石油天然氣管道防腐技術(shù)初探

王燕

【摘要】伴隨著“西氣東輸”等石油天然氣超級(jí)工程，石油天然氣管道的延伸長度和范圍越來越廣，在天然氣輸送過程中，由于二氧化硫、硫化氫等伴生氣，以及沿途惡劣地下環(huán)境等的影響下，石油天然氣管道腐蝕嚴(yán)重，不僅造成了重大經(jīng)濟(jì)損失，而且買下來天然氣泄漏導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸的隱患。因此，有針對(duì)性的對(duì)石油天然氣管道采取防腐保護(hù)措施，開發(fā)更加便捷有效的防腐技術(shù)勢在必行。

【關(guān)鍵詞】天然氣管道 防腐技術(shù)

1 引言

黨的十八大過后，全國各地掀起了生態(tài)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排的熱潮。金屬腐蝕是一個(gè)重大的經(jīng)濟(jì)問題，而且與社會(huì)民生和國家穩(wěn)定有著間接的關(guān)系。在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，金屬腐蝕所帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失占據(jù)了該國國民生產(chǎn)總值的近3%。我國正努力的邁向社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，將他國教訓(xùn)引以為鑒，認(rèn)真做好石油天然氣管道防腐，為造福社會(huì)和子孫后代做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

2 天然氣管道腐蝕機(jī)理

根據(jù)大量工程實(shí)際發(fā)現(xiàn)，天然氣管道腐蝕主要受到管材質(zhì)量、輸送介質(zhì)和管道防腐措施的影響。按照導(dǎo)致天然氣管道腐蝕的因素分為均勻腐蝕、埋地腐蝕、應(yīng)力腐蝕、沖刷腐蝕。

2.1 均勻腐蝕

從地底采收的天然氣經(jīng)過天然氣凈化廠通過長輸管道輸送，由于凈化過程不徹底或者其他因素，天然氣中含有少量的水蒸氣、SO2、H2S、CO2等，酸性氣體溶解于水蒸氣當(dāng)中，腐蝕管線內(nèi)壁，并且在管道彎頭連接處容易形成水合物而堵塞管道，形成均勻腐蝕。

2.2 埋地腐蝕

埋地天然氣管道由于管線表面粗糙程度和晶格結(jié)構(gòu)不同，在雨水和地下水分和氧氣的作用下形成了電化學(xué)腐蝕，埋地管道表面逐漸腐蝕脫落，形成局部埋地管道腐蝕。

2.3 應(yīng)力腐蝕

在管道彎頭部分，酸性氣體溶于水并且捕捉甲烷分子形成水合物，堵塞了管道，管道的內(nèi)壁不均勻，在高壓輸氣條件下，容易形成較為嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕，通常表現(xiàn)為彎頭穿孔、壁面凹陷等。另外HS—會(huì)附著在鋼材表面，導(dǎo)致鋼材的韌性和抗腐蝕能力下降，鋼材抗外界應(yīng)力的能力不足，容易發(fā)生斷裂。

2.4 沖刷腐蝕

氣體流速較高時(shí)，管道鋼遭受沖刷腐蝕也比較嚴(yán)重，由于腐蝕產(chǎn)物被直接沖擊的氣流帶走，新的金屬面不斷裸露，從而加速了腐蝕，曾發(fā)生多次的彎頭處氣流沖擊面壁厚減薄而引起的泄漏事故。另外雨水和地下水沖刷作用會(huì)破壞防腐層，從而導(dǎo)致金屬管壁裸露，腐蝕加快。

3 天然氣管道防腐技術(shù)

3.1 埋地鋼質(zhì)管道外防腐涂層

目前，世界各國埋地鋼質(zhì)管道所使用的外防腐覆蓋層主要有石油瀝青、煤焦油瓷漆、擠塑聚乙烯、聚乙烯膠結(jié)帶、熔結(jié)環(huán)氧樹脂末（FBE）及復(fù)合覆蓋層（含三層PE）。

3.1.1 石油瀝青

石油瀝青是使用歷史最長的防腐涂料，取材容易，價(jià)格較低、施工技術(shù)簡單。但由于吸水率高、易老化、抗土壤應(yīng)力能力低、耐熱性差（高溫下流淌）、不抗細(xì)菌破壞與植物根系穿透等。如果腐蝕環(huán)境無微生物、無深根植物，溫度適當(dāng)，則選用石油瀝青是一種經(jīng)濟(jì)適用的防腐覆蓋層。

3.1.2 煤焦油瓷漆

煤焦油瓷漆也是使用最早的防腐涂料，它克服了石油瀝青的缺陷，具有很強(qiáng)的抵御細(xì)菌、堿類與其他化學(xué)物侵蝕的能力和很好的機(jī)械強(qiáng)度，防吸水性、抗老化性好。但抗土壤應(yīng)力和熱穩(wěn)定性較差，與陰極保護(hù)相容性較差。因此在較低溫度環(huán)境下的冷脆和炎熱環(huán)境下的流淌限制了它的使用范圍。

3.1.3 環(huán)氧煤瀝青

環(huán)氧煤瀝青是以環(huán)氧樹脂與煤焦油為主配合而成的防腐材料。具有粘結(jié)力強(qiáng)、抗土壤應(yīng)力能力好、耐水、耐微生物等優(yōu)點(diǎn)。但施工時(shí)固化時(shí)間長，在固化起保持管道不受污染是有較大困難。因此，這種防腐層在國外多用于防腐層修復(fù)和管件及一些不規(guī)則的管道上。

3.1.4 熔結(jié)環(huán)氧粉末

熔結(jié)環(huán)氧粉末是所有防腐涂料中與鋼管粘結(jié)力最強(qiáng)、抗各種環(huán)境腐蝕最好、抗機(jī)械沖擊最高和良好的熱穩(wěn)定性的防腐涂料，但由于涂敷層薄，抗尖銳物體的沖擊性較差，在石方地段要慎用，并且防水性差，長期處于潮濕環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生氣泡。

3.1.5 聚乙烯膠粘帶

聚乙烯膠粘帶是目前世界上較為先進(jìn)的一種防腐覆蓋層，其底層為熔結(jié)環(huán)氧粉末，中間為一層共聚粘結(jié)劑，外面纏繞一層擠塑聚乙烯。因此，它具有熔結(jié)環(huán)氧粉和擠塑纏繞聚乙烯兩者的優(yōu)點(diǎn)，相互補(bǔ)充各自的不足，是一種各項(xiàng)性能優(yōu)異的防腐層，并具有很高的電阻值及抗雜散電流的能力。但抗土壤應(yīng)力能力較差，特別是在高溫下，易于因粘結(jié)力差和電阻高而產(chǎn)生陰極屏蔽。

3.1.6 擠出聚乙烯防腐層

擠出聚乙烯防腐層應(yīng)用高密度聚乙烯，其防水性能好、電阻值大、機(jī)械性能高，但粘著性、熱穩(wěn)定性和抗土壤應(yīng)力性能不如熔結(jié)環(huán)氧粉末。因此，多用于較小口徑的管道上。

3.2 埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)

長輸管道陰極保護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)成熟的應(yīng)用技術(shù)。根據(jù)環(huán)境及所選防腐層，確定陰極保護(hù)方式及保護(hù)參數(shù)。根據(jù)提供電流的方式不同，對(duì)埋地管線的陰極保護(hù)通常有外加電流法的陰極保、犧牲陽極法的陰極保護(hù)兩種方法。對(duì)于一般的埋地管線采用外加電流法的陰極保護(hù)，而對(duì)于穿越鐵路、公路、河流或江河帶套管的管道，由于金屬套管的屏蔽作用，采用鎂或鎂合金、鋅或鋅合金陽極犧牲陽極保護(hù)。

3.2.1 外加電流陰極保護(hù)

使用外加電源對(duì)被保護(hù)管道施加負(fù)電流，將被保護(hù)管道與外加直流電源負(fù)極相連，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低管道腐蝕速率的方法。其優(yōu)點(diǎn)是：

（1）驅(qū)動(dòng)電壓高，能夠靈活控制陰極保護(hù)電流的輸出量；

（2）在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中適用；

（3）適用不溶性陽極材料可做長期陰極保護(hù)；

（4）如果管道防腐絕緣層質(zhì)量良好，一座陰極保護(hù)站可以保護(hù)幾十公里的范圍；

（5）對(duì)局部裸露或防腐絕緣層質(zhì)量較差的管道也能達(dá)到完全的保護(hù)。缺點(diǎn)是：

需要外部電源；

（2）對(duì)鄰近的地下金屬設(shè)施易產(chǎn)生干擾；

（3）維護(hù)技術(shù)較犧牲陽極保護(hù)復(fù)雜；（4）一次性投資費(fèi)用高。3.2.2 犧牲陽極保護(hù)

采用具有較負(fù)電位的金屬陽極與被保護(hù)管道實(shí)行電偶連接，將被保護(hù)管道和一種可以提供陰極保護(hù)電流的金屬和合金（即犧牲陽極）相連，使被保護(hù)管道陰極極化以降低管道腐蝕速率的方法。在被保護(hù)管道（陰極）與犧牲陽極所形成的大地電池中，犧牲陽極被逐漸腐蝕消耗。這種保護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）保護(hù)電流的利用率高，不會(huì)發(fā)生過保護(hù)；

（2）適用于無電源地區(qū)或短距離的管道；

（3）對(duì)鄰近的地下金屬設(shè)施無干擾影響；

（4）施工技術(shù)簡單，安裝及維護(hù)費(fèi)用低；

（5）管道的接地、保護(hù)兼顧；

（6）日常管理工作量小。缺點(diǎn)是：①驅(qū)動(dòng)電位低，保護(hù)電流調(diào)節(jié)困難；②使用范圍受土壤電阻率的限制；③對(duì)大口徑、裸露或防腐絕緣差的管道實(shí)施困難；

④在雜散電流干擾強(qiáng)烈地區(qū)，將喪失保護(hù)作用；

⑤保護(hù)時(shí)間受犧牲陽極壽命的限制。

4 結(jié)束語

我國現(xiàn)有7萬多公里的城市埋地燃?xì)廨斔凸艿?，其中?0%已運(yùn)行20年左右，不少管道已進(jìn)入事故高發(fā)階段。天然氣管網(wǎng)日常管理的重要任務(wù)之一是預(yù)防各種腐蝕事故和自然與人為災(zāi)害發(fā)生。為將后期控制的被動(dòng)管理變?yōu)橹鲃?dòng)管理，應(yīng)將防腐設(shè)施及相關(guān)資料與管網(wǎng)的地理信息相結(jié)合形成獨(dú)立的體系，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理，以便捕捉、分析、統(tǒng)計(jì)管網(wǎng)的各種數(shù)據(jù)，及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，防止各種隱患發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 奧斯特羅夫（美）.腐蝕控制手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1988

[2] 寇杰等.油氣管道腐蝕與防護(hù)[M].中國石化出版社，2008