天然氣管道輸送過程中管道防腐的研究

馮金贏 岳衛(wèi)琳

摘要：管道腐蝕一直是造成天然氣管道發(fā)生事故的主要原因，伴隨著天然氣領(lǐng)域的不斷發(fā)展，天然氣管道輸送過程中的防腐工作也引起了重視。本文通過研究天然氣管道在輸送工作中管道腐蝕的原因，根據(jù)傳統(tǒng)的天然氣管道防腐方法，對(duì)防腐工作進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：天然氣;腐蝕因素;防腐方法

引言;據(jù)燃?xì)獗ㄆ脚_(tái)統(tǒng)計(jì)，2020年1月和2月共發(fā)生了7起天然氣泄漏爆炸事故，造成多人受傷。天然氣是一種無色無味無毒氣體，成分中95%以上含量的是甲烷，同時(shí)還含有乙烷和丁烷等成分。天然氣的爆炸極限為5%到15%，一般來說爆炸率較低，但天然氣泄漏事故的頻發(fā)也引起了對(duì)天然氣管道安全的重視。

1. 天然氣管道輸送過程中管道腐蝕的分析

1.1管道腐蝕的因素

1.1.1土壤腐蝕和管道腐蝕

土壤是由沙粒土粒、水和空氣等多種有機(jī)物混合構(gòu)成。土壤中含有水分，而水具有導(dǎo)電性，因此，土壤也具有一定的導(dǎo)電性，能夠在管道內(nèi)形成腐蝕電流，產(chǎn)生土壤腐蝕。另外，雖然大多數(shù)土壤是中性的，但有一些土壤是酸性或堿性的，其PH越低，腐蝕性越強(qiáng)。作為在土壤中的長輸天然氣管道，極易被土壤腐蝕。一般來說，長輸管道的外表面都是有防腐層，用來防止土壤腐蝕。但防腐層被碰撞可能會(huì)破損，也會(huì)隨著時(shí)間老化脫落，造成土壤中的腐蝕物浸入并腐蝕管道[1]。

1.1.2細(xì)菌腐蝕和大氣腐蝕

在透氣性較差的土壤中分布著硫酸鹽還原菌、氧化菌和鐵細(xì)菌等厭氧性腐蝕管道細(xì)菌。尤其是在腐殖土和沼澤土中，硫酸鹽還原菌的含量較高，還有許多其他的微生物，都會(huì)腐蝕管道。大氣腐蝕是由于大氣中的水蒸氣凝結(jié)在天然氣管道上，形成水膜。空氣中的一些雜志溶解在水膜中，形成電解液作用，會(huì)對(duì)金屬形成化學(xué)腐蝕。氣候也是影響大氣腐蝕的原因，在潮濕的環(huán)境下，尤其當(dāng)空氣濕度達(dá)到80%，腐蝕速度會(huì)迅速上升。

1.2管道腐蝕的形態(tài)

1.2.1點(diǎn)燭形腐蝕

點(diǎn)燭形也被叫做孔燭形，是呈孔狀、點(diǎn)狀或針狀的腐蝕形態(tài)。由于天然氣管道是長期傳輸各類化學(xué)氣體或液體的管道，這種小孔形腐蝕對(duì)天然氣管道來說隱患和危害性極大。點(diǎn)燭形腐蝕具有隱蔽性，不易檢查，而且破壞力很強(qiáng)，稍有不慎就會(huì)造成嚴(yán)重事故。所以為了防止點(diǎn)燭形腐蝕，在進(jìn)行防腐處理之前，應(yīng)仔細(xì)檢查，把金屬管道的毛邊和凹陷等部位都處理平滑。

1.2.2絲狀腐蝕

絲狀腐蝕常常出現(xiàn)在保護(hù)膜下方，呈現(xiàn)纖維絲狀。因?yàn)橐话愠霈F(xiàn)在漆膜下方，所以也被叫做漆下腐蝕或膜下腐蝕。絲狀腐蝕是大氣腐蝕留下的形態(tài)，在清漆類金屬管道中發(fā)展特別嚴(yán)重。這類腐蝕雖然對(duì)天然氣管道的腐蝕程度不算特別大，但有時(shí)會(huì)以絲狀腐蝕部位作為起點(diǎn)，發(fā)展成點(diǎn)燭形或縫隙腐蝕，還有可能引發(fā)更嚴(yán)重的大面積腐蝕，造成巨大損失和危害[2]。

1.2.3均勻腐蝕

均勻腐蝕是指金屬表面大面積的較為均勻的腐蝕，指直接接觸腐蝕介質(zhì)的腐蝕現(xiàn)象，一般發(fā)生在裸露的金屬表面。例如，天然氣管道表面防腐層老化脫落，導(dǎo)致管道表面金屬直接與土壤中的雜質(zhì)接觸，造成均勻腐蝕。對(duì)于被腐蝕的管道來說，會(huì)導(dǎo)致管道表面均勻變薄，其承受的應(yīng)力逐漸增加，導(dǎo)致管道發(fā)生斷裂。但均勻腐蝕現(xiàn)象易于監(jiān)測(cè)發(fā)覺，所以一般不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故。

2. 傳統(tǒng)天然氣管道防腐方法

2.1管道外層防腐

管道外層防腐是傳統(tǒng)的管道防腐方法之一，方法是將防腐涂料均勻地涂抹在除銹處理過的管道金屬外層，用以隔離腐蝕介質(zhì)。涂層技術(shù)的原理是在金屬管道表面形成一個(gè)絕緣的防護(hù)層，使金屬避免與電解質(zhì)直接接觸，阻止電化學(xué)反應(yīng)溶解管道金屬，涂層材料一般使用介電性能良好、化學(xué)性能穩(wěn)定、溫度適宜的復(fù)合材料。

管道外層防腐一般分為內(nèi)壁防腐涂層和防腐保溫涂層兩種。內(nèi)壁防腐涂層是為了防止管道內(nèi)金屬被腐蝕，降低摩擦阻力，提高傳輸量而涂抹在管道內(nèi)壁的一層薄膜，為了保證涂層薄膜與管道粘結(jié)緊密，還需要對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行處理。防腐保溫涂層是在傳輸原油或燃料油的中小口徑管道的外壁上，加保溫和防腐的復(fù)合層來減少管道向土壤的散熱。為了防止地下水滲入到保溫層內(nèi)，一般使用耐高溫的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

2.2陰極保護(hù)

除了給管道涂抹防腐涂層和保溫層以外，陰極保護(hù)也是管道防腐的一種常用方式。電化學(xué)腐蝕也是天然氣管道常見的一種腐蝕方式，陰極保護(hù)是指改變天然氣管道金屬相對(duì)于周圍介質(zhì)的電極電位，將被保護(hù)的金屬極化為陰極的一種防止金屬腐蝕的方法。這種防腐方式的運(yùn)用已經(jīng)有150多年的歷史，1928年第一次運(yùn)用到管道防腐，將電化學(xué)中的陽極被溶解而陰極不被溶解的原理運(yùn)用到防腐技術(shù)中。用強(qiáng)迫性的外施電流使得被保護(hù)的金屬陰極化，腐蝕就不會(huì)發(fā)生。陰極保護(hù)經(jīng)常運(yùn)用到長輸天然氣管道的防腐過程中，一般運(yùn)用到口徑較大的天然氣管道中，也不會(huì)受到管道沿線地形的影響。但天然氣管道在運(yùn)用陰極保護(hù)的過程中，要滿足四個(gè)條件。一是腐蝕的介質(zhì)要有導(dǎo)電性，二是陰極極化只適用在金屬管道材料的介質(zhì)中，三是保護(hù)的管道要有導(dǎo)電連續(xù)性條件，四是被保護(hù)的管道與非保護(hù)的管道要進(jìn)行電絕緣。

2.3防腐管理系統(tǒng)化、數(shù)據(jù)化

天然氣管道的防腐運(yùn)行有一套完整的數(shù)據(jù)化管理系統(tǒng)，對(duì)于天然氣管道的基礎(chǔ)信息、綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)、管道的運(yùn)行安全數(shù)據(jù)和常規(guī)評(píng)價(jià)都有著系統(tǒng)化管理。進(jìn)行管道腐蝕程度的檢測(cè)，實(shí)時(shí)有效的維修，防止安全事故的發(fā)生，提高管道安全運(yùn)營。天然氣管道的防腐系統(tǒng)需要考慮三個(gè)需求，一是在數(shù)據(jù)庫的管理方面，數(shù)據(jù)要符合國家的標(biāo)準(zhǔn)，提供準(zhǔn)確的土壤、管道材料、陰極保護(hù)及覆蓋層等信息。二是綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立含有各種腐蝕條件基礎(chǔ)信息的評(píng)價(jià)運(yùn)用系統(tǒng)。三是利用地理信息技術(shù)，依據(jù)地理信息，開發(fā)對(duì)于腐蝕防控等信息的可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)腐蝕保護(hù)數(shù)據(jù)化的展示模式。

3. 管道防腐技術(shù)的優(yōu)化

3.1外層防腐涂料加以改進(jìn)

我國的天然氣管道防腐涂料大多使用國產(chǎn)化涂料，雖然技術(shù)已經(jīng)在不斷加強(qiáng)，但與國外的技術(shù)相比還是有一定差距。應(yīng)當(dāng)加大研發(fā)力度，盡可能的提高材料的防腐效果。例如，國內(nèi)防腐涂料中的聚乙烯由于是非極性分子存在某些環(huán)境下開裂問題，與管道的附著力差，耐久性短，需要定期維護(hù)，而國外較為權(quán)威的涂料有美國阿莫370管道涂層（AP370PLC），它是一種長期的化學(xué)屏障，可阻擋大部分化學(xué)物質(zhì)，可以保護(hù)管道內(nèi)磨損，在嚴(yán)酷的環(huán)境下也能防止外部腐蝕，具有耐久性，極大的降低了維護(hù)頻率。另外，防腐涂料的耐熱性也應(yīng)加強(qiáng)。其中，美國的諾維克R200在該領(lǐng)域比較出色，它還可以作為管道的修復(fù)材料，承受溫度高達(dá)200度，這種產(chǎn)品提供了更好的粘著性。

3.2確保陰極保護(hù)技術(shù)的準(zhǔn)確性

對(duì)于陰極保護(hù)的防腐技術(shù)來說，為了使管道金屬完全達(dá)到保護(hù)，需要借助很高標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)電位。為了所需標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)電位，需要借助變更保護(hù)電流的密度來實(shí)現(xiàn)。保護(hù)電位和保護(hù)電流是兩個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，保護(hù)電位是指進(jìn)行陰極保護(hù)的過程中，管道金屬被保護(hù)的電位值。判斷天然氣管道是否達(dá)到保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有兩項(xiàng)指標(biāo)。一是最小保護(hù)電位，是指管道金屬在腐蝕介質(zhì)中陰極極化到腐蝕停止時(shí)的電位值，一般數(shù)值為-850毫伏。二是最大保護(hù)電位，即被保護(hù)的管道金屬表面允許達(dá)到的最高電位值。當(dāng)陰極極化時(shí)，金屬表面與防腐涂層之間會(huì)產(chǎn)生氫氣，使防腐涂層產(chǎn)生陰極剝離，所以要控制匯流點(diǎn)的電位在一定范圍內(nèi)，避免涂層被破壞剝離[3]。

3.3定位技術(shù)的優(yōu)化

天然氣管道的安全運(yùn)行系統(tǒng)和防腐系統(tǒng)的維護(hù)，有助于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并解決天然氣管道的安全隱患，但我國目前的天然氣防腐監(jiān)測(cè)技術(shù)依舊與先進(jìn)技術(shù)有較大差距，該技術(shù)與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求并不同步。不能及時(shí)的檢測(cè)管道腐蝕的隱患會(huì)導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，因此對(duì)天然氣管道腐蝕的定位技術(shù)的研究也應(yīng)當(dāng)提高。在現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，提高定位系統(tǒng)的速度，減少檢測(cè)時(shí)間，以此來提高檢測(cè)工作的效率，可以更及時(shí)的發(fā)現(xiàn)天然氣管道運(yùn)輸工作中的安全隱患并盡快解決。

結(jié)論：綜上所述，做好天然氣管道輸送過程中的防腐工作至關(guān)重要，這關(guān)系到安全問題。從本文分析可知，我國的天然氣管道防腐技術(shù)還有些不足之處，在防腐涂料的材料改進(jìn)、陰極保護(hù)技術(shù)的提高、和檢測(cè)系統(tǒng)的完善方面都應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)，保障天然氣管道運(yùn)輸工作的安全，避免事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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[3]陳運(yùn)海.天然氣管道輸送過程中管道防腐的研究及防腐方法[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（10）：84-85.