，生產(chǎn)施工過程中可能會逸出有毒氣
體，需要嚴(yán)格的煙霧處理措施。國外使用已有70多年
歷史，近年來因受環(huán)保的限制逐漸被其他覆蓋層代
替。
2層PE結(jié)構(gòu)具有絕緣性能好、吸水率低、機械強
度高、堅韌耐磨、耐酸堿鹽和細(xì)菌腐蝕、耐溫度變化、
材料充足等優(yōu)點，價格較低。缺點是耐紫外線性能
差，陽光下過久暴露易老化，與鋼管表面結(jié)合力較差，
抗陰極剝離性能差。PE層的靜電屏蔽作用不利于外
加電流陰極保護。國外采用聚乙烯防腐蝕有40多年
歷史，目前仍有一定的使用量，其中在中小管徑上的
用量占第一位，中等管徑應(yīng)用上僅次于熔結(jié)環(huán)氧粉
末。國內(nèi)1985年后廣泛應(yīng)用，采用該種覆蓋層的防腐
蝕管道已超過10 m．
3層PE結(jié)構(gòu)防腐蝕層結(jié)合了高密度聚乙烯包覆、
熔結(jié)環(huán)氧粉末的優(yōu)點。它利用環(huán)氧粉末與鋼管表面
牢固結(jié)合，利用高密度聚乙烯耐機械損傷，兩層之間
特殊的膠層使三者形成分子鍵結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)
防蝕性能、機械性能的良好結(jié)合，是目前國內(nèi)大型管
道工程首選的涂層。3層PE結(jié)構(gòu)防腐蝕層自1995年
在庫鄯線、陜京線應(yīng)用以來，防蝕效果很好，但3層PE
結(jié)構(gòu)防腐蝕層造價相對較高。
熔結(jié)環(huán)氧粉末(FBE)具有與鋼管表面結(jié)合牢固、
絕緣性能好、機械強度高、耐溫度變化、耐化學(xué)腐蝕等
優(yōu)點，適用于各種惡劣自然環(huán)境。主要缺點是耐紫外
線性能差，由于覆蓋層較薄(0．35～0．50 ram)，耐劃傷
和磕碰性能較差。國外從20世紀(jì)60年代開始應(yīng)用于
管道防腐蝕，發(fā)展很快，是目前國際管道防腐蝕上采
用量最多的覆蓋層。
雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末(雙層FBE)與3層PE結(jié)構(gòu)類
似，具有良好的綜合性能，機械性能高。補口也用雙
層FBE，相容性好，覆蓋層表面光滑。另外，可避免陰
極屏蔽問題，與陰極保護系統(tǒng)的匹配性比3層PE結(jié)
構(gòu)更好。這是國際上新研制出的一種覆蓋層，最適于
穿越段及石方山區(qū)使用。
HPCC涂層是由國外研制開發(fā)出的新型管道防腐
涂層技術(shù)，HPCC涂層體系它也屬于3層結(jié)構(gòu)，包括環(huán)
氧粉末底層、粉末／膠粘劑中間層和聚烯烴面層，目前
有HPCC—PE面層和HPCC—PP面層兩大系列。與
3PE不同的是，它的外層不是擠出聚烯烴而是噴涂聚
烯烴粉末，涂層總厚度僅為1．5 mill，其中環(huán)氧粉末底
層厚度350 Ixm、粉末／膠粘劑中問層150 Ixm，聚烯烴
面層1 000 p．m．HPCC涂層采用整體一次噴涂成型技
術(shù)，施工方便。由于采用噴涂技術(shù)，在焊縫處不會產(chǎn)
生粘結(jié)不良的死角，因而具有更好的保護作用，并節(jié)
省了60％ 的材料費用，而且在體系的耐陰極剝離、耐
老化、耐彎曲等主要性能方面已經(jīng)超過3PE．HPCC涂
層已經(jīng)在美國和加拿大的管道工程中應(yīng)用，管道直徑
從406～1 067 innl，使用效果良好，HPCC涂層體系將
是未來管道防腐層的發(fā)展方向之一。
2．2 電化學(xué)保護
陽極保護是使被保護金屬處于穩(wěn)定的鈍性狀態(tài)
的一種防護方法，可通過外加電源進行極化或添加氧
化劑的方法達到防護目的。陰極保護是在金屬表面
通過足夠的陰極電流，使金屬表面陰極極化，成為電
化學(xué)腐蝕電池中電位均一的陰極，從而防止管道腐
蝕。
對于大口徑的長輸管道，國內(nèi)多采用強制電流為
主、犧牲陽極為輔的陰極保護方法。由于防蝕性能優(yōu)
良，使得保護距離加長，兩陰極保護站間距可達110
km．為防止陰極保護電流的流失，在工藝站場的管道
進、出口處設(shè)置電絕緣裝置。為防止管道防腐蝕層或
絕緣接頭遭受雷擊或電力故障而引起破壞，在絕緣接
頭位置安裝鋅接地電池。在大型河流穿越段的兩岸
邊各安裝一組鋅合金犧牲陽極以加強保護。
2．3 雜散電流排流保護
管道沿線與高壓輸電線路近距離平行時，高壓輸
電線、電氣化鐵路會對管道造成干擾，加劇管道的腐
蝕。因此，管道應(yīng)盡量遠離交、直流電干擾源。管線
的排流保護，依據(jù)被干擾管道陽極區(qū)有無正負(fù)極性交
變采用不同的排流方式，不變時采用直流排流，交變
時采用極性排流，比較復(fù)雜時采用強制排流。
3 國內(nèi)長輸管道防腐發(fā)展的方向
快速發(fā)展防腐蝕技術(shù)(如HPCC涂層技術(shù))，包括
腐蝕監(jiān)測技術(shù)和管線剩余壽命評估技術(shù)等都將得到
進一步的發(fā)展。
外防腐蝕涂料的研制開發(fā)仍是國內(nèi)急需解決的
問題，如聚乙烯仍有環(huán)境應(yīng)力開裂問題，環(huán)向大分子
取向引發(fā)的非取向方向開裂問題，熱(下轉(zhuǎn)第50頁)
50 Pipeline Technique and Equipment Jan． 201 1
由圖4可知，土壤溫度沿徑向下降趨勢較強(相
對于相同條件下埋深1．2 m時)。
管道水平方向
褪
圖4 H2=1．5 m、夏季輸油230 h后土壤溫度場徑向分布
由圖5可知，土壤溫度沿徑向下降趨勢較緩(相
對于相同條件下埋深1．5 m時)。
管道水平方向
{疆
疑
恒
疑
圖5 H =1．2 m、夏季輸油230 h后土壤溫度場徑向分布
由圖2一圖5可知，在不同季節(jié)，不同埋深情況
下，原油溫度對土壤溫度場影響不同，在冬季，距地面
越深處，管道的傳熱系數(shù)越小，土壤受大氣溫度影響
越不明顯，土壤本身溫度越高，導(dǎo)致油流溫度與周圍
介質(zhì)溫差越小，使得管道向周圍土壤的散熱能力較
弱，所以管道周圍溫度場較高。在夏季，距地面越深
處，雖然管道的傳熱系數(shù)小，但土壤本身溫度越低。
而且由于夏季土壤中溫度場相對較高，使得油流與管
外介質(zhì)溫差較小，所以管道埋深造成的影響不明顯。
由埋地管道總傳熱系數(shù)計算公式可知，管道埋深越
大，計算得到的K值越小，從而使管道的熱損失也就
越小。
對冬季而言，埋深越大，土壤溫度越高，管道的熱
損失越小，因此計算所得溫度值就偏高；而對夏季而
言，埋深越大，土壤溫度越低，管道熱損失越大，而且
與總傳熱系數(shù)的影響相比，土壤溫度的影響更大，故
計算所得溫度值要偏低。
通過計算可知，埋深1．2 m的管道春季油品單位長
度的散熱量為0．475 kW；夏季散熱量為0．375 kW；冬季
散熱量為0．496 kW．對比埋深為1．5 m的管道可知，埋
地越深，管道的散熱量越少，且冬季和夏季的散熱量差
距越小。
4 結(jié)束語
由此可看出，管道埋深對其橫截面上溫度分布影響
很大，尤其對于冬季而言，如果計算埋深取的偏小，則管
道周圍介質(zhì)的計算溫度將低于實際溫度，從而對問題的
分析偏于保守；如果計算埋深取的偏大，計算溫度就會
偏高，從而給管道的安全帶來較大的風(fēng)險。因此，在計
算中不應(yīng)忽略這一點，否則可能會引起很嚴(yán)重的后果。
考慮到工程中的實際情況，在滿足工藝的條件下也可適
當(dāng)通過改變管道的埋深，減少能源的消耗。
參考文獻：
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2006．
[2] 林名楨，李傳憲，楊飛．管道埋深對穩(wěn)定運行熱油管道熱力
特性的影響．石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2008(3)：63—67．
[3] 馬貴陽，劉曉國，鄭平．埋地管道周圍土壤水熱耦合溫度場
的數(shù)值模擬．遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2007(1)：40—43．
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社，1998．
[5] 陶文銓．?dāng)?shù)值傳熱學(xué)．西安：西安交通大學(xué)出版社，1988．
作者簡介：武建軍(1986一)，碩士研究生，研究方向為油氣管道
長距離輸送技術(shù)。
(上接第47頁)收縮套溫控與收縮不同步問題等。
補口技術(shù)的開發(fā)熱點集中在現(xiàn)場小型化補口設(shè)
備及工藝技術(shù)開發(fā)上，使得現(xiàn)場補口小區(qū)域?qū)崿F(xiàn)噴砂
處理、環(huán)氧底漆涂覆、膠帶纏繞加熱控制，纏繞預(yù)緊力
控制，膠體固體或塑化，冷固控制自動化。
對腐蝕管道進行快速、準(zhǔn)確的定位，是管道防腐
蝕的一個重要環(huán)節(jié)。應(yīng)加快管道內(nèi)智能檢測技術(shù)的
研究步伐。
防腐蝕管理的計算機網(wǎng)絡(luò)化。將防腐蝕設(shè)施及
相關(guān)資料與管網(wǎng)的地理信息相結(jié)合，形成獨立的體
系，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)化管理，以便捕捉、分析、統(tǒng)計管
網(wǎng)的各種數(shù)據(jù)，及時準(zhǔn)確預(yù)報，防止各種隱患發(fā)生。
參考文獻：
[1] 韓文禮，林竹．埋地管道防腐蝕技術(shù)的現(xiàn)狀與展望．焊管，
2008(3)：9—13．
作者簡介：張本新(198O一)，助理工程師，研究方向為油氣儲運。

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