亡羊補牢，不如防患于未然。
實踐證明，泄漏以后的治理往往需要付出成倍的代價。對生產設施采取積極的預防措施，可以有效地減少泄漏的發(fā)生，減輕其危害。因此，重視泄漏預防，進行超前投入，既有必要，又有經濟效益。然而“有錢買棺材，沒錢吃藥”的現象在今天仍然比比皆是。
第一節(jié) 泄漏產生的原因
石油工業(yè)中的泄漏產生的原因很多，歸納起來主要有以下幾個方面：
一、人為因素
1．麻痹疏忽
由于市場經濟的激烈競爭，為了降低成本，追求高額利潤，人們急功近利，往往存有僥幸心理，有意忽視安全，如縮小安全系數、減免安全保護設施，各種“麻痹大意、疏忽”等造成的失誤層出不窮；有時對急于投入生產的新技術認識有限，尚沒有完全掌握伴隨之而來的副作用，也會造成泄漏事故。
2．管理不善
管理和技術好比是人的大腦和手腳，缺一不可。管理的科學化甚至比技術更為重要，就像大腦比手腳更重要一樣。生產現場的跑、冒、滴、漏正是其管理落后的標志，各種泄漏事故往往都能從管理上找到漏洞。
3．違章操作
違反安全規(guī)定，不按程序操作是造成泄漏的最重要的原因。由于操作人員工作不認真、想當然、技術不熟練、誤操作造成泄漏事故的例子屢見不鮮。引起泄漏的錯誤操作通常有：操作不平穩(wěn)，壓力和溫度調節(jié)忽高忽低；氣孔、油孔堵塞，未及時清掃；不按時添加潤滑劑，導致設備磨損；不按時巡回檢查、發(fā)現和處理問題，如溢流冒罐等；誤關閥門和忘記操作等。
二、材料失效
構成設施材料的失效是產生泄漏的最主要的直接原因。因此研究材料失效機理，是防止泄漏的有效手段。據統計，腐蝕、裂紋、磨損等是導致材料失效、造成泄漏的主要原因；此外，地震等自然災害以及人為破壞也會引起破壞性泄漏。
1. 材料本身質量問題
如鋼管焊縫有氣孔、夾渣或沒焊透，鑄鐵管有裂紋、砂眼，水泥管被碰裂等。
2. 材料破壞而發(fā)生的泄漏
如輸送腐蝕性強的流體，一般鋼管在較短時間內就會被腐蝕穿孔；輸送高速的粉料，鋼管會被磨蝕損壞；還有材料因疲勞、老化、應力集中等造成強度下降等。
3．因外力破壞導致泄漏
如不法分子在管道上打孔盜竊，野蠻施工的大型機動設備的碾壓、鏟挖等人為破壞；地震、滑坡、洪水、泥石流等造成管道斷裂，車輛碰撞造成管道破裂，施工造成破壞。
4．因內壓上升造成破壞引起泄漏
如水管因嚴寒凍裂，誤操作（管道系統中多臺泵同時投入運行，或關閉閥門過急）引發(fā)水擊造成管道破裂。
三、密封失效
密封是預防泄漏的元件，也是容易出現泄漏的薄弱環(huán)節(jié)。
密封失效的原因主要是密封的設計不合理、制造質量差、安裝不正確等，如設計人員不熟悉材料和密封裝置的性能，產品不能滿足工況條件造成超壓破裂，密封結構形式不能滿足要求，密封件老化、被腐蝕、磨損等。
所謂的“無泄漏”泵也不是絕對的。某油田輸油泵投產時就用了磁力泵，沒有動密封，但由于軸承損壞，竄軸磨壞玻璃鋼隔離套，導致泄漏、著火事故。
第二節(jié) 泄漏預防的措施
搞清了產生泄漏的原因，也就確定了防泄漏的措施。為了提高可靠性，就應該構筑起阻止泄漏的層層防線。
一、提高認識，加強管理
首先，從思想上，要樹立“預防泄漏就等于提高經濟效益”的認識。試想，泄漏輕則造成物料損失、停產，重則廠毀人亡，哪里還談得上經濟效益呢？而預防則能起到事半功倍的效果。
其次，完善管理、按章行事，是防止泄漏的重要措施。
事實上，各種物質的泄漏往往都能從管理上找到漏洞。制定一套完善的管理措施是非常必要的，如“巡回檢查制”；強化勞動紀律；經常對職工進行業(yè)務培訓和職業(yè)教育，提高技術素質和責任感。職工要熟悉生產工藝流程和設備，了解、掌握泄漏產生的原因和條件，才能做到心中有數，以及早采取措施，減少泄漏發(fā)生。
第三，要加強立法，以提高管理者的責任。美國聯邦法律規(guī)定，新建油罐必須采取防腐措施，按有關規(guī)范安裝，并配置泄漏檢測和冒頂報警裝置，石油及化工產品儲罐必須設置二次封閉；同時要求石油公司監(jiān)測、報告油罐的泄漏，并進行泄漏預防及控制對策的研究。從1994年起，美國就要求新建和更新的管道必須設置智能清管器收發(fā)裝置，對管道定期進行檢測。對違法者予以重罰。
我國對鍋爐壓力容器的制造、安裝和使用的管理，制定了《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》。應該進一步健全法制，加大執(zhí)法力度。
但是，由于人的失誤不可能避免，還必須依靠多種技術措施，進行綜合治理。
二、可靠性設計
為減少泄漏的發(fā)生，在設計上應采取提高可靠性的技術措施。例如，航天器由上百萬個零部件組成，又需要經受苛刻的條件，極易發(fā)生事故，但是由于對可靠性的高度重視，火箭上天前必須進行嚴格的熱試車和測試檢查，與航空、陸上各種交通工具比較，載人航天器有著最好的安全飛行記錄。
1．緊縮工藝過程
可靠性理論告訴我們，環(huán)節(jié)越多，可靠性越差。
當前，化工行業(yè)將緊縮工藝過程作為提高生產裝置安全性的一項關鍵技術，即盡量縮小工藝設備，用危害性小的原材料和工藝步驟，簡化工藝和裝置，減小危險物存儲量。
2．生產系統密閉化
生產工藝中的各種物料流動和加工處理過程應該全部密閉在管道、容器內部，實現“搞油不見油”。
3．正確選擇材料和材料保護措施
材料選用的正確與否，直接關系到設計的成敗。材質要與使用的溫度、壓力、腐蝕性等條件相適應，能夠滿足耐高溫、強腐蝕等苛刻條件。不能適應的要采取防腐蝕、防磨損等保護措施。
勝利油田樂安、單家寺等稠油熱采油田的高壓注蒸汽管道（350℃、17.5MPa），投用時間從45天～11年不等，在1994～1996年間接連發(fā)生管道爆裂事故。原因是國產20G碳鋼缺少爐外精煉工藝，質量不穩(wěn)定，不耐氫蝕以及水質差等?，F改用15CrMo合金鋼，并配合化學除氧等措施，解決了腐蝕爆裂問題。
另如在含硫化氫及硫蒸氣腐蝕環(huán)境中，各種金屬材料的耐腐蝕性鋁的耐腐蝕性最好，且其機械性能和價格都使之成為高硫油加氫精制反應裝置上密封墊的首選材料。
4．冗余設計
為了提高可靠性，應提高設防標準，要提倡合理的多用鋼材，而不是挖空心思節(jié)約鋼材，比如在強腐蝕環(huán)境中，壁厚一般都設計有一定的腐蝕裕量，重要的場合可使用雙層壁。我國現行的結構設計標準安全度較低，應大幅度提高。
5. 降額使用
對生產設施最大額定值的降額使用，是提高可靠性的重要措施。
設施的各項技術指標（特別是工作壓力）是指最大額定值，在任何情況下都不能超過，即使是瞬時的超過也不允許。要綜合考慮異常情況、異常反應、操作失誤、雜質混入以及靜電、雷擊等引起的后果，比如要重視防震設計。如臺灣石化公司為了防震，投資500億新臺幣改善防震設施，在1999年9月臺灣大地震中，沒有發(fā)生油罐移位、破裂泄漏事故；而電力系統防震等級普遍較低，沒經得起地震的考驗，臺中、協和兩電廠的發(fā)電機組主汽機漏油引起火災，造成大面積停電。
6．合理的結構形式
結構形式是設計的核心，是由多種因素決定的。為了避免零件的磨損，要有一個潤滑系統，進而為了防止?jié)櫥托孤?，盡量使用固體潤滑劑。為避免設備和管道凍裂，須采取保溫、伴熱等措施。
中石化從本質安全管理和可靠度出發(fā)，提出球罐底部接管應最小化。在重要的泵、塔、容器等存在危險因素較多的地方增加遙控切斷閥，采用雙密封機械以及設置中壓蒸汽滅火設施等。歐洲LPG（或C2、C3）球罐設計標準中要求，底部物料進出管線宜設一根，底部進出口閥門加設遙控電動切斷閥，并放置于保護堤之外，發(fā)生泄漏時，不必到罐底切斷第一只閥門。
如由上海石化與美國大陸谷物公司合資建設的金地液化氣工廠，按API標準，配置了先進和周全的安全保障設施。2×50000m3大型低溫常壓液化氣儲罐采用安全系數很高的雙殼體結構，外殼為500mm厚的鋼筋混凝土整體水泥澆鑄，是一座堅固的圓柱形防爆墻；低溫罐底部和側面沒有一根管道，全部管道均由罐頂部出入；設置高液位報警及進出罐遙控切斷閥連鎖控制。
正確選擇連接方法，并盡量減少連接部位。由于焊接在強度和密封性能上效果較好，應盡量采用焊接。
壓力管道盡量采用無縫鋼管，且宜采用焊接，但由于直徑<25mm的管道焊接強度不佳，且易使焊渣落入管內引起管道堵塞，應采取承插管件連接，或采用錐管螺紋聯接。對于強腐蝕性尤其是含HF等介質的易產生縫隙腐蝕的管道，不得在螺紋處施以密封焊，否則一旦泄漏，后果不堪設想。要考慮振動和熱應力的影響，對于容易產生應力載荷的部位，應采取減震、熱脹補償等消除應力措施，防止焊縫破裂或連接處破壞而造成泄漏。
閥門內漏可能造成反應失控，可設兩個閥門串連以提高可靠性。為防止誤操作，各種物料管線應按規(guī)定涂色，以便區(qū)分。閥門的開關應有明顯標志，采用帶有開關標志的閥門，對重要閥門采取掛牌、加鎖等措施。
如果泵輸送的介質溫度達到自燃點以上，應能遙控切斷泵。
7．正確選擇密封裝置
密封結構設計應合理。采用先進的密封技術，如機械密封、柔性石墨、液體密封膠，改進落后的、不完善的密封結構。正確選擇密封墊圈，在高溫、高壓和強腐蝕性介質中，宜采用聚四氟乙烯材料或金屬墊圈。如果填料密封達不到要求，可加水封和油封。許多泵改成端面機械密封后，效果較好，應優(yōu)先選用。
8．變動密封為靜密封，也是密封技術的突破。如泵和原動機之間，使用磁力傳動，取消密封結構，這種密封傳動稱為封閉型傳動。還有封閉型諧波齒輪傳動、曲軸波紋管傳動等，但是主要的還是磁力傳動。
磁力傳動由內磁轉子、密封隔套、外磁轉子等零件組成，如同電動機的定子與轉子之間被一層隔套隔開。當外磁轉子受到外力作用而旋轉時，內磁轉子就在磁場的帶動下而隨外磁轉子一起轉動。
磁力傳動結構簡單，易于制造和裝配，使用壽命長。如磁力泵，在80年代中期已成為屏蔽泵的調整產品，有穩(wěn)定增長的趨勢。此外，磁力傳動還用于磁力釜、截止閥等地方。
9．設計應方便使用維修
設計時應考慮裝配、操作、維修、檢查的方便，同時也有利于處理應急事故和及時堵漏。開關設在便于操作處。閥門盡量設置在一起，空中閥門應設置平臺，以便操作。有密封裝置的部位，特別是動密封部位，要留有足夠的空間，以便更換和堵漏。法蘭和壓蓋螺栓應便于安裝和拆卸，空間位置不能太?。粚τ谌菀壮霈F泄漏以及重要的部位和設備，應設副線、備用容器和設備。
三、設置齊全、可靠的防漏安全裝置
人們在與泄漏的斗爭中，創(chuàng)造了許多預防措施和安全裝置，如安全閥、壓力表、液位計等預防裝置，有效地減少了泄漏發(fā)生，保障了安全生產。
1．防爆泄壓裝置
當出現超高壓力等異常情況發(fā)生時，安全設施是防范泄漏事故的最后一道屏障，如果這一道屏障失去作用，那么泄漏就將不可避免地發(fā)生。各類安全閥件要做到靈敏可靠，絕不能成了聾子的耳朵—擺設。
安全閥、呼吸閥，用與防止設備超壓引起爆裂。
爆破片用于防止有突然超壓和爆炸危險的設備爆炸。
放空管可用來緊急排泄物料。
火炬用于將安全閥外泄的氣體、緊急放空、設備檢修等必須排放的可燃物料燃燒掉。
還有一些輔助措施，如為了防止雜質進入密封面產生泄漏，在閥門和密封裝置處設置過濾器、排污管、防塵罩、隔膜；疏水器前的過濾器；軸封處的防塵罩；安全閥前為防止結晶和異物侵入而設的爆破膜片。
2．檢測、報警監(jiān)控儀表
生產參數檢測儀表可使人及時掌握流量、壓力、溫度、液位等工作參數，而自動化系統能實現自動報警、控制，如有條件可安裝電視監(jiān)視系統，方便巡查。
容器液位計，是防止容器內介質泄漏的重要儀表。常見的種類有：玻璃管、玻璃板、電接觸（電極）、浮球（磁翻板）、浮筒、靜壓（或差壓）、電容、超聲波、光纖傳感器、雷達波法以及核輻射式等。
盛裝易燃易爆物料的壓力容器應避免使用玻璃管（板）液位計，以免玻璃管易被撞擊破裂后造成泄漏，可改用磁浮子液位計等先進、可靠的儀表。對于常壓儲罐，可用透明塑料管，不易破碎。
中石化集團規(guī)定，單罐400m3以上的液化石油氣罐都要配上高液位報警及其連鎖系統和快速切斷閥。
當今儀表正向著自動化、數字化的趨勢發(fā)展。但我國油罐液位的檢測方法，直到今天還是靠工人“上罐檢尺”，勞動強度大，工作效率低，而且由于疏忽、檢測不及時而造成冒頂、抽空等事故時有發(fā)生，嚴重影響到安全運行。采用液位自動檢測技術后，工人坐在值班室內，就可準確地知道油罐液面。
液位計的可靠性也相當重要，如果液位計失靈，造成液位失控，危險性更大。如加拿大蒙特利爾市的一座石油化工廠，因為一個丁烷球罐液位計發(fā)生故障，導致丁烷大量外溢，引發(fā)火災爆炸，6個大型丁烷、原油、汽油貯罐連續(xù)爆炸，炸片橫飛，其中一根長9m的球罐支柱飛出350m，擊中變電室，使整個蒙特利爾市停電，數棟房屋起火，這次事故損失額約1183萬美元。
3、隔離措施，工業(yè)下水道在各區(qū)（生產區(qū)、輔助生產區(qū)等）之間應設水封隔開。
四、日常維護措施
生產裝置狀況不良常常是引發(fā)泄漏事故的直接原因。因此，及時檢修非常重要。
生產裝置在新建和檢修投產前，必須進行氣密性檢測，確保系統無泄漏。
平時，生產裝置要經常進行檢查、保養(yǎng)、維修、更換，及時發(fā)現并整改隱患，以保證系統處于良好的工作狀態(tài)。如發(fā)現配件、填料破損要及時維修、更換，及時緊固松弛的法蘭螺絲。
必須定期對裝置進行全面檢修，通過預防性地更換改進零部件、密封件，消除泄漏隱患。如金陵石化在對煉油廠二套常減壓常壓塔進料段進行聯合檢查時，發(fā)現襯里開裂，氣孔有缺陷，每周期都出現切向進料處焊縫泄漏，造成塔壁迅速腐蝕。改為徑向進料后，消除了多年的隱患。
至于檢修周期，國外已能做到3年1修，而國內大多還停留在3年2修的水平上。石家莊煉油廠重油催化裂化裝置通過技術檢測和局部檢查、每季度對易腐蝕部位測量壁厚等措施，及時消除事故隱患，保證了設備的安全運行。1999年5月實現了“三年一修”，創(chuàng)造了國內運行周期最長的記錄。
如果設備老化、技術落后，泄漏此伏彼起，就應該有計劃地對其更新換代，從根本上解決泄漏問題。
下面重點談談無損檢測和試壓。
1、無損檢測
壓力容器、鍋爐、管道（重點是彎頭、三通及焊縫）等關鍵部位，易出現腐蝕、磨損、裂紋、變形、結垢等缺陷。無損檢測可以對壁厚、裂紋等缺陷的損傷程度及發(fā)展趨勢進行預測，從而使檢修有的放矢，避免失修或過剩維修。
常規(guī)的無損檢測技術有超聲波、X射線、磁粉檢查、電磁感應、渦流、著色滲透、紅外熱成像等。超聲波對裂紋檢出率高，也可用于測厚，但需要耦合劑，檢測效率較低。
常規(guī)的無損檢驗方法存在很多缺點和不足，如抽查檢驗的盲目性大，易造成漏檢；檢驗周期長，工作量大。
聲發(fā)射技術可以為射線或超聲波等檢測方法制定檢驗方向，和常規(guī)的無損檢測結合起來，可以減少盲目抽檢，從而縮短停產檢驗時間。據統計，采用常規(guī)檢測方法，按20%射線探傷計，每個臥罐需要拍片30～50張，每個球罐需要拍片150張左右，還不能保證找到所有危險缺陷。而采用聲發(fā)射技術，每個容器只需拍片10張左右，還不會放過一個危險源。這樣就大大減少了檢驗工作量。如果聲發(fā)射檢驗沒有發(fā)現危險源，就不必再開罐檢驗，省略了常規(guī)的無損檢驗。
在對鍋爐等壓力容器進行水壓試驗時，若加上聲發(fā)射監(jiān)測，效果會更好。因為試壓時，如果出現破裂泄漏，這種較大的缺陷可以立即被發(fā)現，但是不能發(fā)現在試驗時微小裂痕的亞臨界擴展，也就是發(fā)現不了“預后不良”的危險缺陷，甚至由于壓力試驗反而擴大了這種缺陷。盡管容器順利通過了超壓試驗，但是在長期投入運行后，勢必造成缺陷的失穩(wěn)擴展，造成泄漏。所以，單純水壓試驗評價質量的方法不全面，在水壓試驗中，進行聲發(fā)射監(jiān)測，可以得到試驗過程中某些缺陷的信號。
聲發(fā)射現在主要用于評價壓力容器的服役壽命，可以不停產在線檢測，檢驗速度快，是在用壓力容器定期檢驗方法的發(fā)展方向。勝利油田引進了美國PAC公司生產的SPARTAN型20通道聲發(fā)射檢測系統，在大型液化氣儲罐等壓力容器的定期檢測中使用，效果良好。
2、試壓
水壓或氣壓試驗是最普通的檢測管道及壓力容器質量的方法，是預防泄漏的重要措施。生產裝置安裝及大修投產前，必須首先進行水壓試驗，然后做氣密性試驗。
水壓試驗就是往系統內充滿水，增壓到一定壓力（試驗壓力一般是工作壓力的1.1～1.5倍），然后封閉，觀察壓力降。氣密性試驗是壓縮空氣充入系統(壓力是設計壓力的1.05倍)。
進行水壓或氣壓試驗，必須嚴格按照規(guī)程標準來進行，《石油化工設備維護檢修規(guī)程》對壓力容器的耐壓試驗有明確的規(guī)定。氣壓試驗比水壓試驗危險性大。新建管道必須用水試壓，不允許用氣試壓。
耐壓試驗和無損探傷是從不同角度對壓力容器進行檢驗的兩種不同的方法，二者不能相互代替。經常有這樣的情況，耐壓試驗合格的設備，無損探傷卻發(fā)現缺陷。因此，耐壓試驗僅僅是對承壓設備短時強度和氣密性的考查。同時，耐壓試驗對設備來說也是一次過載。斷裂力學指出，裂紋的擴展與裂紋處應力大小有關，隨著應力的增加，裂紋擴展速度亦加快，所以不能隨便地、多次重復做耐壓試驗。對于來歷不明（無設計資料、不明材質等）的容器，不能盲目進行耐壓試驗，不能企圖通過耐壓試驗來檢漏或反推工作壓力。
五、操作措施
控制正常生產的操作條件，如壓力、溫度、流量、液位等。要防止出現操作失誤和違章操作，減少人為操作所致的泄漏事故。為此，有“操作前思考30秒”的提法。
六、控制泄漏發(fā)生后損失的措施
1． 裝設泄漏報警儀表
如可燃氣體報警器、火災報警器等。
2． 將泄漏事故與安全裝置連鎖
應采用自動停車、自動排放、自動切除電源等安全連鎖自控技術措施。一般來說，與監(jiān)控系統連鎖的自動停車系統速度快，儀表報警后由人工停車較慢，大約需要3～15min。
3．采用工藝控制裝置
當設備和管道斷裂、填料脫落、操作失誤以致發(fā)生泄漏等特殊情況時，為防止介質大量外泄，可能引起著火、爆炸而應設置停車、緊急切斷物料的安全裝置。
緊急截止閥（斷流閥），在管道中間增加斷流閥來系統分段，能夠中止向泄漏處供應物料，可以減少泄漏量，危險性較大的儲槽等重要裝置應設置遠距離遙控切斷閥。
過流閥也稱快速閥，一般裝在液化石油氣儲罐或汽車、鐵路槽車的液相管和氣相管出口上。
單向閥，又叫止回閥，只允許介質沿一個方向流動，用以防止倒流。
反向密封裝置（專利：95230974.2），能夠在壓力儀表一旦泄漏時迅速堵塞泄漏。
4、設立泄漏物收集裝置，下面給出幾個例子。
安全防護罩：法蘭接頭和閥門是薄弱環(huán)節(jié)，安全防護罩可以把法蘭和閥門全部包容在保護罩內，一旦發(fā)生泄漏，泄漏的物質被限制在其內部。保護罩上有觀察窗，能清晰地察看和檢查其中閥門的實況，同時，它還有可更換的PH值指示器，泄漏發(fā)生后會改變顏色。如果泄漏出的物質需要回收的話，可選用有絲扣塑料嘴的防護罩，通過軟管將泄漏物質回收。
防火堤：就是油罐區(qū)內圍繞油罐而構筑的堤堰，它可以把油罐損壞泄漏的油品圍在堤內，起到防止泄漏油品外流、控制油罐火災蔓延的作用。但是有些單位，忽視了防火堤的作用，平時缺少維護和管理，使其存在漏洞。一旦發(fā)生泄漏，就可能導致油品外溢，加大事故損失。例如，1993年9月27日，南京煉油廠一座10000m3浮頂油罐溢油著火后，大量油火從防火堤的雨水排水口流出，險些燒毀排水溝下游的煉油裝置。這個雨水排水口平時根本沒人管，任其敞開，終于釀成大禍。
事故氯氣處理裝置：在氯堿生產過程中，工藝和設備故障造成前后工序失衡就可能造成氯氣泄漏。上海天原化工廠研制了事故氯氣處理裝置，能在氯氣外泄可能之時，緊急啟動使系統由正壓變成負壓，成為防止泄漏的有效手段。通常整個氯氣處理工序設兩套處理裝置，一套在電解槽出口，與濕式氯氣水封相連；另一套設置在氯氣壓縮機出口，與機組排氣管相連。設置在電解槽出口的事故氯氣處理裝置的啟動與電解槽出口壓力連鎖。即當電解槽總管剛出現正壓時，該處理裝置的堿液循環(huán)泵及抽吸鼓風機便自動開啟，16～20%的堿液送入吸收塔內，自上而下噴淋，與正壓沖破水封進入噴淋吸收塔的逆向吸收，未能吸收的不含氯氣的尾氣被鼓風機抽吸放空。設在壓縮機出口的處理裝置的啟動與機組的停機信號及與電解槽直流供電系統連鎖。當機組因故停機時，該處理裝置的堿液循環(huán)泵及抽吸鼓風機便自動開啟，將氯氣管網（輸出）中倒回的氯氣經排氣管抽吸入事故氯氣事故噴淋吸收塔進行吸收，惰性氣體放空。
5、采用泄漏防火、防爆裝置
自動噴淋水的灑水裝置，可形成水幕，將系統隔離，控制氣體擴散方向；用蒸汽、惰性氣體（氮氣）吹掃流程，可置換、吹散、稀釋油氣；還有消防泡沫滅火設施等。
第三節(jié) 鋼鐵及玻璃鋼材料失效原因及對策
在石油工業(yè)中，碳鋼是最常用的材料，其次是玻璃鋼。
一、 鋼鐵材料
對于鋼鐵來說，失效原因主要有腐蝕、磨損、裂紋等。
1、“腐蝕”觸目驚心
人們通常看到的鋼鐵生銹，就是金屬腐蝕現象。這種由于化學和電化學作用引起的材料損壞，就稱為腐蝕。腐蝕會使金屬材料減薄、變脆造成機件破壞、承受不了原工作壓力而引起泄漏。據發(fā)達國家統計，由于腐蝕造成的經濟損失占國民生產總值的2～4%，對于石油和化學工業(yè)則高達6%。
生銹只是腐蝕的一種形式，而且是最不具危險的形式，因為它使材料均勻減薄。而局部腐蝕如晶間腐蝕、應力腐蝕，是最具危險性的腐蝕形式，腐蝕速度快，最快的幾個月就能腐蝕穿孔。在材料大部分還完好時，就使局部失去強度，造成突發(fā)性泄漏。
石油工業(yè)中的腐蝕問題大致可以分為三種類型：來自原油組份的腐蝕、生產中所用腐蝕性原料以及環(huán)境（大氣和土壤）的腐蝕。我國油田的原油集輸管道和污水管道普遍使用鋼管，防腐能力差。勝利油田某油區(qū)金屬集輸管道平均腐蝕速度高達14mm/a，嚴重的不到半年就穿孔，造成大量油水外泄，大面積污染環(huán)境，不到兩年就被迫全部更新。
2、磨損
磨損是指流體特別是有固體存在的流體對容器、管道及其設備的物理性磨蝕。
磨損一般發(fā)生在流動受阻及方向改變的地方，如管道彎曲半徑過小，存在死角，在高速氣流或粉料沖蝕下，局部可迅速被磨穿。天然氣管道彎頭處最容易因為沖刷磨損及腐蝕造成穿孔，其它部位還有泵殼、閥座、噴嘴、彎頭、懸流器內壁、熱偶等。在發(fā)生磨損的地方，如果還有腐蝕性介質存在，會加劇金屬的沖蝕。如一些油田油井采出液中含砂，而且隨著后期開采、大泵提液技術的廣泛使用，攜砂量增多，油田多相流（油、氣、水、砂）集輸管道底部因砂磨穿孔嚴重，最短的只用3個月就穿孔泄漏，表現為管道內壁成槽溝磨蝕穿孔。聯合站旋流分離技術，由于采出液中含砂對旋流管的磨損，使用不到一年，流道就產生變形，使分離效率下降。磨損嚴重的不到三個月就穿孔，造成泄漏直至停產。催化裂化裝置，大直徑再生器在700℃以上高溫下運行，萬一脫落，將產生危險的后果，常常導致停產。
經驗證明，磨損與流體速度、沖擊角度、固體濃度及操作溫度四個因素有關：沖蝕速率與氣流速度的三次方成正比；20°～30°的沖擊角度最具有破壞性；沖蝕速率隨氣流中的固體濃度增加而增加；鋼的沖蝕阻力通常隨操作溫度上升而減小。
3、鋼鐵材料的保護
保護鋼鐵等金屬材料的措施主要有兩點：一是防腐蝕，二是防磨損。
常用的防腐蝕措施有:①使用耐腐蝕材料（如合金鋼、不銹鋼、玻璃鋼等材料），如對于含H2S腐蝕環(huán)境（PH2S>300Pa）必須采用抗氫致開裂（HIC）鋼材；②把金屬和腐蝕介質隔離開來，如在金屬表面加絕緣保護層，切斷金屬與腐蝕介質的聯系；③外部補充電流以消除金屬表面的電位差；④在介質中加入緩蝕劑；⑤消除腐蝕環(huán)境。
（1）保護層法
保護層法就像讓士兵穿上鎧甲一樣，使用一層厚度薄、耐腐蝕的材料做隔離保護層，保護里面的金屬材料。常用的有耐腐蝕性較強的金屬、涂料、塑料等多種材料。
熱噴涂是將熔融狀態(tài)的材料，通過高速氣流霧化噴射在零件表面上，形成保護層。
熱噴涂技術被認為是解決鍋爐“四管” 腐蝕泄漏問題的最佳途徑。西安交通大學采用等離子噴涂技術對“四管”進行防腐處理，噴涂材料為金屬陶瓷，結果表明，金屬陶瓷具有良好的耐熱腐蝕性能和力學性能。全軍裝備維修表面工程研究中心采用電弧噴涂技術對電站鍋爐水冷壁管進行防腐處理，取得了良好的效果。
（2）陰極保護法
陰極保護就是給遭受腐蝕的金屬上通入足夠的陰極電流，使得金屬的電極電位變負，使腐蝕過程減緩。這是一種經濟、可靠的防腐方法，保護效率高，已被廣泛應用。
按照保護電流的來源，陰極保護又可分為外加電流法和犧牲陽極法兩種。
外加電流法使用一個直流電源來提供保護所需要的電流。一般將金屬對地電壓作為控制指標，只要對地電位達到-0.85～-1.5V，就能起到良好的防腐效果。
犧牲陽極法，就是把比要保護的某種金屬（如鋼鐵）更活潑、更容易腐蝕的金屬（如鋅、鎂）與其連接，來替代鋼鐵的腐蝕。
由于保護涂層和陰極保護是結合使用的。涂層不可避免地存在微小的針孔，光靠它是不行的；若僅用加電保護，電量消耗過大，無法保護大面積、長距離。這兩種方法結合在一起，防腐效果十分理想。這就像先在金屬表面筑起“城堡”，而外部通入的電流就象流動的“哨兵”，兩者互相補充，共保“城池”安全。
在煤氣柜的腐蝕中，局部腐蝕，即點蝕穿孔是致命的，主要原因是被橫架和立柱擋住而漏涂的鋼板形成了腐蝕原電池的小陽極，而整體涂層較好的鋼表面為大陰極，使小陽極迅速穿孔。由于涂層施工質量不好而形成的針孔，也同樣導致局部點蝕穿孔。
氣柜內壁選用富鋅底漆與彈性聚氨酯涂料相配合，外壁選用鋅底漆與氧化橡膠涂料相配合的防護方法是較為合理的。
（3）緩蝕劑
緩蝕劑是一種投加在腐蝕介質中的、能減緩或阻止金屬腐蝕的化學物質，它能夠吸附在金屬表面，形成保護膜，阻滯電化學腐蝕過程的發(fā)生。
緩蝕劑在石油、天然氣、工業(yè)水、海水、酸、大氣及鋼筋混凝土等環(huán)境中都有成功的應用。
勝利油田東營壓氣站從日本進口的100×104m3/d離心壓縮機組，由于天然氣中含微量H2S等原因嚴重腐蝕，威脅著機組的正常運行。中科院長春應用化學研究所研制的一種氣相緩蝕劑（主要成分是粗輕吡啶），成功地解決了腐蝕問題，每年的藥劑費不到10萬元。
（4）消除腐蝕環(huán)境
電化學腐蝕離不開水，如果油氣中沒有水，也就避免了腐蝕。我國目前唯一的一條干含硫天然氣管線是川東開江—長壽輸氣管，用脫水工藝保持天然氣在最高壓力、最低溫度下的水分處于不飽和狀態(tài)，避免了腐蝕、爆管和凍堵停產現象。
（5）防磨損
為了使設備免遭磨損，最好是除去磨蝕顆粒，如勝利油田孤東采油廠在油井井口安裝多相流除砂器，較好地解決了集油管砂磨蝕穿孔的問題。而對于不能除去顆粒的情況，通常采用耐磨材料襯里。
耐磨陶瓷如Al2O3、ZrO2等耐磨材料，能有效地解決磨損問題。如勝利油田使用ZrO2陶瓷制做的出砂氣井氣嘴，解決了氣嘴刺大難題，保證了氣井安全正常生產；采用Al2O3工業(yè)陶瓷精鑄原油分水旋流管，可延長使用壽命3～5年，降低成本40%。
碳化鎢是一種硬質合金，耐磨，密度大，勝利油田孤東采油廠用它制做出砂油井抽油泵凡爾和凡爾座，減少了泵漏，延長了檢泵周期。
鑄石制品也具有良好的耐磨損、耐腐蝕性能，廣泛用于礦山、冶金、石油、化工、電力等行業(yè)中的劇烈磨損、腐蝕的關鍵部位。實踐證明，其耐磨強度是普通鋼材的十幾倍。
平頂山煤礦選煤廠張瑋，則利用離心力原理，使磨面均勻受力，發(fā)明了“選礦用耐磨彎頭”，使用壽命從20天提高到3個月以上，解決了煤漿管道的磨損難題。
二、玻璃鋼
以合成樹脂為膠粘劑，玻璃纖維作增強材料而制成的復合材料，稱為玻璃纖維增強塑料。因其強度高，可以和鋼鐵相比，故又稱“玻璃鋼”（FRP）。
合成樹脂常用的有：不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂等。在增強纖維方面，除了玻璃纖維以外，還出現了碳纖維、硼纖維和有機纖維等。
玻璃鋼具有密度小、強度高（相當于普通碳鋼）、耐化學腐蝕性優(yōu)良、施工工藝簡單靈活等優(yōu)點，質量良好的玻璃鋼設備使用壽命可達15～25年。
玻璃鋼在石油工業(yè)中得到了越來越廣泛的應用，如制作管道、儲罐、防腐保護層等。玻璃鋼管道具有耐腐蝕、耐砂磨、重量輕、強度高、輸送效率高、不易結蠟和結垢等優(yōu)點，使用壓力已經提高到24MPa,用于油氣集輸、污水輸送等工程。玻璃鋼儲罐有取代鋼罐的趨勢，美國加油站已經普遍使用玻璃鋼地下油罐。
玻璃鋼已成為氯堿工業(yè)主要結構材料之一。早在20世紀50年代初，玻璃鋼首先被用于收集熱（93℃）、濕氯氣以及來自石墨電極的有機物。這一應用取代了當時的標準材料酚醛石棉塑料。接著玻璃鋼又被用于取代混凝土電解槽蓋，解決了腐蝕后的混凝土碎塊落入電解槽的問題。從此，玻璃鋼被逐漸用于制造與氯氣、鹽水、堿液等接觸的設備、管道系統。
玻璃鋼也存在一些缺點，同金屬相比，其彈性模量較低，長期耐溫性一般在100℃以下，個別可達到150℃，低于金屬和無機材料，對溶劑和強氧化性介質的耐蝕性也較差。
對于玻璃鋼設備滲漏的檢查，除肉眼觀察外，還可用巴氏硬度計或針入度試驗。
1．玻璃鋼滲漏原因
玻璃鋼在20世紀70～80年代，經歷了一個由興起到受懷疑的曲折過程，主要表現在：FRP管道和設備在酸、堿、鹽等介質中使用一段時間（少則數周、長則1～2年時間），便出現冒汗現象，繼而介質滲漏，嚴重時會出現較大的鼓泡或分層剝落，導致與FRP相連的基體（鋼鐵或混凝土等）受到介質的腐蝕而破壞。這是介質可從某點滲出，但其內部滲漏源可能在遠離滲漏點處，因此，修復難度很大。如某油田數十立方米的鹽酸儲槽，開始使用就出現局部滲漏，在滲漏處周圍幾經修補、加厚處理均無濟于事。滲漏一直是影響玻璃鋼壽命的主要威脅。
造成玻璃鋼滲漏的主要因素有：
（1）玻璃纖維未浸透樹脂，使其構成的許多單絲本身不可避免地存在微裂紋，這樣就成為擴散滲漏的通道。玻璃纖維的存在及其含量的高低是影響FRP抗?jié)B性的主要因素。
（2）樹脂在固化過程中，存在收縮和放熱，而產生內應力。如果固化工藝處理不好，樹脂內部就產生較大的內應力和微裂紋。此外，環(huán)氧樹脂中的稀釋劑（丙酮）的揮發(fā)、某些樹脂（酚醛、呋喃）固化時還放出水分，使固化后的樹脂內留下針孔，從而留下擴散滲透通道。
（3）樹脂—纖維粘接界面處理不當。界面往往成為玻璃鋼制品的薄弱環(huán)節(jié)，雖然可以通過加入偶聯劑加以改善，但是要使之成為一體而無懈可擊，是不可能的，何況在目前的施工中，相當部分沒有經過偶聯劑處理。
2．玻璃鋼防滲措施
（1）在耐蝕玻璃鋼中必須普遍采用富樹脂防滲層。減少FRP中玻璃纖維的含量是改善抗?jié)B性的主要方向。國外的長期實踐經驗指出，在某些苛刻條件（如高溫濕氯氣、鹽水）下，要保證15～25年的壽命，富樹脂層最小厚度約6.5mm。
（2）用熱塑性塑料作玻璃鋼內襯。將熱塑性塑料（PVC、PP）的優(yōu)良抗?jié)B性和耐蝕性同FRP的高強度特性相結合，是改進FRP抗?jié)B性的又一有效途徑。為保證塑料與玻璃鋼的良好粘接，塑料表面要進行處理，以免脫開。
（3）應用玻璃鱗片涂料與玻璃鋼復合結構。由于玻璃鱗片在涂層中上下交錯排列，形成獨特的屏蔽結構，抗?jié)B性能提高，可以替代塑料、橡膠、和玻璃鋼襯里。由于我國玻纖表面氈生產較少，如用玻璃鱗片涂料（膠泥）取代富樹脂層，是解決FRP滲漏問題的一條簡便、易推廣的途徑。
（4）認真選材與施工。選用延伸率較高的樹脂，可減少產生裂紋的機率；保證玻璃纖維對樹脂的良好浸潤；當連接FRP設備時，應打磨其表面使玻纖暴露出來，然后再刷膠泥連接；固化工藝要適當。
