關(guān)于埋地天然氣管道防腐技術(shù)的探討

凌晨(西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610500)

關(guān)于埋地天然氣管道防腐技術(shù)的探討

凌晨(西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610500)

隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，人類對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量要求逐漸提高，天然氣管道也因此取代煤氣管道，成為能源輸送的主要途徑。然而，由于外界土質(zhì)分布不均勻的原因，導(dǎo)致天然氣管道經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，影響天然氣的輸送質(zhì)量。本文將對(duì)埋地天然氣管道的腐蝕原因進(jìn)行分析，并整理出相關(guān)的防腐蝕技術(shù)。

埋地天然氣管道；防腐技術(shù)；施工

天然氣是一種高效的環(huán)保能源，近年來(lái)被廣泛的運(yùn)用于工商業(yè)與民用生活中。天然氣管道質(zhì)量直接關(guān)系到氣體質(zhì)量與居民生活質(zhì)量，因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)天然氣管道防腐技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究，延長(zhǎng)管道的使用壽命，保證管道的運(yùn)輸安全，減少資源浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)天然氣的有效運(yùn)輸與利用。

1 埋地天然氣管道腐蝕原因

1.1 內(nèi)腐蝕原因

我國(guó)的天然氣含硫量較高，有機(jī)硫與H2S會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成硫化鐵粉，從而對(duì)管壁金屬進(jìn)行破壞，增加管壁脆性，嚴(yán)重時(shí)還可造成自燃爆炸。此外，管道的金屬也會(huì)與非電解質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成腐蝕[1]。

1.2 外腐蝕原因

主要取決于兩點(diǎn)，管道外壁與土質(zhì)。例如管道外壁的材質(zhì)、所含雜質(zhì)數(shù)量、管道金屬接口焊接質(zhì)量、機(jī)械加工殘余應(yīng)力、土壤質(zhì)地、電阻率、含水量、PH值等都會(huì)對(duì)管道外壁質(zhì)量造成影響。

造成管道外壁腐蝕的原因主要分為兩大方面，第一，化學(xué)反應(yīng)，在PH值為6-9的臭氧條件下，硫酸鹽還原菌會(huì)對(duì)鋼鐵產(chǎn)生化學(xué)作用，從而引起腐蝕；第二，電化學(xué)腐蝕，產(chǎn)生金屬化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在O2與H2O的作用下，由于電極的電位不同而產(chǎn)生陰陽(yáng)兩極，而使Fe（OH）2生成水合氧化鐵，進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕。

2 埋地天然氣管道防腐技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 陰極保護(hù)技術(shù)

此技術(shù)在現(xiàn)階段的埋地天然氣管道防腐項(xiàng)目中應(yīng)用較多，主要針對(duì)受電化影響嚴(yán)重的天然氣輸送區(qū)域。電位負(fù)的金屬，活性較強(qiáng)，容易發(fā)生腐蝕，因此需要向管道中輸入直流電流，使管壁表面電位陰極化。陰極保護(hù)技術(shù)主要分為兩種：

(1)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)

此技術(shù)是指將所要保護(hù)的金屬與比其電位還要負(fù)的金屬或合金連接在一起，并依靠電位較負(fù)的金屬不斷的腐蝕溶解產(chǎn)生的電流來(lái)保護(hù)其他金屬。此技術(shù)施工步驟簡(jiǎn)單、投資成本較低，且電流的利用效率高，對(duì)相鄰金屬設(shè)施不會(huì)產(chǎn)生多余干擾。但此技術(shù)也同時(shí)存在驅(qū)動(dòng)電位低、使用范圍受土壤電阻率限制等缺點(diǎn)，因此只適用于廠區(qū)或無(wú)電源的長(zhǎng)輸管道。

(2)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)

此技術(shù)是指借助輔助陽(yáng)極優(yōu)勢(shì)，在回路中傳入一個(gè)直流電源，從而使被保護(hù)金屬呈陰極，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的保護(hù)。此技術(shù)可抵御高電阻及惡劣的腐蝕，使用周期長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電壓高。但施工成本較高、施工及維護(hù)技術(shù)要求高、無(wú)法獨(dú)立工作，需要常年外供電且會(huì)對(duì)周圍的構(gòu)件形成干擾，因此只適用于范圍較廣的大型工程。

2.2 防腐涂層應(yīng)用

隨著天然氣工程技術(shù)的發(fā)展，各種新型材料不斷的應(yīng)用到工程建設(shè)當(dāng)中，而防腐層就是其中具有代表性的新型材料之一。常見(jiàn)的埋地天然氣管道防腐層技術(shù)有以下幾種：

(1)雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐技術(shù)

單層熔結(jié)環(huán)氧粉末技術(shù)在二十一世紀(jì)初期就已進(jìn)入廣泛使用，雙層熔結(jié)環(huán)氧防腐技術(shù)是對(duì)單層技術(shù)的一個(gè)延伸與改進(jìn)，能夠最大程度的保證天然氣管道的抗沖擊能力，且耐高溫抗腐蝕。

(2)改進(jìn)聚乙烯防腐層

該技術(shù)曾被利用到“西氣東輸”項(xiàng)目上，并隨著科技的發(fā)展，逐漸衍生出聚乙烯二層、聚乙烯三層等多項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了該材料在天然氣輸送事業(yè)上的廣泛利用。

(3)其他防腐層技術(shù)

此外，石油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧樹(shù)脂漆等都可作為防腐涂層使用。每種材料的質(zhì)地不同，性能也大有不同，在管道防腐工作上，應(yīng)當(dāng)考慮多方因素，結(jié)合土壤性質(zhì)及管道自身材料條件，選取最為合理的防腐涂層方案，最大限度的減小資金預(yù)算，穩(wěn)固管道質(zhì)量。

2.3 緩蝕劑防護(hù)技術(shù)應(yīng)用

緩蝕劑是以適當(dāng)?shù)臐舛燃靶问酱嬖谟诃h(huán)境中，可減緩材料腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或混合物?？煞譃闊o(wú)機(jī)緩蝕劑、有機(jī)緩蝕劑、聚合物類緩蝕劑等[2]。

埋地天然氣管道利用緩蝕劑，可在防腐層外形成二級(jí)保護(hù)，兩者結(jié)合可使管道的抗腐蝕性能成倍提高，延長(zhǎng)其使用壽命。從理論上講，緩蝕劑主要是根據(jù)其分子上的極性基團(tuán)的吸附作用，將其附著于管壁表面，對(duì)管道中極負(fù)電流進(jìn)行作用，改變金屬的電荷狀態(tài)，從而增加金屬腐蝕反應(yīng)的活化程度，與此同時(shí)，緩蝕劑中的非極性基團(tuán)在金屬表面形成一層保護(hù)膜，阻止管道內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移，減緩腐蝕速度。

2.4 加大智能防腐技術(shù)的開(kāi)發(fā)

由于埋地天然氣管道的特殊性質(zhì)，工作人員無(wú)法對(duì)其運(yùn)作情況進(jìn)行全程監(jiān)控，由此導(dǎo)致管道的安全存在隱患。因此需要加強(qiáng)對(duì)智能防腐檢測(cè)工作的技術(shù)開(kāi)發(fā)，將多媒體及信息監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)中，對(duì)管道的質(zhì)量情況進(jìn)行全天候、持續(xù)性檢測(cè)，從而確保管道的安全運(yùn)行。

2.5 防腐補(bǔ)口技術(shù)

防腐補(bǔ)口技術(shù)屬于埋地天然氣管道防腐技術(shù)的重要組成，該技術(shù)可以細(xì)分為表面處理、底漆應(yīng)用、熱收縮袋安裝三部分。

(1)表面處理

防腐補(bǔ)口技術(shù)的表面處理環(huán)節(jié)直接關(guān)系著天然氣管道的長(zhǎng)期安全運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)，而這一環(huán)節(jié)則可以細(xì)分為環(huán)境監(jiān)測(cè)、表面預(yù)處理檢查、噴砂處理前的預(yù)熱檢查、噴砂清理檢查四部分，具體內(nèi)容如下：（1）環(huán)境監(jiān)測(cè)。施工人員需要保證鋼管表面溫度最少高于露點(diǎn)3℃，且空氣中的相對(duì)濕度低于85%。（2）表面預(yù)處理檢查。管道鋼材表面往往可能存在表面毛刺、飛濺、夾層、缺口等質(zhì)量問(wèn)題，因此施工人員需要做好打磨施工，以此保證管道表面質(zhì)量。（3）噴砂處理前的預(yù)熱檢查。通過(guò)預(yù)熱即可保證噴砂處理環(huán)節(jié)質(zhì)量，這主要得益于預(yù)熱所具備的除濕防返繡作用。（4）噴砂清理檢查。天然氣管道鋼管表面可能存在的可溶性鹽會(huì)直接影響防腐補(bǔ)口技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量，因此施工人員需要通過(guò)噴砂清理檢查實(shí)現(xiàn)可溶性鹽的清除。

(2)底漆應(yīng)用

底漆施工同樣屬于防腐補(bǔ)口技術(shù)的重要組成，而該技術(shù)可以細(xì)分為環(huán)境監(jiān)控、涂料選擇、底漆混合控制、底漆涂覆外觀檢查、底漆漆膜厚度檢查五部分，具體內(nèi)容如下所示：（1）環(huán)境監(jiān)控。施工人員需保證施工前的環(huán)境監(jiān)測(cè)同樣滿足表面處理環(huán)節(jié)需求。（2）涂料選擇。多應(yīng)用液體雙組份環(huán)氧涂料作為底漆涂料，該涂料能夠有效提升防腐補(bǔ)口技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量。（3）底漆混合控制。使用過(guò)期底漆問(wèn)題在防腐補(bǔ)口技術(shù)的應(yīng)用中較為常見(jiàn)，因此施工人員必須仔細(xì)檢查底漆生產(chǎn)日期，并同時(shí)保證基料與固化劑的混合均勻。（4）底漆涂覆外觀檢查。保證鋼管裸管區(qū)均勻涂刷底漆，同時(shí)施工人員需要重點(diǎn)關(guān)注關(guān)注可能出現(xiàn)的漏涂、流掛問(wèn)題，其中干線管道3PE表面必須避免涂刷底漆。（5）底漆漆膜厚度檢查。在具體的厚度檢查中，施工人員應(yīng)使用濕膜卡，以此保證底漆應(yīng)用環(huán)節(jié)施工質(zhì)量。

(3)熱收縮袋安裝

熱收縮袋的安裝可以細(xì)分為預(yù)熱控制、熱收縮袋安裝、外觀檢查、涂層厚度檢查、涂層漏涂點(diǎn)檢查、涂層附著力檢查共六部分，具體內(nèi)容如下：（1）預(yù)熱控制。加熱烤把并使用紅外測(cè)溫儀校準(zhǔn)。（2）熱收縮袋安裝。兩名施工人員共同進(jìn)行熱收縮袋的加熱，只有確保氣泡消失才能夠保證施工質(zhì)量。（3）外觀檢查。通過(guò)檢查熱收縮袋的緊密性、氣泡、碳化、破裂等特點(diǎn)，即可確定熱收縮袋暗裝質(zhì)量。（4）涂層厚度檢查。應(yīng)用磁性檢測(cè)儀進(jìn)行厚度檢查，并保證檢查在熱收縮袋溫度下降后進(jìn)行。（5）涂層漏涂點(diǎn)檢查。應(yīng)用直流高壓電火花漏涂點(diǎn)檢測(cè)儀進(jìn)行檢查。（6）涂層附著力檢測(cè)。應(yīng)用剝離實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢查[3]。

2.6 防腐檢測(cè)技術(shù)

(1)PCM結(jié)合RTK技術(shù)概述

PCM技術(shù)主要應(yīng)用在對(duì)管道電流衰減梯度進(jìn)行測(cè)量，因此也被稱為電流梯度法。通過(guò)給管道施加一定的電流信號(hào)，記錄電流信號(hào)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，來(lái)確定檢測(cè)的管道的位置和深度，并且定位管道破損的具體地點(diǎn)。PCM被應(yīng)用在管道防腐層評(píng)價(jià)和管道埋深走向檢測(cè)中，如果管道發(fā)生破損，PCM發(fā)送的電流則會(huì)流向地面，同時(shí)該破損位置的電流變化會(huì)增大，PCM對(duì)電流變化進(jìn)行監(jiān)督后，找到異常位置就是管道破損點(diǎn)。而RTK技術(shù)的檢測(cè)原理是通過(guò)架設(shè)基準(zhǔn)站在檢測(cè)點(diǎn)中，通過(guò)接受GPS信號(hào)的方式接收數(shù)據(jù)，反饋信息給流動(dòng)站，在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間形成數(shù)據(jù)傳送鏈，最終通過(guò)計(jì)算，得出發(fā)生破損的坐標(biāo)，RTK系統(tǒng)中包括了GPS接收設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備以及軟件系統(tǒng)。RTK技術(shù)中因?yàn)椴捎昧薌PS定位技術(shù)能夠?qū)z測(cè)位置周圍的環(huán)境也進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)破損位置的定位較為準(zhǔn)確。通過(guò)將PCM和RTK兩種技術(shù)相結(jié)合，能夠全面提高位置的精確度，RTK提供參照物的相對(duì)位置，PCM則能夠探測(cè)位置的具體深度，為管線管理方面提供出數(shù)據(jù)和圖紙的綜合信息，給維修技術(shù)人員的后續(xù)修復(fù)工作帶來(lái)了便利。

(2)實(shí)踐應(yīng)用

以某地區(qū)的的工程檢測(cè)為例，該地區(qū)的地質(zhì)地貌較為復(fù)雜，其中山林和水稻農(nóng)田相互交錯(cuò)，河流和公路也在其中。在對(duì)PCM防腐層的檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的天然氣高壓埋地管線的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)圖紙之間存在較大的偏差，究其原因，是因?yàn)樵趯?shí)際施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)管線的具體走向，存在較大的施工困難，因此實(shí)際施工人員結(jié)合實(shí)際情況選擇了，成本較低符合實(shí)際的路線進(jìn)行鋪設(shè)。本次工程檢測(cè)采用PCM和RTK綜合檢測(cè)的方法進(jìn)行，采用了GPS定位技術(shù)，對(duì)管線中破損的位置進(jìn)行定位，將記錄的數(shù)據(jù)引入到RTK的軟件中，更為方便的記錄發(fā)生普水泥的位置，減輕維修人員的工作量，有效提高了光纖破損點(diǎn)的維修效率。通過(guò)PCM和RTK檢測(cè)的綜合使用，對(duì)未來(lái)管線破損維修和開(kāi)挖驗(yàn)證等后續(xù)工作的開(kāi)展提供了參考。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，埋地天然氣管道因多方因素的影響很容易產(chǎn)生腐蝕，因此在未來(lái)的天然氣工程建設(shè)中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管道質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用生物、化學(xué)及物理等多種方法，加強(qiáng)對(duì)管道設(shè)計(jì)的改良，提高管道防腐性能，對(duì)質(zhì)量監(jiān)控工作進(jìn)行有效反饋，切實(shí)保障管道質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)我國(guó)天然氣運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展。

[1]仲小慧,賀志偉,熊雙.埋地天然氣管道防腐技術(shù)的應(yīng)用研究[J].化工管理,2016,(03):120.

[2]吳一.淺析埋地天然氣管道防腐技術(shù)[J].石化技術(shù),2017,24(03):206.

[3]張富春,段紅,王鑫.長(zhǎng)輸天然氣管道防腐補(bǔ)口施工質(zhì)量控制[J].全面腐蝕控制,2013,01:19-21.

姓名：凌晨（1991-）性別：男，籍貫：重慶市梁平人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于西南石油大學(xué)；現(xiàn)有職稱：無(wú)；研究方向：材料防腐。