钢铁长期暴露在空气中,就会与氧气发生氧化反应,或者被雨雪霜露中的氧元素侵蚀产生氧化物,其表现形式就是“生锈”,专业术语就是“腐蚀”
管道的防腐层。腐蚀的发生是一个自发过程,就像水往低处流一样不可避免。在自然界中,腐蚀无处不在、无时不在,但腐蚀速度会随外界条件的变化而变化。管道腐蚀是指管道在与周围介质接触的过程中发生的化学、电化学反应,有时还会因物理损伤而加速反应进程,使得管道遭受破坏、承压能力减弱。通常情况下,管道腐蚀是一个长期的过程,腐蚀对管道的侵蚀是悄无声息的,被发现时可能管道已发生了穿孔或者破裂等失效事故,因此危害极大。
管道腐蚀与日常生活中的金属腐蚀生锈是有区别的。日常生活中的铁生锈,属于化学腐蚀,铁与空气中的氧气发生氧化反应生成一种叫三氧化二铁的物质,也就是铁锈。铁锈在金属表面形成一个保护层,可以阻止内部金属继续发生腐蚀。管道腐蚀一般发生在水溶液环境中(如管外潮湿的土壤或管内低洼处聚集的含有腐蚀物质的游离水),属于电化学腐蚀,不会形成腐蚀产物保护层。组成管道材料的铁原子在水溶液中形成铁离子离开管道,而其下层的铁原子仍然处于水溶液中,铁离子便持续不断地离开管道,宏观上就像管道就被一点点啃掉一样。
管道大多埋地敷设,其所处土壤环境常含盐、水、细菌、微生物,而且多孔透气,是良好的腐蚀场所。管道的防腐层,可以使管道金属不直接与土壤接触而避免腐蚀。但如果防腐层发生破损或者从管道上剥离,那么管道金属会直接或间接与土壤接触,就会发生腐蚀了。与此同时,随着社会经济的发展,越来越多的电气化铁路、输电线路等与油气管道并行或交叉,对管道造成杂散电流腐蚀。其腐蚀原理是:电气化铁路、输电线路等泄漏的电流在土壤中流动并进入管道,杂散电流流入会造成管道局部过保护,如果电位过负,则导致沿管道表面析出大量氢而造成防腐层破损,进而引发腐蚀;电流流进管道后,会从管道流出进入土壤形成电流回路(杂散电流流入、流出管道的部位,往往是防腐层保护相对薄弱的地方),而在电流流出部位,管道会以铁离子的形式溶入周围介质而发生腐蚀。
管道也会发生内腐蚀,水是管道发生内腐蚀的必要条件。管输介质不可避免地会携带少量水进入管道,而管道建设期及投产阶段也会在管道内残留少量水,而且往往含有氯离子、硫离子等加速腐蚀的物质。在管输介质流速较低、管道高程起伏等因素影响下,水会在管道低洼处积聚,导致管道内壁发生腐蚀而使管壁减薄,最终造成管道穿孔泄漏。
腐蚀就像油气管道的慢性疾病一样,看似悄无声息,实则惊涛骇浪,如果听之任之,久而久之将导致穿孔、破裂等严重问题,甚至可能导致管道整体报废。为了有效控制腐蚀,管道行业经过多年研究,形成了一套“内外兼修”的防护技术体系。
外练一层皮。最直接有效的管道腐蚀防控措施是在管道表面涂敷防腐层,使管道不与腐蚀介质发生物理接触,如内涂层、外防腐层。防腐层是管道腐蚀防控的第一道防线,在管道腐蚀控制中发挥主要作用,合理选择和使用防腐层能够对管道提供超过99%的保护。对于内腐蚀,极少数管道采用内涂层或内衬里的方式进行防护,多数情况是通过加密清管频次把水推出管道,或通过加注缓蚀剂或杀菌剂等手段抑制腐蚀。
内有一道电。管道腐蚀的实质是铁原子的电子向周围环境迁移的过程,因此可以采用阴极保护技术对管道进行腐蚀防护。阴极保护是埋地管道腐蚀防控的第二道防线,以强制电流为主,牺牲阳极为辅,其原理是抑制管道金属的电子迁移。强制电流保护是通过外加直流电源给管道金属补充大量电子,使管道整体处于电子过剩的状态;牺牲阳极电保护是将电位更负的金属与管道金属连接,使该金属上的电子转移到管道上去,使管道金属处于相对较负的电位下。打个比方,阴极保护技术相当于主动用外部电流“喂”饱腐蚀,这样腐蚀就不“吃”管道本体金属了,因而使管道得到保护。
时时勤维护。加强日常管理是埋地管道腐蚀防控的第三道防线。通过例行开展阴极保护系统失效排查、防腐层破损排查等,对管道腐蚀控制系统和腐蚀状况进行定期检测与评估。通过不定期专项检测对管道内外腐蚀状况进行系统检测,及时对高腐蚀风险部位进行处置,并分析腐蚀原因,制定针对性管理策略。