油气储运管道防腐技术的现状与应用

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【摘要】 管道运输是石油和天然气运输的最重要的方式之一,目前广泛地应用在能源分布不均衡的国家和地区。由于管道的运程较长、压力较大、油气本身又具有较大的毒害性和危险性,这就对油气储运管道的防腐技术提出了很高的要求。本文通过对石油和天然气自身性质的分析,阐述了管道油气运输一旦泄露出现的危害。并对国内外主要使用的防腐技术的历史进程进行总结。概括的介绍了我国目前油气储运的主要的防腐技术的应用。同时也针对目前技术存在的不足,提出了一些改善方法。

【关键词】 油气储运油气管道防腐技术

石油和天然气作为目前的主要使用能源,在我国的经济发展和人民生活中起着重要的作用。但是,由于我国的资源地区分布和经济发展不匹配。中西部地区经济不发达,对资源的需求不大,却储藏着我国较大的油气储量。而东部沿海地区,因为经济发展较快对资源的需求量很大。这中资源分布不均衡就客观上要求,石油和天然气储藏和运输。但是由于石油和天然气的本身特点和管道运输运距长、压力大等特点,这对油气储管道的防腐技术提出了很高的要求。研究我国目前使用的主要油气储运管道防腐技术,分析其利弊,通过理论研究和经验总结,提出改善之处,对我国的能源安全具有重要的意义。

1 管道储运油气特点及危害

1.1 管道运输油气的特点

在我国,管道储运油气是使用范围比较广、效果比较好的一种油气运输方式。这种油气储运方式的特点为运距长、管径大、压力高,对运输过程中管道的安全性要求非常高。

1.2 油气本身的危险性

石油和天然气是管道储运的主要介质,这两者均属于重点监管危险化学品,是易燃易爆物质。在GB50183--2004《石油天然气工程设计防火规范》的火灾危害分类中,天然气属于甲B类。一旦在储运过程中泄漏,遇到火源非常容易发生火灾爆炸事故。除了具有易燃易爆特性外,石油和成品油也具有易挥发的特点。泄露的油蒸汽在管道通过区域弥漫、扩散,或者达到一定数量后在低洼处聚集,将非常容易引发燃烧和爆炸。

其次,油品蒸汽具有很强的毒副作用,一旦通过呼吸道进入人体,会给人的身体健康带来极大的威胁。另外,油品本身具有遇热膨胀性和静电荷聚集性,这也容易埋下安全隐患。

1.3 油气泄露会造成极大的资源浪费

石油和天然气都是不可再生资源。在储运过程中,一旦由于管道腐蚀造成油气泄露,尤其是在运输过程中的泄露,由于管线长、运距长,埋藏深等原因不易发现,泄露后又不易回收,容易造成较大的资源浪费。同时,一般管线因埋藏在地面以下,一旦泄露会给土地和水资源带来较大的污染,甚至会影响部分地区的饮用水安全,给人民的身体健康带来威胁。2010年4月20日,发生在墨西哥湾的漏油事故,导致至少2,500平方公里的海水被石油覆盖着。此次事故还极大地影响了当地的渔业和旅游业,并对生物的多样性和墨西哥湾周围环境的平衡带来了巨大的影响。

2 管道防腐技术的发展和现状

2.1 管道防腐层在我国的发展

目前,广泛使用的防止或降低活埋地钢质管道腐蚀程度的主要手段是防腐层加阴极保护。在某种程度上,防腐层质量决定着管道的寿命年限。如同国外,我国管道防腐层的应用亦从沥青类防腐层开始,20世纪50年代的第一条克独长输管道,70年代的东北输油管道等都是采用石油沥青防腐层;70年代后期至80年代,我国采用国外防腐层的新技术,胶带、夹克、环氧粉末等防腐材料相继投入使用;80年代至90年代中期各种防腐层在我国蓬勃发展,百花齐放;90年代后期,熔结环氧粉末(FBE)和三层聚乙烯(三层PE)两种防腐层渐成主流,但当时世界最新的双层环氧应用较少。[1]

目前,我国防腐技术渐趋成熟,一些技术参数已达国外先进水平,国内外长输管道的防腐层材料主要为熔结环氧粉末、三层聚乙烯和少量的煤焦油瓷漆;油田内部主要集输管道的防腐层材料多为熔结环氧粉末、三层聚乙烯,非主要管道的防腐层材料仍然为石油沥青类;城市供水、供气管道的防腐层材料则一般多采用环氧煤沥青和胶带。

2.2 防腐层在国外的发展

国外最初防腐层材料使用煤焦油沥青及改性的煤焦油瓷漆。这些材料在管道运行温度上升的时常发生氧化反应,挥发一部分馏分,导致脆变、剥离,使阴极保护电流增大。20世纪40至70年代,各种防腐层材料层出不穷,石蜡、石油沥青、胶带、夹克陆续面试,胶带防腐层一度占据主导地位。但这种材料在腐蚀性较强的土壤中经常剥离,对阴极保护电流产生屏蔽,导致应力腐蚀开裂。到60年代,双层挤塑聚乙烯结构防腐层问世,取代了煤焦油沥青作为防腐材料的主导地位。但多变的管道运行条件,使双层挤塑聚乙烯防腐层也慢慢出现易损坏、易剥离、屏蔽阴极保护电流等缺陷。70年代阿拉斯加管道投产,熔结环氧粉末防腐层应用时代开启。90年代,熔结环氧粉末和三层聚乙烯逐渐替代煤焦油瓷漆,成为管道防腐层的主导材料。熔结环氧粉末防腐层有着机械性能和防腐性能强、附着力强、与阴极保护相融等特点,成为世界管道工程的防腐首选。到1996年,三层聚乙烯防腐层的使用量跃升至第二位。[2]

目前,国外的防腐层发展趋势是改进三层结构,在双层熔结环氧粉末结构上下功夫。在熔结环氧粉末防腐层表面采用液态的聚氨酯或改性的环氧树脂,防止管道在吊装、敷设、定向钻穿越道路及河流等工序中发生毁损。1993年美国统计的各种防腐层按面积计算所占比例为:熔结环氧粉末为29.12%,挤塑聚乙烯为39.27%,煤焦油瓷漆为15.94%,沥青瓷漆为0.37%,煤焦油环氧为0.8%。

2.3 目前防腐技术存在的不足

熔结环氧粉末、三层聚乙烯现在世界范围内应用较为广泛,通过实践证明也具有良好的防腐效果。但是,这两种防腐材料仍有很多不足。例如,熔结环氧粉末抗冲击性能较差,机械强度不理想。一旦遇到地震、火山爆发甚至是冲击力稍微大点的建筑施工情况,很容易出现管道的破裂或中断。而三层聚乙烯不但成本较高,在弯头等异型管件和管道处补口难度较高,补伤处防腐性能远远低于管体的防腐层,焊缝处容易出现各种问题,降低了防腐效果。

3 加强管道防腐的处理方法

3.1 加大全程管理力度

油气储运设施建设前期,严格执行安全设计审查。国家安全生产监督管理总局的规定,油气储运工程在设计阶段,必须通过政府安监部门的安全设施设计审查,以查找设计中存在的不安全因素,落实安全对策措施,提高油气管道工程的本质安全。其次,加大施工过程中的安全监控力度,确保安全设施与主体工程同时施工和使用。最后,在工程竣工验收时,仍要组织安全、环保、职业卫生设施等方面的验收。

3.2 严把施工质量,提高对细节的把控

施工质量是影响油气管道安全运行的关键,是提高油气管道本质安全的保障。在油气管道建设过程中,要高度重视施工过程的各个环节,加强管道设备装卸、运输时的保护,严控焊接质量,铺设过程中注意避免管道防腐层破损和管道外壁的机械损伤。

投入使用前,必须通过工程质量验收。对油气管道工程的调查结果显示,工程主体设施的施工质量一般较好,但往往由于赶进度、要效益而忽视管道配套工程及防护设施的质量。所以在把关施工质量时,除了关注主体设施外,对细节的把握也尤为重要。

3.3 健全安全管理制度,加大管道保护力度

2010年10月1日,《中华人民共和国石油天然气管道保护法》开始实施。这项法规不仅给石油天然气行业的管道保护工作提供了法律依据,更为严厉打击不法分子打孔盗油、非法占压、违法施工提供了坚强厚盾。[3]管道运行管理单位要广泛开展管道保护相关方面的学习和宣传工作,强化与当地政府的紧密联系,严打非法盗油,严惩违法施工,确保油气管道安全平稳运行。

目前,人为破坏是国内长输管道泄漏、火灾、爆炸事故的主要原因。所以建立健全管道安全运行机制成为当务之急,这就要求企业对外与政府、社会加强沟通,与公安系统加强合作,增加管理巡逻队伍巡逻的频次,雇用管道途经地的群众,加大巡逻看护力度。对内做好企业文化、安全管理制度、设备管理等方面的更新完善。最后还要建立专业、系统性管理机构,对所有影响管道安全性因素进行综合、系统分析,拟定工作计划,制定预防和应急方案;加强泄漏监测技术和安全预警技术的应用,以便及时发现事故减免损失。

3.4 加强人员管理,规范操作流程

目前,国内油气管道数量和里程不断增加,已形成相互交织的油气管网。所以,在输油生产过程中,一次错误操作,很可能造成储油罐及上下游管道或泵站发生连锁反应,酿成严重后果。因此,要确保每一次操作准确无误,这就企业强化制度管理,规范操作流程,加强员工日常安全教育培训,让职工养成良好的安全操作习惯,自觉主动地按章办事,减少错误机率。

3.5 加强管道安全的巡检和定期保养

油气运输管道一般使用年限较长,这就要求相关部分不仅仅要关注新建管道,更要关注使用中的管道。加强使用中管道的巡检和定期保养,防患于未然。有条件的单位,要分区域分年次,建立管道建设、使用、保养档案,随时监控管道使用,做到早发现、早修复。

4 结语

油气储运管道的防腐技术,通过国际范围内的多年摸索,已经取得了较大的进步。目前我国的运输管道使用的防腐技术,大部分已经达到国际水平,有一些甚至领先。虽然在油气运输管道的防腐方面还存在一定的问题,但是通过加强管理、提高技术水平等方式一定会取得更好的成绩。为保障我国的能源安全做出更多更大的贡献。

参考文献:

[1]张旭,魏子昂.浅谈油气储运中管道的防腐问题[J].中国石油和化工标准与质量,2011(10).

[2]沈乾坤.论油气运输中的管道防腐问题[J].中国石油和化工标准与质量,2012(10).

[3]余雨航,王新建,张晓霞.油气管道溢泄事故后果及防范措施分析.科技信息,2012(7).