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輸油管道的腐蝕與防護

  •       随着國民經濟的發展,管道輸油的優點日益突顯出來。輸油管道基本上都采用碳素鋼無縫鋼管、直縫電阻焊鋼管和螺旋焊縫鋼管。輸油管道的敷設一般采用地上架空或埋地兩種方式。但無論采用那種方式,當金屬管道和周圍介質接觸時,由于發生化學作用或電化學作用而引起其表面鏽蝕。這種現象是十分普遍的。金屬管道遭到腐蝕後,在外形、色澤以及機械性能方面都将發生變化,影響所輸油品的質量,縮短輸油管道的使用壽命,嚴重可能造成洩漏污染環境,甚至不能使用。因此了解腐蝕發生的原因,采取有效的防護措施,有着十分重大的意義。

    根據金屬腐蝕過程的不同,可以分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。
    (1)化學腐蝕
    單純由化學作用而引起的腐蝕叫化學腐蝕。例如,金屬裸露在空氣中,與空氣中的O2 、H2S、 SO2、 CI2等接觸時,在金屬表面上生成相應的化合物(如氧化物、硫化物、氯化物等)。通常金屬在常溫和幹燥的空氣裡并不腐蝕,單在高溫下就容易被氧化,生成一層氧化皮(由FeO、Fe2O3、Fe3O4組成),同時還會發生脫碳現象。此外,在油品中含有多種形式的有機硫化物,環烷酸它們對金屬輸油管道也會産生化學腐蝕。
    (2)電化學腐蝕
    當金屬和電解質溶液接觸時,由電化學作用而引起的腐蝕叫做電化學腐蝕。它和化學腐蝕不同, 是由于形成了原電池而引起的。金屬管道與含有水分的大氣,土壤、湖泊、海洋接觸。這些介質中含有CO2、SO2、HCI、NaCI及灰塵都是不同濃度的電解質溶液,金屬本身由于含有雜質,由于鐵元素和雜質元素的電位不同,所以當鋼鐵暴露于潮濕空氣中時,由于表面的吸附作用,就使鐵表面上覆蓋一層極薄的水膜。水的電離度雖小,但仍能電離成H+離子和OH–離子,在酸性介質的大氣環境中H+的數量由于水中溶解了CO2、SO2等氣體而增加。因此,鐵和雜質就好像放在含有H+、OH–、HCO3、HSO3-等離子的溶液中一樣,形成了原電池。鐵為陽極,雜質為陰極,由于鐵和雜質緊密地接觸,電化學腐蝕作用得以不斷進行。鐵變成鐵離子進入水膜,同時多餘的電子移向雜質。水膜中的Fe2+離子和OH-離子結合,生成Fe(OH)2附着在鐵表面,這樣鐵便很快遭受腐蝕。其反應如下:
    陽極(鐵) Fe=Fe2++2e
    Fe2++2OH-=Fe(OH)2
    陰極(雜質) 2H++2e=H2 ↑
    然後,Fe(OH)2被空氣中的氧氣氧化為Fe(OH)3。Fe(OH)3及其脫水産物Fe2O3是紅褐色鐵鏽的主要成分。該腐蝕實際上是在酸性較強的情況下進行的。
    在一般情況下,如果鐵表面吸附的水膜酸性很弱或是中性溶液,則在陽極也是鐵氧化成Fe2+離子,在陰極主要是溶解于水膜中的氧得到電子:
    陽極 2Fe=2Fe2++4e
    陰極 O2+2H2O+4e=4OH-
    所以介質中不僅H+離子能引起金屬腐蝕,含有氧時也能腐蝕。

    腐蝕的防護方法
    地下管道的腐蝕主要有電化學腐蝕、雜散電流腐蝕和微生物的腐蝕等。影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和外界介質兩個方面。就金屬本身來說,金屬越活潑就越容易失去電子而被腐蝕。外界介質對金屬腐蝕的影響也很大,如果金屬在潮濕的空氣中,接觸腐蝕性氣體或電解質溶液,都易于腐蝕。

    輸油管道的防腐一般采用如下方法:
    (1)上管道外防腐
    根據以往經驗,普遍認好以紅丹油性防鏽漆、紅丹醇酸防鏽漆等作底漆。這些漆防繡性能好,與鋼鐵表面附着力強。施工現場用樟丹和清油現配,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,以利調和快幹。待底漆幹燥後,均勻塗刷兩遍面漆。面漆材料有很多種,但使用較多的為鋁粉(或稱銀粉)漆。鋁粉漆漆膜平滑、堅韌、附着力強,并有金屬光澤。施工現場配制時,其配比為:鋁粉:清油或清漆:溶劑汽油(重量比為1:1.5:1.5)。
    (2)埋地管道的防腐絕緣
    内防腐:由于油品的潔淨度不同,油品中仍殘留一些雜質,水分、微生物,前面也提到過,因為這些殘留物的存在,管道内壁也會形成原電池,造成腐蝕,産生的鏽片将嚴重影響油品質量。一般内防腐采用036耐油防腐塗料。該塗料化學穩定性好,機械性能高,不污染油品,使用方便。施工中要求對底材處理,用噴丸除鏽,質量應達到國标Sa2.5級(GB8923-88)。做兩道036-1底漆,再塗兩道036-2面漆。按規定嚴格控制塗漆厚度。
    外防腐:埋地管道的防腐絕緣,一般分三級;當土壤電阻率<20Ω時采用特加強絕緣;20Ω≤當土壤電阻率<50Ω時采用加強絕緣;當土壤電阻率≥50Ω采用普通絕緣;施工中按國标除鏽,采用環氧煤瀝青和玻璃絲布進行防腐絕緣,其耐油性,耐細菌腐蝕性和優異的抗陰極剝離性,适用于各種環境。
    (3)埋地管道的電化學保護
    除了上述塗料防腐保護外,還可以配合犧牲陽極保護。在電化學腐蝕中,金屬電位高的為陰極,電位低的為陽極,電流從高電位到低電位,低電位金屬失去電子而被氧化,産生腐蝕。如找出另外一些金屬的電位比管道低,這些電位較低的金屬失去電子而被腐蝕。保護了埋地管道,這種做法叫犧牲陽極保護。一般采用鎂陽極和鋅陽極。

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