中石油管道防腐技术在城市地下管网建设中的应用研究

引言

城市地下管网环境复杂，土壤酸碱度、地下水成分以及电化学反应等因素会加剧管道腐蚀，导致管道泄漏、爆裂等问题，影响城市安全和环境保护。石油管道作为重要的能源输送设施，对其防腐技术提出了更高要求。针对石油管道腐蚀的复杂性，分析了腐蚀环境特征，探讨了防腐涂层、复合型防腐涂料及高分子改性技术的应用方法，并对施工过程中的表面预处理、涂层涂敷、提出了工艺参数优化方案，为城市地下管网管道的防腐提供技术参考。

1. 中石油管道防腐技术概述

1.1 原理与基础要素

在物理防护方面，防腐涂层、包裹材料等技术通过形成致密的防护膜或包覆层，有效隔离管道表面与外部环境之间的直接接触，从而降低腐蚀风险。这些涂层和包覆材料在表面附着时需要具备良好的粘结力，确保防护层在管道运行过程中不发生脱落、起泡或龟裂等情况。管道的金属材料表面往往会因长时间暴露在空气、水分及化学物质中而发生氧化反应，形成电化学腐蚀。防腐技术通过涂层中掺杂防锈颜料、阻隔氧气和湿气的渗透，减少腐蚀电流的形成，抑制金属离子在腐蚀环境中的释放。

1.2 适用范围与优势

在潮湿土壤环境中，管道易受到水汽、酸碱性物质和腐蚀性离子的侵蚀，防腐涂层技术通过形成致密的涂覆膜，阻隔水汽及腐蚀介质的渗透，减缓管道氧化反应【1】。在盐碱地带，土壤中含有大量的氯离子和硫酸盐，极易对金属管道产生侵蚀，而中石油的防腐技术通过高耐腐蚀性的涂层材料及多重包覆结构，显著增强管道的抗化学腐蚀能力。

2. 城市地下管网腐蚀环境分析

2.1 土壤与地下水化学特征

土壤的酸碱度、含水量、含盐量、有机物质等因素直接决定了管道的腐蚀强度。碱性土壤中虽然氢氧根离子具有一定的缓蚀作用，但若碱性过强，则会加速管道表面的氧化反应。土壤的含水量与其导电能力密切相关，湿度较大的土壤中电解质活性增强，使电化学腐蚀反应加快，导致管道表面更容易产生锈蚀。地下水的成分同样对管道腐蚀影响显著，尤其是地下水中溶解氧、氯化物、硫化物及二氧化碳的浓度。溶解氧浓度较高时，会加速氧化形成氧浓差电池，诱发局部腐蚀；氯化物则会破坏金属表面钝化膜。

2.2 电化学腐蚀机理

过程通常包括阳极反应、阴极反应及电解质溶液中的离子迁移。阳极反应中，金属原子失去电子，转化为金属离子进入电解质溶液，导致管道表面产生腐蚀凹坑【2】。阴极反应过程中，溶解氧、氢离子或水分子接受电子，生成氢气或氢氧根离子，进一步加剧金属腐蚀。电化学腐蚀的强度受到多种因素影响，包括土壤电阻率、溶解氧浓度、温度以及环境湿度等。土壤电阻率较低时，电解质溶液的导电能力增强，腐蚀电流增大，阳极与阴极反应加剧，从而加速腐蚀速度。溶解氧浓度较高时，阴极反应更加活跃，形成氧浓差电池，使局部区域腐蚀严重，进一步导致管道穿孔和泄漏。

3. 防腐材料与工艺选择

3.1 常用涂覆体系

环氧树脂涂层、聚氨酯涂层及聚乙烯涂层是当前应用较为广泛的防腐涂覆体系。环氧树脂涂层通常采用液态喷涂工艺，施工时需对管道表面进行喷砂处理。随后，采用喷涂设备将环氧树脂防腐涂料均匀涂敷在管道表面，涂层厚度需达到 0.4mm至 0.8mm之间，并在常温下养护 8 至 12 小时，使涂层完全固化，形成致密的防护膜。聚氨酯涂层则适用于耐磨性能要求较高的环境，喷涂时要求施工温度控制在 5℃至 35℃之间，避免高温引起涂层流挂。涂层施工完成后，应采用电火花检测仪对防腐层的连续性和附着力进行检测。

3.2 复合型防腐涂料

涂料多采用双组份或多组份配比方式，使用时需按照质量比将主剂、固化剂及添加剂进行充分搅拌，以确保材料的稳定性。涂装前，管道表面应进行严格的除锈处理，推荐采用Sa2.5 级喷砂除锈工艺以提高涂层的附着力。涂装时应采用多道涂装工艺，待底漆完全干燥后，再涂覆中间层与面漆层。面漆层应采用耐候性强的材料，并通过刷涂、喷涂或辊涂方式均匀覆盖，施工完成后，需采用电火花检测、厚度测量仪等设备，对涂层进行全面检查。

3.3 高分子改性技术

改性聚合物通常选用聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚醚酮（PEEK）或聚苯硫醚（PPS）等高性能聚合物【3】。施工过程中，将改性聚合物通过熔融共混、溶液共混或辐射交联等工艺均匀分散于涂料中，以提高其耐酸碱性及抗剥离能力。熔融共混工艺采用高速搅拌设备，将聚合物颗粒在 200℃至230℃的高温下充分搅拌至熔融状态，并将其均匀喷涂在管道表面。溶液共混工艺则将改性聚合物溶解在特定溶剂中，并通过浸渍或喷涂工艺将其均匀分布于管道表面，形成致密的保护膜。

4. 施工与过程检测

4.1 表面预处理与清理手段

表面清理前，需对管道表面油污、泥沙、锈蚀及其他附着物进行彻底清除。采用喷砂处理时，应选用石英砂、钢砂、铜矿渣等粒径在 0.3mm至1.5mm之间的磨料，使用空气压缩机将磨料以 0.4MPa至 0.6MPa的压力高速喷射至管道表面，达到Sa2.5 级除锈标准。在清理过程中，需严格控制磨料喷射角度，避免垂直喷射导致粗糙度不均匀。若使用化学除锈工艺，则需选用浓度为 10% 至 15%的磷酸或草酸溶液对管道表面进行酸洗处理。

4.2 防腐层涂敷与固化工艺

采用刷涂、喷涂或辊涂工艺时，需根据涂料类型选择适合的涂敷方法。环氧树脂类涂料采用喷涂工艺时，喷枪口径应选择 2.0mm至 2.5mm，喷射压力控制在 0.3MPa至 0.5MPa之间，喷枪与管道表面的距离应保持在 30cm至 50cm，喷涂速度应控制在 0.5m/s至 1.0m/s，保证涂层均匀无漏涂。喷涂时应采取纵向、横向及对角交叉喷涂方式，确保每一道喷涂覆盖上一道喷涂的 50% 至 60% ，避免漏涂或厚度不均。涂层施工完成后，需将管道置于干燥、无尘环境中进行固化处理。

4.4 长效监测方法

监测系统可采用直流电位梯度法（DCVG）或电磁探测法（PCM）对防腐层的损伤点及绝缘性能进行检测。DCVG检测时，需在管道两侧布设接地棒，接地棒与管道表面的距离控制在 1m至 2m之间。PCM检测方法采用电磁信号传输原理，通过在管道两端布置信号发生器，利用电磁感应装置沿管道走向探测电流信号的强弱变化，确定管道防腐层的完整性。

5. 效果评估与优化探讨

5.1 防腐层完整性检测

电火花检测法是最为常用的检测手段之一，该方法利用电火花装置对防腐涂层进行高压测试，以发现针孔、气泡、裂纹及漏涂等缺陷。检测前，需根据涂层厚度设置合适的测试电压【5】。涂层厚度在 300μm 至 500μm时，检测电压应控制在 3kV至 5kV；涂层厚度在 500μm至 1000μm时，电压应控制在 5kV至 10kV。检测时，电火花探头需沿管道表面缓慢移动，速度控制在 0.2m/s至 0.3m/s，探头与涂层表面保持接触，确保测试范围无遗漏。

5.2 工艺稳定性改进

涂层施工前的表面预处理需严格执行Sa2.5 级除锈标准，喷砂磨料粒径应控制在 0.3mm 至 1.5mm之间，喷射压力维持在 0.4MPa至 0.6MPa 。喷枪喷射角度应保持在 45°至 60^∘ ，喷枪与管道表面距离控制在 30cm至 50cm，以确保喷砂均匀并达到 30μm 至 70μm的表面粗糙度。环氧树脂涂料在喷涂前需充分搅拌 5 分钟至 8 分钟，每道喷涂重叠宽度控制在 50% 至 60% 。固化过程中，环氧树脂类涂层温度应维持在 20℃至 30^∘C ，固化时间不少于24 小时。焊接部位应采用热缩带防腐处理确保材料充分收缩并紧密贴合。

参考文献

[1] 王清春, 王洁光. 石油化工管道防腐关键技术研究[J]. 化工管理,2025,(02):129-132.

[2]王凤生,张春雨,王鹏.油田管道防腐层检测技术及管道维护探讨[J].全面腐蚀控制,2024,38(06):197-202.

[3] 张 晓 晴 . 浅 谈 石 油 化 工 管 道 防 腐 技 术 [J]. 当 代 化 工 研究,2024,(08):129-131.

[4]易顶珍.石油化工管道防腐蚀技术的应用和改进研究[J].中国设备工程,2023,(15):174-177.

[5] 于立才. 石油管道化工防腐的安全技术探讨[J]. 中国设备工程,2023,(07):225-227.

作者简介：王颖 （1982 年 1 月-）女，天津市人开发区2013 年中国石油大学，机械制造及其自动化，本科，工程师，现从事管道防腐专业。