天然氣管道輸送過程中管道防腐的研究以及防腐方法的創新

伍禹臣

摘要：管道的腐蝕是造成天然氣輸送過程中發生事故的重要原因之一，伴隨著能源市場需求的增長，天然氣管道發展迅速，進行天然氣管道輸送過程中的防腐研究和防腐方法的創新探索，具有極大的意義。文章首先對天然氣管道在輸送過程中的管道腐蝕進行成因和形態的分析，并以天然氣管道在輸送過程中的防腐策略創新為重點，從管道外層防腐等三個方面進行防腐方法的創新探討。

關鍵詞：天然氣管道；管道腐蝕；土壤腐蝕；腐蝕電流；大氣腐蝕；細菌腐蝕

中圖分類號：TU996 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）02-0019-03

1 天然氣管道輸送過程中管道腐蝕的分析

1.1 管道腐蝕的成因

1.1.1 土壤腐蝕和管道腐蝕。其一，作為具有液、固、氣三相的多孔性膠質體，土壤空隙充滿水和氣，水中所含的一定量的鹽使得土壤含有離子導電性。天然氣管道所經的土壤，物化性質各不相同，加之管道每一部分的金相結構各異，容易導致管道形成電化學電流，即腐蝕電流，產生土壤腐蝕。其二，一般而言，長輸埋地的管道表面多包裹著防腐層，用以隔離管道和腐蝕介質，防止土壤腐蝕。然而，由于施工過程當中防腐層可能被碰撞損壞，防腐層隨著管道使用時間的增加而老化龜裂、剝離，都容易導致土壤當中的腐蝕介質浸入管體的外壁，造成腐蝕。

1.1.2 大氣腐蝕和細菌腐蝕。其一，大氣當中的水蒸氣容易在管道的金屬表面凝結成水膜，水膜溶解了空氣中的氣體和其他雜質，會起到電解液作用，造成金屬表面的化學腐蝕。此外，氣候條件同樣是影響大氣腐蝕的因素之一，在非潮濕的環境中，污染物基本上沒有腐蝕的效應。然而，空氣濕度一旦超過80%，腐蝕的速度將迅速上升。因此，敷設在地溝等潮濕環境當中的管道容易被腐蝕。其二，硫酸鹽還原菌、鐵細菌、氧化菌等是管道細菌腐蝕常見的類別。最具代表性的是在pH6～8 堿性、透氣性差的土壤當中繁殖的厭氧性硫酸鹽還原菌，多分布于沼澤淤泥、河、湖、海當中。

1.2 管道腐蝕的形態

1.2.1 點蝕。點蝕又被稱作孔蝕，指的是管道金屬上的局部腐蝕形態，呈點狀、針狀、小孔狀。對于進行各類氣體、液體輸送的管道系統而言，點蝕形態的破壞性與隱患最大，并且不易檢查。油氣“冒、跑、滴、漏”事故的禍根都源于點蝕，容易造成突然嚴重事故。為了防止點蝕現象的發生，在進行管道防腐處理之前，應當對金屬表面和焊縫邊的尖角、毛刺、凹陷進行處理，保證管道金屬表面光滑。

1.2.2 均勻腐蝕。管道金屬的表面發生的大面積較為均勻的腐蝕，即為均勻腐蝕，一般發生在大部分或者全部暴露的管道金屬表面。例如，管道金屬表面和腐蝕介質的接觸所產生的腐蝕。

1.2.3 絲狀腐蝕。絲狀腐蝕的發生位置多為管道保護膜下方，是一種較為特殊的腐蝕，又被稱作漆下腐蝕、膜下腐蝕。為了防止此狀態的腐蝕，應當使用透水率比較低、致密性好、附著力強的涂層進行管線的防腐涂層處理。

2 天然氣管道防腐的傳統辦法

2.1 管道外層防腐

將涂料密致均勻地涂敷在經過除銹處理的管道金屬表面，使之和各類腐蝕性的介質隔絕開來，是管道防腐較為常用的方法之一。防腐涂層更為傾向于使用物理性能、介電性能良好，化學性能穩定、溫度適應的范圍比較寬的復合結構或者復合材料，管道外層防腐一般分為內壁防腐與保溫涂層。內壁是為防止管道內的腐蝕，降低摩擦的阻力，提升輸量，進行管子內壁的涂料薄膜敷設。為確保涂層和管壁牢牢粘結，應事先進行管道內壁的表面處理。保溫涂層一般針對熱輸原油或者燃料油的中小口徑管道，為減少管道向附近的土壤散熱而在管道外部增加防腐和保暖復合層。常用的保溫材料為質地松軟的硬質聚氨脂泡沫塑料，適用的溫度為－185℃～95℃。為提升該材料的溫度，一般在隔熱層外加敷高密度的聚乙烯層，從而形成復合型材料結構，防止地下水滲到保溫層。

2.2 電化學陰極防腐保護及其數據的管理分析

管道的缺陷與破損導致管道金屬暴露在腐蝕環境中，造成大陰極小陽極現象，加速腐蝕速度，容易造成穿孔。依據提供的極化電流方法上的差異，陰極保護分為犧牲陽極的陰極保護、外加電流的陰極保護。其一，犧牲陽極的方法，采用的是腐蝕電位比所被保護的管道金屬的腐蝕電位更加負的合金或者金屬和管道金屬組成電偶電池，依據負電性金屬進行不斷的溶解而產生的電流，保證管道金屬的陰極極化。由于低電位的金屬所在的電偶電池為陽極，偶接之后腐蝕速度上升，因此這一方法稱作“犧牲陽極”。其二，利用外部的直流電源向管道金屬直接通陰極電流，使其陰極極化，實現管道進入免蝕區進行保護，是外加電流的陰極

保護。

對陰極保護進行數據管理和分析，具體做法如下：提供陰極保護全面的數據管理、分析、評價，例如陰極保護站、檢測樁、絕緣法接頭、犧牲陽極等。對檢測樁的檢測數據進行管理和分析，以提供對于密間隔管地電位、雜散干擾、Smart Logger、陰極保護效果等數據管理，提供密間隔管地電位的電流方向上的自動判斷、分析評價以及交直流干擾等的分析評價。陰極保護站的相關檢測包含防雷設備日常記錄、恒電位儀日報、陽極地床檢測數據的管理和分析以及相關的統計計算。

2.3 管道的運行和防腐管理系統化、數據化

建立起以管道的日常安全運行為目標，集管道的基礎信息、專業檢測數據、運行數據和常規評價于一體的管道的運行和防腐管理系統，提升管道腐蝕評價效率，進行及時有效的維修，防止事故的發生，提升管道運行的安全性。從生產運行和數據管理的角度去考慮，天然氣管道的運行和防腐管理系統化數據化需要考慮三方面的需求。具體為數據庫的需求，以實現數據管理；數據腐蝕的評價需求；GIS系統的展示需求。其一，在建設數據庫方面，需依據國家規定的行業標準進行管道腐蝕和防護的數據庫建立，提供管道的材質和規格等基礎的信息，管道沿線的土壤信息，陰極保護等管道保護的信息。進行數據錄入以實現數據管理，依據數據模板上傳、導入、統計和查詢數據。其二，在實現數據庫管理的基礎之上，結合相關的評價標準和模型建立起綜合的評價運用系統。在系統的建設上，包含有土壤腐蝕、覆蓋層、陰極保護的評價以及剩余強度分析等。其三，利用地理的信息技術，開發出基于地理信息的系統腐蝕、防護的數據化展示系統，實現對于腐蝕和防護系統的數據可視化和形象展示。

3 管道防腐技術的提升與優化

3.1 外層防腐涂料的新開發研制仍舊是我國亟待解決的問題

盡管多數涂料已經實現了國產化，但和國外技術相比仍有較大的差距，應該加大研究力度，避免不必要的管道腐蝕情況。例如，聚乙烯存在環境應力開裂的問題，環向大分子取向導致的非取向方向開裂

的問題，熱收縮套的溫控和收縮不同步等問題。

3.2 腐蝕管道的快速而準確定位技術，需要進一步優化提升

進行管道運行和防腐系統的數據化管理，有助于及時發現并評價管道的安全隱患，但我國目前所使用的管道防腐檢查技術和國外相比，仍存在較大差距，該技術和我國經濟的發展戰略需求不同步，應加速研究的步伐。

3.3 關注陰極保護的關鍵參數，確保陰極保護的準確到位

在陰極保護當中，對于金屬的構筑物完全達到保護與否，需要借助于參比電極測量金屬的保護電位。為達到所需的保護電位，需要通過變更保護電流的密度來實現。因此，保護電位與保護電流是陰極保護兩大關鍵的參數。保護電位指采取陰極保護時管道金屬停止腐蝕時需要的電位值。要達到腐蝕的完全停止，需將管道金屬的電位極化到和表面最為活躍的陽極點初始電位。在具體操作上，要兼顧保護的效率和程度，給出保護電位的范圍，允許管道金屬在保護狀態下仍然以不大的速度進行均勻的腐蝕。保護電流則指的是被保護的結構單位面積中所需要的保護電流，其密度大小受金屬表面狀態、溫度等環境條件、管道金屬的種類等多種因素的影響，應當進行切合實際的分析。

4 結語

天然氣管道的腐蝕是造成天然氣管道事故的一個主要原因，采取適宜的措施進行防腐十分必要。根據實踐表明，采取管道外層防腐、電化學陰極防腐保護及其數據的管理分析以及管道的運行和防腐管理系統化數據化措施進行管道防腐，效果良好。天然氣管道輸送過程中管道的防腐是值得長期研究、探討的課題，可以發揮重要的工程應用價值，應當予以重視。

參考文獻

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（責任編輯：王書柏）