石志超

【摘要】對輸油管線管體進(jìn)行腐蝕漏磁檢測，管線腐蝕屬于氧去極化腐蝕，主要形式為局部腐蝕。測試了管線經(jīng)過地段土壤的土壤電阻率和管地電位等，土壤屬于強(qiáng)腐蝕類。管線焊口部位的裂紋、殘余應(yīng)力及管道在穿、跨越附近側(cè)下方土壤的氧濃差電池是引起穿孔的主要部位，而防腐層破損加上雜散電流作用是引起防腐層開裂主要原因。

【關(guān)鍵詞】輸油 管線 防腐 涂層 失效 分析

1 前言

原油管道采用防腐層及陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)方式。外防腐層主要采用加強(qiáng)級熔接環(huán)氧粉末，簡稱FBE。FBE防腐層的特點(diǎn)是其對管體的粘結(jié)力強(qiáng)，具有優(yōu)良的抗陰極剝離、抗土壤應(yīng)力、抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕和耐老化性能；缺點(diǎn)是抗沖擊性能差，吸水率偏高，在土壤濕度大的地段容易產(chǎn)生鼓泡。影響防腐層老化與失效的因素較多，各種自然因素、環(huán)境因素和人為因素均可以造成防護(hù)措施的失效，從而使材料直接暴露在腐蝕性介質(zhì)中，造成設(shè)備及管線在服役期內(nèi)提前失效。對于FBE防腐層，涂層成分、固化程度、運(yùn)行環(huán)境、介質(zhì)離子狀況等都可以影響其老化和失效。本文研究了原油管線管道的防腐涂層，通過目檢、測厚、現(xiàn)場測量涂層機(jī)械性能、電火花檢測等方法直接檢查管段防腐層現(xiàn)狀，對現(xiàn)場取樣進(jìn)行SEM、紅外、能譜等方法對微觀形貌及涂層結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵狀態(tài)進(jìn)行深入研究，分析原油管線管道

防腐涂層現(xiàn)狀及失效原因。

2 實(shí)驗(yàn)方法

檢測地點(diǎn)地貌為水田旁，挖開點(diǎn)有積水；管線特征為管直徑610mm。分別采用PosiTector6000測厚儀測量涂層厚度、PosiTest附著力測試儀測量涂層附著力、電火花對涂層撿漏、掃描電鏡觀察涂層微觀形貌、紅外和能譜分析涂層官能團(tuán)。

3 結(jié)果分析

3.1 防腐涂層現(xiàn)場檢測

圖1a是挖開點(diǎn)涂層的宏觀形貌，可見涂層出現(xiàn)了不同程度的暗斑塊；涂層底部有部分管線金屬露出來，發(fā)生了腐蝕（圖1b）；并且涂層可成片用小刀剝落（圖1c）。涂層漏點(diǎn)較多，達(dá)到了10個(gè)，附著力為3.75MPa，涂層厚度為454μm。

對于管道外防腐層來說，涂層的附著力檢測是相當(dāng)重要的指標(biāo)，越來越受到學(xué)術(shù)界的重視。有機(jī)涂層與金屬基體之間的附著力對涂層的保護(hù)效果具有明顯的影響，主要是由附著力與有機(jī)涂層下金屬的腐蝕過程決定。有機(jī)涂層下金屬的腐蝕主要是由相界面的電化學(xué)腐蝕引起的，附著力的好壞對電化學(xué)腐蝕有明顯的影響。對于FBE涂層，新制的涂層附著力應(yīng)達(dá)到20MPa以上，經(jīng)過一段時(shí)間的老化，涂層與基體的附著力隨時(shí)間逐漸下降。涂層的失效是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程，同時(shí)也是一個(gè)包含諸多因素、相當(dāng)復(fù)雜的過程。涂層失效的過程大致如下：當(dāng)涂層同腐蝕介質(zhì)接觸后，腐蝕性介質(zhì)中首先是水，然后是氧氣和腐蝕性離子會通過涂層中的宏觀缺陷和微觀缺陷擴(kuò)散到涂層/金屬基體界面，形成非連續(xù)或連續(xù)的水相，水?dāng)U散的動力主要來自于濃度梯度、滲透壓和溫度梯度的作用。此后，由于在界面處水分子的介入，導(dǎo)致涂層濕附著力的持續(xù)降低，涂層失效的發(fā)展模式主要是：涂層缺陷—環(huán)境介質(zhì)滲入—附著力降低—鼓泡—防腐層破損—防腐層絕緣電阻降低—涂層失效。

圖2為管道防腐涂層微觀形貌。涂層存在微觀裂紋等局部缺陷。此處土壤的pH值為6.39，接近中性。涂層常年埋設(shè)在地下，地下環(huán)境介質(zhì)對管道防腐層具有較大的影響。這些影響主要來自于地下水、水中的溶解鹽、酸堿度等等。通過上節(jié)的分析，當(dāng)涂層有微觀缺陷時(shí)環(huán)境中的水與溶解鹽會滲入涂層，造成涂層的剝離。通過涂層的能譜分析，涂層的成分主要為C、O、Si、S、Ti等元素。正面涂層中環(huán)氧基團(tuán)的特征峰幾乎消失；而背面涂層中環(huán)氧基團(tuán)的特征峰相對較強(qiáng)，可能是因?yàn)楣袒^快或固化溫度過低，環(huán)氧樹脂與固化劑反應(yīng)不完全所致。管道涂層在安裝前管段由于種種原因，在室外放置了較長時(shí)間，相對于新鮮涂層，部分樣品的外表面紅外光譜分析結(jié)果證實(shí)，涂層內(nèi)樹脂分子上苯環(huán)吸收峰消失或削弱明顯，可以推測在紫外線的照射下，涂層出現(xiàn)不同程度的粉化，進(jìn)而涂層脆性增加。SY/T0315-2005規(guī)范中要求在強(qiáng)紫外線下放置需采取遮蓋等措施，以保持涂層的完好。

[1] 盧平.儀長原油管道工程經(jīng)濟(jì)形勢分析[J].油氣儲運(yùn)，2005

[2] 王德中.抗陰極剝離型重防腐環(huán)氧粉末涂料的技術(shù)進(jìn)展[J].上海涂料，2012