压力管道腐蚀与防护

发表时间:2018/4/20   来源:《建筑学研究前沿》2017年第32期   作者:孙以旭
[导读] 管道腐蚀是受到内部介质及外部环境的化学或电化学作用而产生的破坏。

江苏省特种设备安全监督检验研究院徐州分院  江苏徐州  221200
  摘要:压力管道的腐蚀问题是我国管道系统中一直存在的普遍性问题,也是影响其管道线路正常运行、缩短管道使用寿命的重要影响因素之一。为了更有好的控制腐蚀,延长管道的使用寿命,本文介绍了压力管道的腐蚀相关问题及防护措施。
  关键词:压力管道;腐蚀;防护
  
  
  一、管道腐蚀产生的机理
  管道腐蚀是受到内部介质及外部环境的化学或电化学作用而产生的破坏。产生的机理是金属被腐蚀是由于电极电位不同,金属发生电化学反应时,电极电位较低的部位容易失去电子,形成阳极;电极电位较高的部位得到电子,成为阴极。在存在氧气和水的情况下,Fe(OH)2 生成水合氧化铁,即铁锈:它是一种很疏松物质,浮在钢铁表面,无保护作用。
  二、管道的腐蚀危害
  (一)管道腐蚀带来灾难的事故
  压力管道除了输送氮气、蒸汽、压缩空气及惰性气体外,大多数输送的是化工物料及燃料,一旦因腐蚀破坏造成物料泄露,导致污染环境而引起公害,并往往酿成火灾、中毒、爆炸等事故,给工业生产和人民生命财产带来重大损失。压力管道的腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素,美国有45%管道损坏是由于管道外壁的腐蚀引起的。美国有天然气管道270多万km,危险液体输送管道25万多km。仅1988年整个美国与运输有关的死亡人数就达到49438人,触目惊心。其中与管道输送有关的死亡人数为25人。我国占2.4%的地下油气管道投产1~2a后,发生腐蚀穿孔的情况已屡见不鲜。原劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局曾组织调查组专题压力管道安全状况,从所整理的240例(其中40例为国外案例)压力管道事故中可以看出问题的严重性。其中,125起发生人员伤亡,共死亡176人,伤304人。
  原劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局曾组织调查组专题压力管道安全状况,从所整理的240例(其中40例为国外案例)压力管道事故中可以看出问题的严重性。其中,125起发生人员伤亡,共死亡176人,伤304人。
  (二)管道腐蚀的经济损失
  据发达国家统计,由于腐蚀造成的损失每年约占国民经济总产值的2%~4%。,1979年美国德克萨斯一套硫酸烷基化装置脱丙烷塔一管线弯头破裂,管内压力为1.8MPa的介质大量泄漏遭遇明火引爆,多个设备和房屋建筑遭到严重破坏,2.4km外的玻璃窗被震碎,造成的经济损失达2400万美元。在油气田开发生产中,每年从油气井到管道和储罐以及各种管道输送和工艺设备都会遭受严重的腐蚀,造成巨大的经济损失。据有关资料统计,世界各国每年仅管道腐蚀造成的经济损失,美国约为20亿美元,英国约为17亿美元,德国和日本各为33亿美元。据美国国家输送安全局统计,74%是腐蚀造成的。
  三、管道防护的意义
  重视腐蚀问题,杜绝或减缓管道腐蚀的危害,加强天然气管道的腐蚀和防护工作,提高和改进管道腐蚀的技术和管理水平,不仅有显著的经济效益,也有着极大的社会效益。大量的实践表明,如果采用有效的防腐蚀措施和科学有效的管理,大约有30%的管道腐蚀是可预防的。假设按美国每年的腐蚀和损失量计算,就可节省1000多亿美元的不必要费用。从经济方面来说,重视管道的防腐包括降低因管道、储罐、输送设备和管道结构的腐蚀所造成的金属损失,当今经济因素是当前腐蚀与防护领域中许多管道研究深入开展工作的原动力。



  四、压力管道腐蚀的特点
  压力管道在使用中可能产生腐蚀、疲劳、蠕变、低温脆断和材质劣化等破坏形式,其中腐蚀破坏最具普遍性。特别是化学工业,因其介质腐蚀性强,并常常伴有高温、高压、磨损等,最易发生管道破坏事故。压力管道的腐蚀破坏形态,除了全面腐蚀外,尚有局部腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳及氢损伤。其中,危害最大的当属应力腐蚀破裂,往往在没先兆情况下突然发生,造成预测不到的损伤。
  五、管道腐蚀的分类
  管道按腐蚀形态分为:(1)全面腐蚀(2)局部腐蚀(3)应力腐蚀破裂(4)腐蚀疲劳等。其中以应力腐蚀破裂危害最大。通常在没有预兆的情况下突然发生,造成破坏。
  (1)全面腐蚀:全面腐蚀也叫均匀腐蚀,主要是在管道较大面积上产生程度基本相同的腐蚀。管道内壁遭到介质的全面腐蚀,管道外壁裸露表面遭到大气、水等物质的锈蚀。导致管道壁厚全面减薄,最后管道被破坏。
  (2)局部腐蚀:是指在管道的一些特殊部位产生的局部腐蚀。例如:①点蚀:其产生的原因是氯化物水解使溶液酸化造成的。这种腐蚀多产生在钝化膜不完整部位(露头位错、表面缺陷等)。在通常情况下,点蚀是比较小的。点蚀有时之间相互孤立,有时十分靠近,密集在一起。点蚀是管道最具有破坏性的隐藏的腐蚀形态之一。②缝隙腐蚀一般认为是浓差腐蚀电池的原理,即缝隙内和周围溶液之间氧浓度或金属离子浓度存在差异造成的。这种腐蚀多发生在管道输送的物料为电解质溶液时,在管道内表面的缝隙处,如法兰垫片处、单面焊未焊透处等均产生缝隙腐蚀。③磨损腐蚀亦称冲刷腐蚀。多发生在弯头,三通等介质流向转变部位,在这些部位流体突然改变方向,对金属及金属表面的钝化膜产生机械的冲刷破坏作用。
  (3)应力腐蚀破裂:金属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称为应力腐蚀破裂。发生应力腐蚀破裂的时间有长有短,有的几天就开裂,有的要经过数年才开裂,通常有一个或长或短的孕育期,在没有预兆的情况下突然发生,造成破坏。
  (4)腐蚀疲劳:交变应力与化学介质共同作用下引起金属力学性能下降、开裂、甚至断裂的现象称为腐蚀疲劳。应力和介质共同作用下往往比单一作用的危害更加严重。一般情况下压力管道疲劳源有三种:①机械激振:压缩机、泵的机械振动传递给与之相连接的管道。
  ②流体工况:压缩机、泵喘振使整个管路系统产生流体自激振动。管路中减压阀、调节处由于介质流速的变化,引起管道振动;管道内气液二相的不稳定性流动在管道内压力的波动,引起管道振动;压力脉动和涡流引起管道的振动。③自然因素:主要指风载荷及地震使管道承受变动应力。
  六、管道防护对策
  作为压力管道的防腐蚀技术,应用最多、最普遍的是涂料和复合材料。对于腐蚀性特强的介质则采用非金属耐蚀材料。在石油、石化工业的个别部分管线也有采用缓蚀剂技术的。对于城市地下管线及地下长输管线采用阴极保护技术较普遍。防腐蚀涂料常用的有以下几种:环氧树脂防腐蚀涂料、沥青防腐蚀涂料、漆酚防腐蚀涂料、聚氨酯防腐蚀涂料、烯烃树脂防腐蚀涂料、过氯乙烯防腐蚀涂料、氯化橡胶防腐蚀涂料、氯磺化氯乙烯发防腐蚀涂料、高温防腐蚀涂料、富锌防腐蚀涂料、带锈涂料和玻璃鳞片防腐蚀涂料等。耐腐蚀非金属材料常用的有工程塑料管道(PVC管、PP管道、ABS管道和聚乙烯管道等)、不透性石墨管道、玻璃管、陶瓷管、玻璃钢管道和自应力钢筋混凝土压力管等。钢一非金属复合材料管道常用的有钢衬橡胶管道、钢衬玻璃管道、搪玻璃管道、防腐带材等。其他防腐技术中,阴极保护技术较普遍。阴极保护技术是利用外部阴极电流使金属电位向负的方向移动,使腐蚀原电池的作用减弱或完全停止,从而达到减缓或停止金属腐蚀的目的,这种技术称为电化学阴极保护技术。缓蚀剂保护技术和金属喷涂渗镀防腐新技术的应用也成为管道防腐不可或缺的新技术。还有一些新技术的不断应用为管道腐蚀提供了新思路。例如,智能清管器测线技术,现场涡流遥测技术,电池式气体腐蚀性测试技术,土壤腐蚀电流密度测试技术,多频管中电流监测技术等的运用。
  七、结束语
  加强运行维护管理,经常性地对管道系统进行外观检查,发现有脱漆,锈蚀及渗漏,应及时处理。还要执行定期全面检查维修制度,保证管道正常运行,降低安全事故的发生。
  参考文献
  [1]罗汇果.压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理及影响因素分析[J].广东化工,2017,44(06):139-141.
  [2]柳丽萍.压力管道常见缺陷的分析与检验探究[J].化工管理,2015,02(14):27.
  [5]刘龙.天津滨海地区地下管道防腐蚀技术的研究[D].天津大学,2014.
  

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