在石油工业中，碳钢是最常用的材料，其次是玻璃钢。

一、钢铁材料

对于钢铁来说，失效原因主要有腐蚀、磨损、裂纹等。

1、“腐蚀”触目惊心

人们通常看到的钢铁生锈，就是金属腐蚀现象。这种由于化学和电化学作用引起的材料损坏，就称为腐蚀。腐蚀会使金属材料减薄、变脆造成机件破坏、承受不了原工作压力而引起泄漏。据发达国家统计，由于腐蚀造成的经济损失占国民生产总值的2～4%，对于石油和化学工业则高达6%。

生锈只是腐蚀的一种形式，而且是最不具危险的形式，因为它使材料均匀减薄。而局部腐蚀如晶间腐蚀、应力腐蚀，是最具危险性的腐蚀形式，腐蚀速度快，最快的几个月就能腐蚀穿孔。在材料大部分还完好时，就使局部失去强度，造成突发性泄漏。

石油工业中的腐蚀问题大致可以分为三种类型：来自原油组份的腐蚀、生产中所用腐蚀性原料以及环境（大气和土壤）的腐蚀。我国油田的原油集输管道和污水管道普遍使用钢管，防腐能力差。胜利油田某油区金属集输管道平均腐蚀速度高达14mm/a，严重的不到半年就穿孔，造成大量油水外泄，大面积污染环境，不到两年就被迫全部更新。

2、磨损

磨损是指流体特别是有固体存在的流体对容器、管道及其设备的物理性磨蚀。

磨损一般发生在流动受阻及方向改变的地方，如管道弯曲半径过小，存在死角，在高速气流或粉料冲蚀下，局部可迅速被磨穿。天然气管道弯头处最容易因为冲刷磨损及腐蚀造成穿孔，其它部位还有泵壳、阀座、喷嘴、弯头、悬流器内壁、热偶等。在发生磨损的地方，如果还有腐蚀性介质存在，会加剧金属的冲蚀。如一些油田油井采出液中含砂，而且随着后期开采、大泵提液技术的广泛使用，携砂量增多，油田多相流（油、气、水、砂）集输管道底部因砂磨穿孔严重，最短的只用3个月就穿孔泄漏，表现为管道内壁成槽沟磨蚀穿孔。联合站旋流分离技术，由于采出液中含砂对旋流管的磨损，使用不到一年，流道就产生变形，使分离效率下降。磨损严重的不到三个月就穿孔，造成泄漏直至停产。催化裂化装置，大直径再生器在700℃以上高温下运行，万一脱落，将产生危险的后果，常常导致停产。

经验证明，磨损与流体速度、冲击角度、固体浓度及操作温度四个因素有关：冲蚀速率与气流速度的三次方成正比；20°～30°的冲击角度最具有破坏性；冲蚀速率随气流中的固体浓度增加而增加；钢的冲蚀阻力通常随操作温度上升而减小。

3、钢铁材料的保护

保护钢铁等金属材料的措施主要有两点：一是防腐蚀，二是防磨损。

常用的防腐蚀措施有:①使用耐腐蚀材料（如合金钢、不锈钢、玻璃钢等材料），如对于含H2S腐蚀环境（PH2S>300Pa）必须采用抗氢致开裂（HIC）钢材；②把金属和腐蚀介质隔离开来，如在金属表面加绝缘保护层，切断金属与腐蚀介质的联系；③外部补充电流以消除金属表面的电位差；④在介质中加入缓蚀剂；⑤消除腐蚀环境。

（1）保护层法

保护层法就像让士兵穿上铠甲一样，使用一层厚度薄、耐腐蚀的材料做隔离保护层，保护里面的金属材料。常用的有耐腐蚀性较强的金属、涂料、塑料等多种材料。

热喷涂是将熔融状态的材料，通过高速气流雾化喷射在零件表面上，形成保护层。

热喷涂技术被认为是解决锅炉“四管” 腐蚀泄漏问题的最佳途径。西安交通大学采用等离子喷涂技术对“四管”进行防腐处理，喷涂材料为金属陶瓷，结果表明，金属陶瓷具有良好的耐热腐蚀性能和力学性能。全军装备维修表面工程研究中心采用电弧喷涂技术对电站锅炉水冷壁管进行防腐处理，取得了良好的效果。

（2）阴极保护法

阴极保护就是给遭受腐蚀的金属上通入足够的阴极电流，使得金属的电极电位变负，使腐蚀过程减缓。这是一种经济、可靠的防腐方法，保护效率高，已被广泛应用。

按照保护电流的来源，阴极保护又可分为外加电流法和牺牲阳极法两种。

外加电流法使用一个直流电源来提供保护所需要的电流。一般将金属对地电压作为控制指标，只要对地电位达到-0.85～-1.5V，就能起到良好的防腐效果。

牺牲阳极法，就是把比要保护的某种金属（如钢铁）更活泼、更容易腐蚀的金属（如锌、镁）与其连接，来替代钢铁的腐蚀。

由于保护涂层和阴极保护是结合使用的。涂层不可避免地存在微小的针孔，光靠它是不行的；若仅用加电保护，电量消耗过大，无法保护大面积、长距离。这两种方法结合在一起，防腐效果十分理想。这就像先在金属表面筑起“城堡”，而外部通入的电流就象流动的“哨兵”，两者互相补充，共保“城池”安全。

在煤气柜的腐蚀中，局部腐蚀，即点蚀穿孔是致命的，主要原因是被横架和立柱挡住而漏涂的钢板形成了腐蚀原电池的小阳极，而整体涂层较好的钢表面为大阴极，使小阳极迅速穿孔。由于涂层施工质量不好而形成的针孔，也同样导致局部点蚀穿孔。

气柜内壁选用富锌底漆与弹性聚氨酯涂料相配合，外壁选用锌底漆与氧化橡胶涂料相配合的防护方法是较为合理的。

（3）缓蚀剂

缓蚀剂是一种投加在腐蚀介质中的、能减缓或阻止金属腐蚀的化学物质，它能够吸附在金属表面，形成保护膜，阻滞电化学腐蚀过程的发生。

缓蚀剂在石油、天然气、工业水、海水、酸、大气及钢筋混凝土等环境中都有成功的应用。

胜利油田东营压气站从日本进口的100×104m3/d离心压缩机组，由于天然气中含微量H2S等原因严重腐蚀，威胁着机组的正常运行。中科院长春应用化学研究所研制的一种气相缓蚀剂（主要成分是粗轻吡啶），成功地解决了腐蚀问题，每年的药剂费不到10万元。

（4）消除腐蚀环境

电化学腐蚀离不开水，如果油气中没有水，也就避免了腐蚀。我国目前唯一的一条干含硫天然气管线是川东开江—长寿输气管，用脱水工艺保持天然气在最高压力、最低温度下的水分处于不饱和状态，避免了腐蚀、爆管和冻堵停产现象。

（5）防磨损

为了使设备免遭磨损，最好是除去磨蚀颗粒，如胜利油田孤东采油厂在油井井口安装多相流除砂器，较好地解决了集油管砂磨蚀穿孔的问题。而对于不能除去颗粒的情况，通常采用耐磨材料衬里。

耐磨陶瓷如Al2O3、ZrO2等耐磨材料，能有效地解决磨损问题。如胜利油田使用ZrO2陶瓷制做的出砂气井气嘴，解决了气嘴刺大难题，保证了气井安全正常生产；采用Al2O3工业陶瓷精铸原油分水旋流管，可延长使用寿命3～5年，降低成本40%。

碳化钨是一种硬质合金，耐磨，密度大，胜利油田孤东采油厂用它制做出砂油井抽油泵凡尔和凡尔座，减少了泵漏，延长了检泵周期。

铸石制品也具有良好的耐磨损、耐腐蚀性能，广泛用于矿山、冶金、石油、化工、电力等行业中的剧烈磨损、腐蚀的关键部位。实践证明，其耐磨强度是普通钢材的十几倍。

平顶山煤矿选煤厂张玮，则利用离心力原理，使磨面均匀受力，发明了“选矿用耐磨弯头”，使用寿命从20天提高到3个月以上，解决了煤浆管道的磨损难题。

二、玻璃钢

以合成树脂为胶粘剂，玻璃纤维作增强材料而制成的复合材料，称为玻璃纤维增强塑料。因其强度高，可以和钢铁相比，故又称“玻璃钢”（FRP）。

合成树脂常用的有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂等。在增强纤维方面，除了玻璃纤维以外，还出现了碳纤维、硼纤维和有机纤维等。

玻璃钢具有密度小、强度高（相当于普通碳钢）、耐化学腐蚀性优良、施工工艺简单灵活等优点，质量良好的玻璃钢设备使用寿命可达15～25年。

玻璃钢在石油工业中得到了越来越广泛的应用，如制作管道、储罐、防腐保护层等。玻璃钢管道具有耐腐蚀、耐砂磨、重量轻、强度高、输送效率高、不易结蜡和结垢等优点，使用压力已经提高到24MPa,用于油气集输、污水输送等工程。玻璃钢储罐有取代钢罐的趋势，美国加油站已经普遍使用玻璃钢地下油罐。

玻璃钢已成为氯碱工业主要结构材料之一。早在20世纪50年代初，玻璃钢首先被用于收集热（93℃）、湿氯气以及来自石墨电极的有机物。这一应用取代了当时的标准材料酚醛石棉塑料。接着玻璃钢又被用于取代混凝土电解槽盖，解决了腐蚀后的混凝土碎块落入电解槽的问题。从此，玻璃钢被逐渐用于制造与氯气、盐水、碱液等接触的设备、管道系统。

玻璃钢也存在一些缺点，同金属相比，其弹性模量较低，长期耐温性一般在100℃以下，个别可达到150℃，低于金属和无机材料，对溶剂和强氧化性介质的耐蚀性也较差。

对于玻璃钢设备渗漏的检查，除肉眼观察外，还可用巴氏硬度计或针入度试验。

1．玻璃钢渗漏原因

玻璃钢在20世纪70～80年代，经历了一个由兴起到受怀疑的曲折过程，主要表现在：FRP管道和设备在酸、碱、盐等介质中使用一段时间（少则数周、长则 1～2年时间），便出现冒汗现象，继而介质渗漏，严重时会出现较大的鼓泡或分层剥落，导致与FRP相连的基体（钢铁或混凝土等）受到介质的腐蚀而破坏。这是介质可从某点渗出，但其内部渗漏源可能在远离渗漏点处，因此，修复难度很大。如某油田数十立方米的盐酸储槽，开始使用就出现局部渗漏，在渗漏处周围几经修补、加厚处理均无济于事。渗漏一直是影响玻璃钢寿命的主要威胁。

造成玻璃钢渗漏的主要因素有：

（1）玻璃纤维未浸透树脂，使其构成的许多单丝本身不可避免地存在微裂纹，这样就成为扩散渗漏的通道。玻璃纤维的存在及其含量的高低是影响FRP抗渗性的主要因素。

（2）树脂在固化过程中，存在收缩和放热，而产生内应力。如果固化工艺处理不好，树脂内部就产生较大的内应力和微裂纹。此外，环氧树脂中的稀释剂（丙酮）的挥发、某些树脂（酚醛、呋喃）固化时还放出水分，使固化后的树脂内留下针孔，从而留下扩散渗透通道。

（3）树脂—纤维粘接界面处理不当。界面往往成为玻璃钢制品的薄弱环节，虽然可以通过加入偶联剂加以改善，但是要使之成为一体而无懈可击，是不可能的，何况在目前的施工中，相当部分没有经过偶联剂处理。

2．玻璃钢防渗措施

（1）在耐蚀玻璃钢中必须普遍采用富树脂防渗层。减少FRP中玻璃纤维的含量是改善抗渗性的主要方向。国外的长期实践经验指出，在某些苛刻条件（如高温湿氯气、盐水）下，要保证15～25年的寿命，富树脂层最小厚度约6.5mm。

（2）用热塑性塑料作玻璃钢内衬。将热塑性塑料（PVC、PP）的优良抗渗性和耐蚀性同FRP的高强度特性相结合，是改进FRP抗渗性的又一有效途径。为保证塑料与玻璃钢的良好粘接，塑料表面要进行处理，以免脱开。

（3）应用玻璃鳞片涂料与玻璃钢复合结构。由于玻璃鳞片在涂层中上下交错排列，形成独特的屏蔽结构，抗渗性能提高，可以替代塑料、橡胶、和玻璃钢衬里。由于我国玻纤表面毡生产较少，如用玻璃鳞片涂料（胶泥）取代富树脂层，是解决FRP渗漏问题的一条简便、易推广的途径。

（4）认真选材与施工。选用延伸率较高的树脂，可减少产生裂纹的机率；保证玻璃纤维对树脂的良好浸润；当连接FRP设备时，应打磨其表面使玻纤暴露出来，然后再刷胶泥连接；固化工艺要适当。