地下工業管線防蝕系統:淺談防蝕塗覆及陰極保護

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地下工業管線防蝕系統:淺談防蝕塗覆及陰極保護

作者  許世希

作者 許世希

前中油桃煉廠廠長、英國曼徹斯特腐蝕防治中心碩士

 目錄

一、前言

  地下工業管線洩漏可能會引起火災、爆炸或污染大地,這些皆是無法可忍受。要防止地下管線腐蝕洩漏最簡單的方式就是將金屬管線與其周圍的土壤隔離。故控制地下管線腐蝕的第一要件就是要使用可靠的塗覆材料。但由於再好的塗覆材料都難免有針孔,劣化的產生,所以陰極保護就成為防蝕的第二道重要防線。二者相輔相成地下管線外部的腐蝕問題就大功告成,當然除了土壤腐蝕外地下管線仍有可能槽受外力破壤,應力腐蝕龜裂及內部腐蝕回題,這些問題不在本文討論。

二、地下工業管線防蝕塗裝材料選用及施工注意事項

  一般而言,地下管線的防蝕系統應優先考慮選用好的塗覆系統,因為好的塗覆系統可遮蓋大部分管線金屬表面(約99%以上)不與外部土壤接觸而形成一電的絕緣體,如此管線表面腐蝕大部分被中止。因此慎選適當的防蝕塗覆材料是非常重要,如何選用有效、經濟的防蝕塗覆系統可參考ISO-21809-1 part 1 Petroleum and Natural gas industries-external coatings for buried or submerged pipelines、ISO-21809-2 part 2 Fusion-bonded epoxy coatings及ISO-21809-3 part 3 Fielded joint coatings 等規範。

歸納選用防蝕材料應考慮下列事項:

管內輸送流體的溫度,因管線陰極保護系統,而造成剝離現象,必須為一有效的電的絕緣體塗料,無論怎樣,所使用的塗覆料不能裂紋,即使是在土壤回填過程中亦能保持完美無損,即使是經過一段長時間,其漆膜組成仍與最初一樣的完美,有效防潮性,避免包覆層下的腐蝕問題 (CUI),不能有造成環境不良影響的毒化物,容易施作及修護,埋管現場環境考量 ,如現現埋管施作後可能因圍繞管線的回填土中的石塊,泥塊或瓦礫的穿透作用,土壤乾燥收縮產生扭曲應力加於塗覆物上,由於植物根之生長的穿透作用,圍繞管線土壤中的細菌作用,其他如運送、儲存過程的損傷、安裝好後可能受到其他工程的施工而損傷破損塗覆。

防蝕塗裝材料種類基本上可歸類成下表1:

地下工業管線防蝕系統:淺談防蝕塗覆及陰極保護-表1
表1

塗覆材料選定後,塗覆施工品質的良窳將影響完工後管線塗覆的品質,所以在下述施工過程中要特別注意:

  1. 管線表面清理:所有的油脂必須用溶劑清除,附著物可用噴砂法去除,鋼絲刷效果較差只能磨光鋼鐵表面,而無法像噴砂法使表面產生如鋸齒狀的粗糙面。
  2. 底漆塗刷:避免在早晨有露水的時候,或可能產生凝結水的時侯,以及低於冰點下濕氣結冰等情況下塗底漆,在此種情況塗刷時會導致塗覆與管線表面結合不良,減損塗覆的壽命。
  3. 適當地應用塗覆材料:使用塗覆材料時必須嚴格地根據製造廠家的規定。
  4. 搬運及降管:不管塗覆是如何的好,如果搬運馬虎則會損傷到塗覆,在現場所做的修補不能達到原有塗覆的保護能力,修補的地方將成為一個可能剝離的地方。降管時必須用有墊的吊帶小心地放置在溝底,管溝必須先整平,並將石塊、異物、凸出物等清除,使塗覆管放在光滑的地床上,或置於砂包上。
  5. 檢查:塗覆的檢查必須由有經驗的人員來執行,且必須嚴格徹底地根據規範檢查,漏電試驗是有效的檢驗方法。其他如耐溫度、結合力等特殊的檢查則需要在實驗室施作。檢驗標準可參考ISO21809-1 附件。
  6. 回填及標示帶:在回填的過程中,如果不特別加以注意,則碎的瓦片、碎石會撞裂塗覆而引起嚴重的損傷。最好能用水洗過的溪砂回填30公分厚,再回填一般的回填土並於其中置入警示標示帶,再回填到滿管溝。 

  管線的塗覆若沒做好,則很快地就會出現腐蝕損壞。有人會非常懷疑為什麼百分之九十九以上的管線面積塗覆保護良好,只有數點針孔分佈而會影響如此的大呢?此點可由一小面積的陽極及一大面積的陰極理論加以說明,小陽極區的集中腐蝕電流將造成局部點蝕並加速腐蝕。

  陰極保護部份可參考經濟部標準檢驗局公佈的CNS-15993-1(石油、石化及天然氣業-地下管線陰極保護系統-第1部:陸上地下管線)。這份標準主要是參考ISO-15589-1所制定,其內容大致上和NACE-0169相似,但其中對於防蝕標準有些許的差異。其防蝕標準有二,一般如下表2,若有困難可採極化電位偏移量100mv的標準。表2中所訂標準考慮到溫度、土壤環境等,較NACE標準為細膩。除此之外,該標準內有關設計、試運轉、維護、干擾預防及檢測亦著墨很深可做為陰極保護工作的重要依據。在人員資格上規定陰極保護專業人員資格執行陰極保護系統之設計、安裝監督、試運轉、操作監督、量測、監測及維護監督等人員,必須具備相當之專業資格。如具有EN 15257、NACE陰極保護訓練及驗證課程或任何其他同等方案之驗證,國內目前防蝕學會及工研院皆有辦理訓練及考證。

地下工業管線防蝕系統:淺談防蝕塗覆及陰極保護-表2
表2 常用金屬材料在土壤和水(海水除外)中的腐蝕電位、保護電位及極限臨界電位,電位值相對於銅/硫酸銅參考電極

三、結論

  使用塗覆將大大地降低腐蝕電流,整個金屬損耗遠比裸管小很多。但由於塗覆缺陷是很難避免,所以防蝕不能完全只靠塗覆,最好以陰極保護加以輔助。如果使用不穩定的塗覆料時,在管線壽命的初期,陰極保護系統足以保護該管線,當塗覆損壞時(降低塗覆料的有效電阻),陰極保護所需的保護電流急速增加,以至於電流供應量不足無法達到防蝕標準,縱使達到防蝕標準也需要增加很多電流,也即是說需要繼續地增加安裝陰極防蝕的費用,及大幅增加用電費用,整個的塗覆及陰極保護的經濟效益受到不良塗料的影響。

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