石油化工装置管道的腐蚀及防腐对策研究

石油化工装置管道的腐蚀及防腐对策研究

王中校

北京沃利帕森工程技术有限公司北京100012

摘要：随着社会经济的不断发展，石油化工在社会经济中发挥的作用越来越大。管道是石油化工装置的重要组成部分。管道腐蚀严重降低管道系统使用寿命，影响化工装置安全运行。本文主要分析了石油化工管道腐蚀的主要原因及防止管道腐蚀的措施。

关键词：石油化工管道；腐蚀；原因；措施

1石油化工管道腐蚀的主要原因

管道的腐蚀是管道系统在所接触介质的作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解作用而产生的破坏。石油化工管道所处的环境、运行工况都较为复杂；石油化工管道的腐蚀，按腐蚀部位进行分类可以分为内部腐蚀和外部腐蚀。

1.1管道的内部腐蚀

石油在整个炼制的过程中会产生很多腐蚀性物质，通常有硫化物、氯化物和高温硫、连多硫酸、环烷酸等。这些化学物质呈强酸性，使管道内酸性增强。同时这些化学物质在一定的条件下进行分解，分解成分子和离子的形式，和管道内壁发生化学反应，造成管道发生点腐蚀，严重时会出现管道裂纹，导致管道内部的金属腐蚀严重。管道内部的氧气是管道腐蚀的源头之一。当氧气达到一定的浓度，会和管道内部的氯离子发生化学反应，加快管道的腐蚀。管道内部的氧气主要是来自化学物质中的杂质受热产生的，此外是从工作介质中带入。化工管道所接触的介质更为复杂多样，腐蚀情况视介质特性而定。

影响管道内部腐蚀速率的因素有以下几点：（1）管道内部温度。管道内部的温度越高，化学反应就越强烈，造成的腐蚀就严重。温度每升高10℃，腐蚀速率增加一倍。（2）管道内部的腐蚀和管内流体的流速有关。管道中的流体静止时，通常情况下，金属材料只会出现点蚀的现象；在管道内的流体流速很小的情况下，金属材料通常出现不均匀的减薄性腐蚀现象，这样只是轻微的腐蚀；管道流体流速较快的情况下，金属的腐蚀会加快；因为流速过快会发生湍流，从而出现点蚀，同时流速过快破坏金属表面的腐蚀产物膜，导致金属受到严重的腐蚀。（3）垢下腐蚀。结垢是腐蚀产物在管道内表面的沉积，通常是在管道下部和防腐涂层破坏的接头周围发生。污垢层不能达到保护的目的，反而会加快管道的腐蚀，如果在金属管道表面上的粘泥和污垢不均匀的情况下，溶存氧就很难流出去，污垢下部就会成为局部阳极，污垢附近则成为阴极，从而发生反应，导致垢下腐蚀的出现。（4）此外，管道内壁受到的压力越大，管道内的化学物质停留时间更久，管道内壁发生的腐蚀就会越严重。

1.2环境方面的影响

金属管道的腐蚀受环境条件的影响。架空铺设管道外表面的腐蚀速率，与其所处的空气特性有关，比如湿度、空气中腐蚀性介质含量等。沿海建设化工项目要充分考虑空气中海水盐分对管道腐蚀的影响。埋地管道腐蚀受土壤的电阻率的影响。金属管道的表面在土壤中形成腐蚀电池，在电位差条件允许的情况下，阳极区的腐蚀电流的大小和土壤的电阻率有关，如果土壤的电阻率逐渐变小，腐蚀电流就会逐渐变大，腐蚀就会越来越严重；如果土壤电阻率逐渐变大，阳极腐蚀电流将逐渐变小，腐蚀就不会很严重。氧化还原的电位和嫌气性硫酸盐还原菌存在难易程度的指标也有关：如果氧化还原电位超过400mV的情况下，还原菌的活动性就会变小；如果电位不超过400mV，还原菌的活动性会变大，导致腐蚀严重。土壤本身的特性、土壤的分布状态及土壤内部所含的金属盐类，都和电阻率及离子浓度有关。土壤通气程度和离子浓度的区别会造成金属表面各个地方的电位不均匀，造成腐蚀电池的出现。埋地金属管道受土壤特性的影响，特别是在腐植土、煤粘土、泥炭和海底粘土中的管道；因为这些土里的硫化物，通过风吹变成硫酸，从而加快金属管道的腐蚀。

1.3应力腐蚀

应力腐蚀破裂是指管道在拉应力和特定的腐蚀环境下产生的低应力脆性破裂现象。应力腐蚀开裂发生的机理各不相同，包括氢脆、吸收导致的开裂、原子表面移动、膜的破裂、应力加速溶解、膜造成的开裂、管道点蚀、破裂、局部表面塑性。管材焊口、焊缝及螺孔设计结构不当都会出现残余应力；残余应力和应力集中，在一定的环境条件作用下，极易出现应力腐蚀的现象。

影响石油化工管道的腐蚀的因素较多，管道的腐蚀是各种因素相互作用的结果；各种因素的叠加使管道系统腐蚀更加严重。工程实践中应结合腐蚀的原因，采取经济合理的防腐措施。

2防止石油化工管道腐蚀的措施

2.1正确选择管道材料

工程设计中应根据管道系统输送流体的物性、操作温度、操作压力及管道所处环境选择合适的管道材料。（1）通常的腐蚀性物质，可选择氩弧焊的焊接不锈钢管，取代无缝不锈钢钢管，以降低工程造价。（2）管道系统采用耐腐蚀材料。例如在城市建设中，通常选择聚氯乙烯管，海洋油气管道中一般选择的含钼和钛的合金钢管。（3）引进一些新耐蚀材料及新加工工艺应用到石油化工管道中，不仅符合管道系统的材料性能要求，也可降低总体投资。

2.2缓蚀剂的使用

缓蚀剂能使腐蚀过程中的阳极反应或阴极反应的受到抑制；降低化学反应的发生，从而降低管道的腐蚀。缓蚀剂防腐，使用比较简单，成本不高；因此，缓蚀剂在石油化工管道中的应用越来越广泛。缓蚀剂根据电化学机理可以分为阴极型缓蚀剂、阳极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂。只采用一种缓蚀剂，不容易满足石油化工管道系统的缓蚀要求；通常情况下，缓蚀剂与降凝剂、杀菌剂需有效的配伍，同时缓蚀剂在水和油中的分配比关系到其后期的使用，分配比太小的缓蚀剂不能用作输油管线的缓蚀剂。

2.3管道内壁涂防腐层

在管道内壁涂防腐涂层，可以将金属和腐蚀性介质隔开，从而降低管道腐蚀。譬如，在管道内壁喷涂热固性粉末环氧树脂；其熔化温度为180℃，拥有很好的耐酸碱性能，将其溶解于金属内壁后，在管道内流体的温度不大于100℃的情况下，温度越高，其固化性越强。在管道内壁喷涂防腐涂层不仅能够防止内壁发生腐蚀，还能够降低流体流动的摩擦阻力。

2.4管道外壁的防腐

管道外壁的防腐通常选择防腐涂层或包覆层和阴极保护技术。管道外壁涂层和包覆中的材料有石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、聚乙烯夹克、熔结环氧粉末及三层防腐结构等。石油化工项目管道外涂漆的功能，多数是防腐。阴极保护技术主要作用是做预备保护，主要作用对象是管壁金属，防止其腐蚀；该技术具备成本低、操作及维修方便、安全性高等特点，越来越多被应用于管道的防腐。

2.5降低管道残余应力

管道系统在加工过程中，通常会存在残余应力；焊接接头处一般会有出现应力腐蚀。应力腐蚀的应力源，其中31%来自焊接残余应力。焊接中的氢和拉应力的存在，是发生应力腐蚀的先决条件。控制焊接工艺、采用正确的焊接形式，是从源头上防止氢至开裂有效措施。管道焊接接头偶尔会存在较高双向拉伸残余应力，通常选择焊后热处理等方法降低残余应力，从而防止应力腐蚀；采用喷砂或喷丸的方法能够将消除残余应力形成压应力。

3结束语

管道腐蚀是内部腐蚀和外部腐蚀综合作用的结果，各种因素作用相互叠加，工程设计中只有充分分析管道系统运行工况，抓住系统腐蚀的主要原因，才能以管道选材为基础，制定经济合理的防腐措施，提高管道系统使用寿命和安全运行。

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