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【摘要】本文在分析土壤环境对管道的物理和化学破坏作用的基础上，研究了当前主要的管道外防腐层材料的特点及使用情况，在此基础上再考虑施工方便、经济合理等因素，通过技术经济分析与评价确定油气长输管线外防腐层的最佳材料。
【关键词】油气 长输管道 外防腐层 选择与应用
20世纪初，在世界能源战略格局中，石油逐渐成了最主要的工业能源，但是由于油气形成条件的限制，世界各区域的油气储量极为不平衡，因为这种不平衡而逐渐使得油气储运工业成为了国内外日益关注的焦点。与国外相比，我国的石油储运工业开展时间相对较晚，在20世纪末在“稳定东部，开发西部”以及“西部大开发”战略的推动下，油气储运工业逐渐被提上日程，而我国管道工业也在此阶段得到了较大的发展。尤其是最近几年，随着石油勘探开发力度的进一步加大，石油储运管线建设也相应的进入了建设高峰期。相关资料显示，在世界第二次能源危机以及国家“十一五”规划期间，因油气储运需要，在国内外已建成了诸如国外的阿尔伯塔（加拿大）-底特律（美国），国内的川（四川）-沪（上海）、新（新疆）-京（北京）等多条石油长距离埋地输送管道。但是受一些复杂地形、地貌以及地质条件的限制，这些石油长输管线需途经一些诸如破碎岩层、富水地区等易引起管道腐蚀的地形区域。因而开展油气储运管道的外防腐层研究工作，对提高油气管道在运营中的安全性以及油气储运战略均具有重要意义。
1 土壤环境对管道外防腐层的破坏
1.1 物理破坏
管道外防腐层的物理破坏大多是指管道外防腐层在受到一些外力作用，诸如岩土体中的重度较大岩体下落时产生的冲击力、因区域地质构造运动而对管道产生的摩擦扭转以及植物根系穿透、动物噬咬造成的管道物理性损伤。
（1）因岩土体中的重度较大岩体下落时产生的冲击破坏常是管道穿越颗粒粒度较大的岩土体时发生的主要破坏方式，因而在位于颗粒粒度较大的岩土体中的管道外防腐层设计时应以通过回填一些颗粒粒度较小的粘性土体来避免管道的物理破坏。
（2）在诸多管道物理破坏中，区域地质构造运动对管道外防腐层的破坏是最大的。区域的地质构造运动（如地震等）使得管道与其周围接触岩土体之间发生差异性运动。而这些差异性运动以及构造应力进一步使得土体与管道外防腐层发生间歇性摩擦，在摩擦作用下，管道的外防腐层逐渐开裂脱落并最终丧失作用。因而在对位于构造运动强烈区域的管道外防腐层设计时应在管道的外防腐层与岩土体的接触面上额外增加一层具有一定厚度的用于缓冲岩土体与管道外防腐层之间的间歇性摩擦作用的保护膜。
（3）在一些植物根系发达、穴居动物活动频繁的岩土体中还应详细考虑植物根系穿透、动物噬咬对造成管道物理性损伤的防护措施，当前主要采用一些根据动植物的穿透及噬咬能力确定在外防腐层外添加一层耐生物破坏性的材料。
1.2 化学破坏
管道的化学破坏一般是指在诸如土壤侵蚀、生物降解等生态化学作用的影响下，管道外防腐层材料本身固有性质的慢性损伤破坏作用。
（1）土壤侵蚀作用，相关研究成果显示对埋地钢质管道外防腐层的土壤侵蚀作用主要包括有毒污水泄漏、随意丢弃不可降解垃圾等人为土壤土质污染以及包括因外来土壤侵蚀产生的土壤酸化、碱化等土壤侵蚀现象。
（2）生物降解，由于埋地管道常用的外防腐层多为有机类，而有机材料的微生物降解作用是一个常见且很难克服的现象，但是微生物与外防腐层破坏之间很难建立起定量关系。在一些微生物活动频繁的土壤中常常氧化还原电位异常，所以在评价管道外防腐层的微生物影响时应尽量采用非氧化还原电位。
2 管道外防腐层的选择
2.1 防腐层性能指标及评价
为了能够准确的评价管道外防腐层的性能，国内外很多相关机构都开展了大量研究。如美国石油协会下属油气管道研究组织在1999年提出一份独立试验室评价报告，该报告后来为许多相关机构认可、使用。因而目前，有很多机构都是采用此方法来评价管道外防腐层性能，以此评价结果为依据根据实际情况具体制定管道外防腐层选择的技术标准（见表1）。
以上述评价标准为基础，在对具体的管道工程进行防腐设计时，应根据管道穿越区域的工程地质条件，对照各种防腐材料的物理、化学性质，对防腐层的选择提出合理设计材料。
2.2 常用管道外防腐层性能特点
根据调研分析可知，当前在油气储运领域常用的管道外防腐层有三种，分别为煤焦油瓷漆防腐层、聚乙烯防腐层、熔结环氧粉末涂层。以下分别介绍这三种管道外防腐层具体特点及性能。
2.2.1 煤焦油瓷漆防腐层
煤焦油瓷漆具有吸水率低、电绝缘性能好、抗细菌腐蚀等特点，是国内外用于管道防腐的主要材料之一。目前国内很多油气长输管道中应用了此防腐层，并取得可较好的效果。但是煤焦油瓷漆在其管道热敷加载过程产生很多毒性较大的气体，由于上述原因也使得煤焦油瓷漆在实际使用过程中受到了一定程度上的限制。
2.2.2 聚乙烯防腐层
聚乙烯防腐层作为一种较新研制出的防腐产品，近年来在许多国内油气储运管道上获得了广泛应用，我国过去都采用两层结构的聚乙烯（PE）防腐层，从2003年开始应用三层结构的聚乙烯防腐层（3PE）。三层结构的聚乙烯防腐层既有熔结环氧粉末涂层的强粘结性能、良好的耐阴极剥离性能，又有良好的机械性能和抗透湿性能。但因其造价较高，涂敷工艺复杂，主要使用在一些大型、深埋的油气储运管道中。
2.2.3 熔结环氧粉末涂层
熔结环氧粉末涂层（FBE）是由环氧树脂、固化剂等组成的单组分涂料，具有与金属的粘结力好，抗阴极屏蔽和阴极剥离能力强，无污染、抗弯曲性能好、耐土壤应力好等优点。但由于热喷涂操作价格较高，涂装过程要求也十分严格，且传统的单层熔结环氧粉末涂层由于其自身质脆、抗冲击性能差、吸水敏感等问题，双层熔结环氧粉末涂层已由相关机构研发，将单层熔结环氧粉末涂层的防腐性能和表层塑性熔结环氧粉末涂层的抗机械损伤性能结合在一起，其适用范围更广，是一种可为管道提供长期保护的防腐材料。 2.3 管道外防腐层选择实例
陕西某复杂地质条件区域油气储运管道需翻越多座相对高程在500米以上的山岭，由于区域山势陡峭，沿线沟谷发育，出现很多“V”字形山谷，地形切割较深，基岩岩性为花岗岩。受陕北地区风化影响，区域强、中风化带深度达50m。同时加之交通闭塞，给管道及外防腐层材料的运输带来了很多不便，因此管道外防腐层的选用首先要考虑防腐层在下沟回填过程中和运输过程中的机械破坏因素，机械强度性能是选用防腐层的先决条件，在这方面聚乙烯防腐层占有优势。在酸性有机物地段首先应考虑耐酸性的熔结环氧粉末涂层，在运行温度高的条件下，首先应考虑选用熔结环氧粉末。值得注意的是，山区特殊环境下，长输管道所处环境恶劣、土壤腐蚀性强、社会依托差，在经济承受力允许的情况下，应尽可能选用综合性能好的防腐层如：3PE等。
中石化国勘哈萨克斯坦Sagiz区块油田地处阿特劳州与阿克纠斌州交界，Sagiz区块油田外输管道在施工过程遇到了诸如穿公路、穿铁路、沙漠草原地带、盐碱地、季节性河流等极易对管道外防腐层发生破坏、侵蚀作用的地段，项目设计单位依据管线实际穿越区域的调研情况，采取增加管道壁厚，确定了2PE，三层结构的聚乙烯防腐层（3PE）作为备选外防腐层，在此基础上通过模型试验来进一步确定将2PE作为实际管线的外防腐层。该建设项目作为中石化海外第一个独立勘探、开发、建设的油田而备受关注，目前正在建设期。
3 结束语
油气储运行业经过几十年的研究、开发及引进，在管道防腐层应用技术上基本实现了标准化，体系化。油气储运管道外防腐层材料种类很多，性能各异。国内外一些已建长输管道上采用的防腐层以熔结环氧粉末、3层聚乙烯防腐层为主，在进行管线外防腐层选择时应首先从技术方面考虑，防腐层应能确保管道防腐绝缘，延长管道使用寿命，设计中应结合环境条件，确定对防腐层性能的要求，在满足性能要求的基础上再考虑防腐层施工的简便性、可行性和经济性，最后，从全面观点衡量，对长输管道外防腐层进行经济合理的选择。
参考文献
[1] 钢质管道及储罐腐蚀控制工程规范（SY0007-1999）
[2] 埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准（SY/ T 0420-97）
[3] 埋地钢质管道煤焦油瓷漆外防腐层技术标准（SY/T 0379-98）
[4] 埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准（SY/T 4013-95）
[5] 钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术标准（SY/ T 0315-97）
[6] 高念振，孔玲，董建峰，高长虹，乔有伟.埋地钢质管道外防腐层的选择与应用[J].内江科技，2006（01）
【关键词】油气 长输管道 外防腐层 选择与应用
20世纪初，在世界能源战略格局中，石油逐渐成了最主要的工业能源，但是由于油气形成条件的限制，世界各区域的油气储量极为不平衡，因为这种不平衡而逐渐使得油气储运工业成为了国内外日益关注的焦点。与国外相比，我国的石油储运工业开展时间相对较晚，在20世纪末在“稳定东部，开发西部”以及“西部大开发”战略的推动下，油气储运工业逐渐被提上日程，而我国管道工业也在此阶段得到了较大的发展。尤其是最近几年，随着石油勘探开发力度的进一步加大，石油储运管线建设也相应的进入了建设高峰期。相关资料显示，在世界第二次能源危机以及国家“十一五”规划期间，因油气储运需要，在国内外已建成了诸如国外的阿尔伯塔（加拿大）-底特律（美国），国内的川（四川）-沪（上海）、新（新疆）-京（北京）等多条石油长距离埋地输送管道。但是受一些复杂地形、地貌以及地质条件的限制，这些石油长输管线需途经一些诸如破碎岩层、富水地区等易引起管道腐蚀的地形区域。因而开展油气储运管道的外防腐层研究工作，对提高油气管道在运营中的安全性以及油气储运战略均具有重要意义。
1 土壤环境对管道外防腐层的破坏
1.1 物理破坏
管道外防腐层的物理破坏大多是指管道外防腐层在受到一些外力作用，诸如岩土体中的重度较大岩体下落时产生的冲击力、因区域地质构造运动而对管道产生的摩擦扭转以及植物根系穿透、动物噬咬造成的管道物理性损伤。
（1）因岩土体中的重度较大岩体下落时产生的冲击破坏常是管道穿越颗粒粒度较大的岩土体时发生的主要破坏方式，因而在位于颗粒粒度较大的岩土体中的管道外防腐层设计时应以通过回填一些颗粒粒度较小的粘性土体来避免管道的物理破坏。
（2）在诸多管道物理破坏中，区域地质构造运动对管道外防腐层的破坏是最大的。区域的地质构造运动（如地震等）使得管道与其周围接触岩土体之间发生差异性运动。而这些差异性运动以及构造应力进一步使得土体与管道外防腐层发生间歇性摩擦，在摩擦作用下，管道的外防腐层逐渐开裂脱落并最终丧失作用。因而在对位于构造运动强烈区域的管道外防腐层设计时应在管道的外防腐层与岩土体的接触面上额外增加一层具有一定厚度的用于缓冲岩土体与管道外防腐层之间的间歇性摩擦作用的保护膜。
（3）在一些植物根系发达、穴居动物活动频繁的岩土体中还应详细考虑植物根系穿透、动物噬咬对造成管道物理性损伤的防护措施，当前主要采用一些根据动植物的穿透及噬咬能力确定在外防腐层外添加一层耐生物破坏性的材料。
1.2 化学破坏
管道的化学破坏一般是指在诸如土壤侵蚀、生物降解等生态化学作用的影响下，管道外防腐层材料本身固有性质的慢性损伤破坏作用。
（1）土壤侵蚀作用，相关研究成果显示对埋地钢质管道外防腐层的土壤侵蚀作用主要包括有毒污水泄漏、随意丢弃不可降解垃圾等人为土壤土质污染以及包括因外来土壤侵蚀产生的土壤酸化、碱化等土壤侵蚀现象。
（2）生物降解，由于埋地管道常用的外防腐层多为有机类，而有机材料的微生物降解作用是一个常见且很难克服的现象，但是微生物与外防腐层破坏之间很难建立起定量关系。在一些微生物活动频繁的土壤中常常氧化还原电位异常，所以在评价管道外防腐层的微生物影响时应尽量采用非氧化还原电位。
2 管道外防腐层的选择
2.1 防腐层性能指标及评价
为了能够准确的评价管道外防腐层的性能，国内外很多相关机构都开展了大量研究。如美国石油协会下属油气管道研究组织在1999年提出一份独立试验室评价报告，该报告后来为许多相关机构认可、使用。因而目前，有很多机构都是采用此方法来评价管道外防腐层性能，以此评价结果为依据根据实际情况具体制定管道外防腐层选择的技术标准（见表1）。
以上述评价标准为基础，在对具体的管道工程进行防腐设计时，应根据管道穿越区域的工程地质条件，对照各种防腐材料的物理、化学性质，对防腐层的选择提出合理设计材料。
2.2 常用管道外防腐层性能特点
根据调研分析可知，当前在油气储运领域常用的管道外防腐层有三种，分别为煤焦油瓷漆防腐层、聚乙烯防腐层、熔结环氧粉末涂层。以下分别介绍这三种管道外防腐层具体特点及性能。
2.2.1 煤焦油瓷漆防腐层
煤焦油瓷漆具有吸水率低、电绝缘性能好、抗细菌腐蚀等特点，是国内外用于管道防腐的主要材料之一。目前国内很多油气长输管道中应用了此防腐层，并取得可较好的效果。但是煤焦油瓷漆在其管道热敷加载过程产生很多毒性较大的气体，由于上述原因也使得煤焦油瓷漆在实际使用过程中受到了一定程度上的限制。
2.2.2 聚乙烯防腐层
聚乙烯防腐层作为一种较新研制出的防腐产品，近年来在许多国内油气储运管道上获得了广泛应用，我国过去都采用两层结构的聚乙烯（PE）防腐层，从2003年开始应用三层结构的聚乙烯防腐层（3PE）。三层结构的聚乙烯防腐层既有熔结环氧粉末涂层的强粘结性能、良好的耐阴极剥离性能，又有良好的机械性能和抗透湿性能。但因其造价较高，涂敷工艺复杂，主要使用在一些大型、深埋的油气储运管道中。
2.2.3 熔结环氧粉末涂层
熔结环氧粉末涂层（FBE）是由环氧树脂、固化剂等组成的单组分涂料，具有与金属的粘结力好，抗阴极屏蔽和阴极剥离能力强，无污染、抗弯曲性能好、耐土壤应力好等优点。但由于热喷涂操作价格较高，涂装过程要求也十分严格，且传统的单层熔结环氧粉末涂层由于其自身质脆、抗冲击性能差、吸水敏感等问题，双层熔结环氧粉末涂层已由相关机构研发，将单层熔结环氧粉末涂层的防腐性能和表层塑性熔结环氧粉末涂层的抗机械损伤性能结合在一起，其适用范围更广，是一种可为管道提供长期保护的防腐材料。 2.3 管道外防腐层选择实例
陕西某复杂地质条件区域油气储运管道需翻越多座相对高程在500米以上的山岭，由于区域山势陡峭，沿线沟谷发育，出现很多“V”字形山谷，地形切割较深，基岩岩性为花岗岩。受陕北地区风化影响，区域强、中风化带深度达50m。同时加之交通闭塞，给管道及外防腐层材料的运输带来了很多不便，因此管道外防腐层的选用首先要考虑防腐层在下沟回填过程中和运输过程中的机械破坏因素，机械强度性能是选用防腐层的先决条件，在这方面聚乙烯防腐层占有优势。在酸性有机物地段首先应考虑耐酸性的熔结环氧粉末涂层，在运行温度高的条件下，首先应考虑选用熔结环氧粉末。值得注意的是，山区特殊环境下，长输管道所处环境恶劣、土壤腐蚀性强、社会依托差，在经济承受力允许的情况下，应尽可能选用综合性能好的防腐层如：3PE等。
中石化国勘哈萨克斯坦Sagiz区块油田地处阿特劳州与阿克纠斌州交界，Sagiz区块油田外输管道在施工过程遇到了诸如穿公路、穿铁路、沙漠草原地带、盐碱地、季节性河流等极易对管道外防腐层发生破坏、侵蚀作用的地段，项目设计单位依据管线实际穿越区域的调研情况，采取增加管道壁厚，确定了2PE，三层结构的聚乙烯防腐层（3PE）作为备选外防腐层，在此基础上通过模型试验来进一步确定将2PE作为实际管线的外防腐层。该建设项目作为中石化海外第一个独立勘探、开发、建设的油田而备受关注，目前正在建设期。
3 结束语
油气储运行业经过几十年的研究、开发及引进，在管道防腐层应用技术上基本实现了标准化，体系化。油气储运管道外防腐层材料种类很多，性能各异。国内外一些已建长输管道上采用的防腐层以熔结环氧粉末、3层聚乙烯防腐层为主，在进行管线外防腐层选择时应首先从技术方面考虑，防腐层应能确保管道防腐绝缘，延长管道使用寿命，设计中应结合环境条件，确定对防腐层性能的要求，在满足性能要求的基础上再考虑防腐层施工的简便性、可行性和经济性，最后，从全面观点衡量，对长输管道外防腐层进行经济合理的选择。
参考文献
[1] 钢质管道及储罐腐蚀控制工程规范（SY0007-1999）
[2] 埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准（SY/ T 0420-97）
[3] 埋地钢质管道煤焦油瓷漆外防腐层技术标准（SY/T 0379-98）
[4] 埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准（SY/T 4013-95）
[5] 钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术标准（SY/ T 0315-97）
[6] 高念振，孔玲，董建峰，高长虹，乔有伟.埋地钢质管道外防腐层的选择与应用[J].内江科技，2006（01）