陰極保護在埋地燃?xì)夤艿栏g防護中的應(yīng)用

高青松

【摘 ?要】由于埋地鋪設(shè)的輸氣管道大都處于復(fù)雜的土壤環(huán)境中，尤其在鹽類聚集的地區(qū)，天然氣輸送管道的腐蝕穿孔問題十分嚴(yán)重，本文通過深入了解我國管道運輸?shù)奶攸c及腐蝕現(xiàn)狀，掌握管道腐蝕的規(guī)律并加以有效控制，對腐蝕程度嚴(yán)重的管道采取陰極保護技術(shù)，確保我國民經(jīng)濟地下大動脈的安全運行。

【關(guān)鍵詞】天然氣管道;鹽堿地;陰極保護

目前，國內(nèi)外輸送天然氣資源主要依靠埋地方式鋪設(shè)長距離管道來實現(xiàn)，據(jù)聲明所說，僅中國石油天然氣股份有限公司，至2012年末，建設(shè)管道總長度增長到為66776千米，天然氣管道長度也增加到40995千米，是2000年為止所建天然氣管道長度的兩倍，且該公司目前擁有的天然氣管道長度已占到全國天然氣管道總長度的80%左右。預(yù)計2015年時，其天然氣管道長度可達(dá)到4.8萬千米，使長度再延長一倍。Visiongain也著眼于全球石油與天然氣管道市場分析表明，全球石油與天然氣管道市場將在2013年達(dá)到473.5億美元，包括世界各地的所有新的石油和天然氣管道的施工成本。

但由于埋地鋪設(shè)的輸氣管道大都處于復(fù)雜的土壤環(huán)境中，且土壤中含有不同分量的水和易電離的鹽類等物質(zhì)，使土壤與管道金屬構(gòu)成原電池，導(dǎo)致金屬管道外壁上發(fā)生不同程度的電化學(xué)腐蝕，甚至造成管道失效。一旦輸氣管道出現(xiàn)腐蝕穿孔就會造成油氣泄漏，不僅運輸中斷，而且會污染環(huán)境，還可能引發(fā)災(zāi)難性事故，造成的經(jīng)濟損失難以估量[1]。據(jù)調(diào)查，我國石油石化工業(yè)每年因腐蝕所造成的直接經(jīng)濟損失達(dá)數(shù)億元。由于土壤的腐蝕性大小主要取決于土壤的含水量、含鹽種類和含量、pH值及有機物質(zhì)和微生物含量等因素。因此，鹽類聚集的鹽堿地地區(qū)鋪設(shè)的輸氣管道所承受的腐蝕作用更為嚴(yán)重。

然而，輸氣管道一直是管道工程中的重要環(huán)節(jié)，它的防腐保護對保障能源運輸乃至于國民經(jīng)濟的發(fā)展等起著十分重要的作用，故一直受到研究人員的關(guān)注。為了解決腐蝕問題，除可以在管道外壁覆蓋防腐絕緣層外，陰極保護技術(shù)也是防止金屬腐蝕的有效方法，適用于對土壤、淡水和海水等介質(zhì)中的金屬腐蝕的保護，且經(jīng)濟效益十分顯著。

1、土壤的腐蝕性分析

土壤是具有固、液、氣三相的毛細(xì)管多孔性的膠質(zhì)體，土壤的空隙為空氣和水所充滿，水中含有一定量的鹽使土壤具有離子導(dǎo)電性[2]。土壤的PH值以及土壤中的含鹽量明顯高于一般的其他地區(qū)，其腐蝕性也相應(yīng)變強。除此以外，還可依照土壤電阻率、自然電位、和氧化還原電位來判斷土壤的腐蝕性的強弱。

由于管道所埋土壤各處的物化性質(zhì)不同、管道各部分的金相結(jié)構(gòu)不同，如晶格缺陷、雜質(zhì)、內(nèi)部應(yīng)力、表面粗糙程度等原因，一部分金屬易電離，帶正電的金屬離子進(jìn)入土壤中，從而該段電子過剩電位變負(fù);而另一部分金屬不容易電離，電位變正，從而在兩段間發(fā)生電子流動即發(fā)生氧化還原反應(yīng)。失去電子的管道段成為陽極區(qū)，得到電子管道段則成為陰極區(qū)，并和土壤一起組成回路，形成了電化學(xué)電流即腐蝕電流，從而產(chǎn)生了土壤腐蝕[1]。假如管道各段落所處土壤透氣性不同，土壤中氧的濃度也就不同，從而使腐蝕電池發(fā)育，腐蝕電池兩極間的距離可達(dá)數(shù)公里。

2、陰極保護技術(shù)

在實際的工程應(yīng)用中，將被保護的金屬陰極極化以消除電化學(xué)不均勻性所引起的金屬腐蝕的方法稱為陰極保護。陰極保護技術(shù)就是通過向被保護的管道通以足夠的直流電流，使管道表面產(chǎn)生陰極極化，減小或消除造成管道土壤腐蝕的各種原電池的電極電位差，使腐蝕電流趨于零，進(jìn)而達(dá)到阻止管道腐蝕的目的[3]。該技術(shù)方法經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，已經(jīng)成為技術(shù)較為成熟，市場也較為廣闊的管道防腐技術(shù)，且操作簡單，實施安裝工程量不大的同時亦能起到很好的排流作用。陰極保護作為防腐層保護的一種補充手段是必不可少的，它可以彌補涂層的缺陷（破壞、漏點等）。因此，陰極保護技術(shù)作為第二道防線更好地抑制管線的腐蝕，也是反應(yīng)管線防腐狀態(tài)的重要指標(biāo)。

目前較為常用的兩種陰極保護方法分別是犧牲陽極陰極保護法和強制（外加）電流陰極保護法。前者是用一種腐蝕電位比被保護金屬腐蝕電位更負(fù)的金屬或合金與被保護體組成電偶電池，依靠負(fù)電性金屬不斷腐蝕溶解產(chǎn)生的電流供被保護金屬陰極極化而構(gòu)成保護的方法，由于低電位金屬所在電偶電池中作為陽極，偶接后其自身腐蝕速度增加;后者則是利用外部直流電源直接向被保護金屬通以陰極電流，使之陰極極化，實現(xiàn)被保護體進(jìn)入免蝕區(qū)而受到保護的方法，由輔助陽極、參比電極、直流電源和相關(guān)的連接電纜組成[4]。

犧牲陽極法和外加電流陰極保護法各有優(yōu)缺點，有其各自的應(yīng)用范圍，應(yīng)根據(jù)供電條件、介質(zhì)電阻率、所需保護電流的大小、運行過程中工藝條件變化情況、壽命要求、結(jié)構(gòu)形狀等決定[4]。犧牲陽極陰極保護法不需外部電源，投產(chǎn)后維護管理工作量小，但在高電阻率環(huán)境中不宜使用，同時保護范圍和輸出電流小且輸出電流還不可調(diào);強制電流陰極保護法輸出電流連續(xù)可調(diào)，保護范圍大，不受土壤電阻率的限制，適用性強，保護裝置使用壽命長，但是卻需外部電源，投產(chǎn)后需進(jìn)行維護管理。通常情況下，對有電源、介質(zhì)電阻率大、所需保護電流大、條件變化大、使用壽命長的大系統(tǒng)，應(yīng)選用外加電流陰極保護，反之宜選用犧牲陽極保護[4]。在一些情況下，需要將犧牲陽極法和外加電流陰極保護法并聯(lián)防護才能取得良好的效果。

3、埋地管道微生物腐蝕的防護措施

3.1表面防腐處理

優(yōu)良的基層是防腐工程的基礎(chǔ)，金屬管道的防腐質(zhì)量絕大程度上取決于涂層與基體的粘結(jié)程度，因此管道表面的處理十分重要。在涂層厚度、除銹質(zhì)量以及施工條件等因素中，除銹質(zhì)量是表面防腐處理的重中之重，實驗表明除銹質(zhì)量優(yōu)良的比未經(jīng)除銹處理或除銹質(zhì)量相對較差的防腐涂層的使用壽命至少長3至5倍。因而在管道表面防腐處理時，應(yīng)先將鋼管、容器表面的鐵銹與氧化皮徹底清除干凈。與此同時，還可采用氧化型或非氧化型殺菌劑來抑制或殺滅腐蝕微生物繁殖的方式，進(jìn)一步實現(xiàn)控制腐蝕的目的。

3.2涂層防腐處理

3.2.1內(nèi)涂層防腐

內(nèi)涂層防腐處理中常用的內(nèi)涂層有環(huán)氧樹脂粉末涂層、聚乙烯粉末涂層等，也可采用可耐約300℃高溫的熱噴玻璃防腐新工藝，其可有效地避免管內(nèi)硫化氫等酸性氣體與碳鋼之間的接觸。此外，對于遭受嚴(yán)重腐蝕而進(jìn)行返修的管道則可采用環(huán)氧粉末涂裝或環(huán)氧液體涂料內(nèi)涂方法。

3.2.2外涂層防腐

外涂層防腐是使管道與土壤等腐蝕環(huán)境相互隔絕的防腐途徑，當(dāng)前埋地管道通常使用在水介質(zhì)與土壤中具耐菌破壞力保護層，無機保護層主要有水泥、鍍鋅、鉻等，有機保護層則主要有塑料薄膜、環(huán)氧樹脂漆、多層PE防腐層等。此外還有煤焦油瓷漆防腐層、石油瀝青防腐層、熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層以及HPCC 涂層體系等。

4、結(jié)論

天然氣輸送管道的防腐保護對保障能源運輸乃至于國民經(jīng)濟的發(fā)展等起著十分重要的作用，尤其在鹽類聚集的地區(qū)，天然氣輸送管道的腐蝕穿孔問題十分嚴(yán)重，除在管道上覆蓋防腐絕緣層外，還可以輔助采用陰極保護技術(shù)抑制土壤對天然氣輸送管道的腐蝕作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉佳.天然氣管道的腐蝕原因防治措施[J].內(nèi)江科技，2012（6）

[2] 陳勝利，蘭志剛，宋積文，等.長輸天然氣管線的腐蝕與防護[J]全面腐蝕控制，2011（1）

[3] 黃騰飛.埋地管道陰極保護電位參數(shù)及電位測試技術(shù)研究[J].西南石油大學(xué)博士學(xué)位論文，2014

[4] 孫鵬然.天然氣長輸管道的防腐與防護措施[J]管道技術(shù)與設(shè)備，2013（1）：

（作者單位：佛山市高明燃?xì)庥邢薰荆?/p>