天然氣輸送管道腐蝕與防腐措施現(xiàn)狀分析

黨唐超，戚恒慎，張 鵬

（1.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065；2.西北石油管道有限公司，陜西 西安 710018）

相比于煤與石油，天然氣作為一種環(huán)保型能源，通過管道連接著氣田與下游處理站和家庭用戶。輸送天然氣的管材一般均為鋼管，腐蝕是管材在輸送過程中一定需要解決的問題，其影響著管道的正常工作年限，對天然氣運(yùn)輸?shù)陌踩源嬖谥[患。當(dāng)天然氣防腐措施失效時，會造成天然氣輸送失敗，甚至?xí)?dǎo)致氣田生產(chǎn)中斷，管道損壞等一系列的經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。

1 天然氣管道腐蝕類型

1.1 外壁腐蝕

天然氣管道無論是埋地管線還是架空管線，在運(yùn)行過程中都會經(jīng)受著各種惡劣的自然環(huán)境影響。對于架空管線，管道主要受到大氣腐蝕，對于埋地管線，管道主要受到土壤腐蝕，對于海底管道，管道主要受到海水腐蝕。

1.2 內(nèi)壁腐蝕

天然氣管道內(nèi)壁一般與輸送的天然氣直接接觸，所以天然氣中含有的腐蝕性氣體雜質(zhì)成分。如CO2、H2S、O2等，是天然氣管道內(nèi)壁腐蝕的主要影響因素。同時，天然氣管材也會在高溫、高壓、高流速下出現(xiàn)材料性質(zhì)的變化，影響著管道的抗腐蝕能力。

2 天然氣管道腐蝕的原因

2.1 外壁腐蝕原因

天然氣管道外壁因?yàn)橹苯优c外界條件接觸，所以外部環(huán)境會直接導(dǎo)致管道外壁腐蝕。

2.1.1 土壤腐蝕

土壤是一個復(fù)雜的介質(zhì)。一般土壤中均含有氣、液、固三相的物質(zhì)，其中有的部分還具有一定的導(dǎo)電性。同時，管道各處的結(jié)構(gòu)也不全相同，土壤中還存在著大量的土壤微生物。因此，影響土壤腐蝕主要有以下因素:1） 土壤性質(zhì)。土壤中如果存在較大的孔隙度時，這些空隙中能夠存在大量水分、微觀粒子和氣體，當(dāng)其與管道直接接觸時，容易腐蝕天然氣管道外壁。2）電化學(xué)腐蝕。土壤中含有部分導(dǎo)電的溶液和雜亂電流，由于不同溶液有不同的濃度和電位差，對管道也會產(chǎn)生不同程度的電化學(xué)腐蝕。3）微生物。土壤中有時會存在還原菌，還原菌會將溶解的腐蝕性酸鹽轉(zhuǎn)化為還原性酸溶液，降低了土壤的pH值，酸性土壤進(jìn)而和管材中的鐵及鐵合金發(fā)生反應(yīng)，腐蝕并加快了外界對外壁的腐蝕。

2.1.2 大氣腐蝕

大氣腐蝕對于金屬腐蝕而言，是最為普通的一種腐蝕方式。大氣腐蝕受到管道所處的地理環(huán)境的影響較大，不同地區(qū)的管道由于外界氣候條件差異大而導(dǎo)致腐蝕速率差異極大。在含有較多的腐蝕性組分的環(huán)境，暴露在空氣中的管道腐蝕就會大大加重。同時，大氣腐蝕也與在空氣中的水分和氧氣的含量有主要關(guān)系，管材在海邊的腐蝕速度要遠(yuǎn)比內(nèi)陸的管材腐蝕速率高。離海岸越近，空氣中水含量越大，腐蝕程度越高。

2.1.3 海水腐蝕

海水像土壤一樣，成分比較復(fù)雜，含有各種組分，并且是地球上一種天然的電解質(zhì)溶液。海水中的管道主要受到海水中鹽含量、溶解氧、溫度等因素的影響，其中，海水中的鹽會組成電解質(zhì)，含鹽量的大小決定了電解質(zhì)的濃度，因此必然對腐蝕產(chǎn)生影響。金屬在海水中的腐蝕受吸氧腐蝕的作用，溶解氧濃度越大，傳遞速度越大，去極化程度越高。提高溫度會加快海水中的管道外壁的化學(xué)反應(yīng)速度，進(jìn)一步增加管道的腐蝕速度。

2.2 內(nèi)壁腐蝕的原因

管道輸送介質(zhì)中存在的腐蝕性氣體雜質(zhì)，如，二氧化碳、硫化氫等。此外，在外界條件的影響下，如，使管道內(nèi)部的溫度、壓力、流速快速變化的情況下，管道內(nèi)壁也會遭受到嚴(yán)重的腐蝕。

2.2.1 沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是沖刷和腐蝕相互作用而引起的管材表面腐蝕，主要由液固兩相流動過程中，流體流動速度較快，引起管道內(nèi)壁的腐蝕。同時流體中的固相會不斷沖擊鋼鐵的表面，剝離出天然氣管道表面腐蝕的部分，并在高速的流體中直接被帶走，不斷暴露出新的金屬面，從而進(jìn)一步加快腐蝕。沖刷與腐蝕相互促進(jìn)，腐蝕情況比較嚴(yán)重。沖刷腐蝕中的液相一般由于壓降導(dǎo)致天然氣管道中的飽和天然氣出現(xiàn)液相，且管道中含有一些固體雜質(zhì)，會出現(xiàn)氣、液、固三相流動的狀態(tài)，因而出現(xiàn)沖刷腐蝕。

2.2.2 高溫高壓腐蝕

高溫高壓腐蝕一般發(fā)生在采油采氣井中，隨著地層的深度逐漸變深，地層的壓力和溫度顯著提高。油氣井處于高溫高壓的工作條件下，酸性物質(zhì)對材料的腐蝕速度會提高。同時，溫度的升高，一定程度上也會提高材料的抗腐蝕破裂能力，一定程度上可以提高管道的抗腐蝕能力。但一般來說，高溫高壓更傾向于導(dǎo)致加重管道的腐蝕變化。

2.2.3 酸性氣體腐蝕

含有酸性組分的天然氣會在管道內(nèi)形成酸性環(huán)境，酸性組分與管道保護(hù)膜進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐步破壞管道的保護(hù)膜后，開始腐蝕天然氣管道，另一方面，該腐蝕也容易形成原電池，進(jìn)而發(fā)生吸氧腐蝕。進(jìn)一步加快管材的腐蝕速率。

3 天然氣管道腐蝕防護(hù)措施

3.1 外壁腐蝕防護(hù)措施

由于腐蝕對于管道的危害性極大，為了提高管道的使用年限及其運(yùn)行穩(wěn)定性，必須對天然氣管道進(jìn)行防腐處理。由于外界環(huán)境的復(fù)雜性，天然氣管道的外壁防腐措施一般采用增加防腐涂層和陰極保護(hù)兩種方法。增加防腐涂層是比較廣泛的防腐方法，而陰極保護(hù)一般用于特定管段的一種防腐方法。防腐涂層的材料一般有石油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧粉末和三層復(fù)合結(jié)構(gòu)、環(huán)氧煤瀝青冷纏帶 (PF型)、橡塑型環(huán)氧煤瀝青冷纏帶(RPC型)等。而陰極保護(hù)主要有外加電流法和犧牲陽極法兩種:

1）外加電流保護(hù)法。將保護(hù)的金屬作為陰極直接連接電源負(fù)極，選用特定材料作為輔助陽極連接電源正極，從而使得被保護(hù)金屬受到保護(hù)的方法。是一種適用于長距離管道的陰極保護(hù)法。

2） 犧牲陽極保護(hù)法。犧牲陽極保護(hù)法是另一種陰極保護(hù)法，一般將選擇具有還原性的金屬作為負(fù)極，與作為正極的需要保護(hù)的管段相連構(gòu)成一個全新的原電池，選擇負(fù)極的金屬一般要比正極金屬的電位低，犧牲負(fù)極的金屬而使正極的金屬避免腐蝕。通常適用于管道防腐涂層有一定破損的管道，一般與外加電流法相結(jié)合應(yīng)用。

3.2 內(nèi)壁腐蝕防護(hù)措施

輸送管道內(nèi)壁腐蝕保護(hù)措施要根據(jù)輸送的介質(zhì)，管道內(nèi)的溫度壓力情況，一般可選擇增加防腐內(nèi)涂層和采用緩蝕劑等化學(xué)藥劑來減少管道內(nèi)部腐蝕情況。

1）防腐內(nèi)涂層。防腐內(nèi)涂層與防腐外涂層一樣，能有效地將管道和輸送流體隔開，避免了介質(zhì)中的腐蝕性組分與管道相接觸，達(dá)到了防腐的目的。防腐內(nèi)涂層的材料最好是選用環(huán)氧樹脂類涂層。

2）添加化學(xué)藥劑。采用添加緩蝕劑等化學(xué)藥劑這種方法可以減緩輸送介質(zhì)對管道內(nèi)部的腐蝕。這種方法成本較低，較為方便，容易實(shí)現(xiàn)。只需要根據(jù)輸送介質(zhì)選擇合適的化學(xué)藥劑，就可以有效的降低管道的腐蝕速度。

4 結(jié)語

天然氣氣田由于在地理上分布不均勻，輸送過程中面臨著各種各樣惡劣的自然環(huán)境。在輸送過程中，要充分認(rèn)識防腐工作的必要性，必須加強(qiáng)管道防腐工作。根據(jù)管道腐蝕的原因，發(fā)現(xiàn)管道腐蝕原因的多樣性和復(fù)雜性，針對腐蝕原因，提出了一些解決管壁內(nèi)外腐蝕的保護(hù)措施。在實(shí)際生產(chǎn)過程中管道的防腐措施應(yīng)從管道所在的自然條件及輸送的介質(zhì)出發(fā)，因地制宜地選擇管道的防腐措施。