長輸天然氣管道腐蝕與防腐措施探討

楊富祥，何振楠，張雷，王培倫，王春禹，楊鳳祥

長輸天然氣管道腐蝕與防腐措施探討

楊富祥1，何振楠1，張雷1，王培倫1，王春禹1，楊鳳祥2

（1. 東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318； 2. 深圳海油人力資源服務(wù)有限公司，廣東 深圳 518000）

長距離管道輸送是目前國內(nèi)外天然氣輸送的主要方式。長輸天然氣管道大多是在野外，埋于地下或架空敷設(shè)，需要多次穿越公路、河流湖泊及多種地貌單元、不同的地理環(huán)境。而長輸天然氣管道又具有壓力高、輸量大、距離長、供氣連續(xù)不斷等特點，因此，長輸管道在運行工程中受氣候和環(huán)境影響，容易發(fā)生腐蝕穿孔而漏氣，從而對管道造成一定程度的破壞，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的人員傷亡事故。因此，如何防止長輸天然氣管道的腐蝕，已成為天然氣管道管理中重要問題之一。本文通過分析導(dǎo)致長輸天然氣管道腐蝕的原因，提出了有效的防護(hù)措施，為長輸天然氣管道的安全高效運行提供了理論依據(jù)。

長輸天然氣管道；管道腐蝕；陰極保護(hù)；防腐措施

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以煤炭為主的能源消費對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。天然氣作為一種新型的清潔能源，具有很好的應(yīng)用市場，隨著天然氣的大面積推廣使用，環(huán)境質(zhì)量將逐步得到改善，我國已將長輸天然氣管道列入國家重點建設(shè)項目。長輸天然氣管道常年埋于地下或架空敷設(shè)，受沿線過程的環(huán)境和氣候的影響較大，容易發(fā)生腐蝕。被腐蝕的天然氣管道，不僅會引起氣體的泄漏損失，以及由于管道維修和維護(hù)所造成的人力物力財力的浪費，還可能由于管道腐蝕而引起火災(zāi)。特別是天然氣管道由于腐蝕引起的爆炸，威脅人身安全，污染環(huán)境，后果極其嚴(yán)重[1]。因此，對長輸天然氣管道的腐蝕加以研究，分析腐蝕機(jī)理，采用有效的防腐措施，對延長長輸天然氣管道的使用壽命和確保長輸天然氣管道的安全運行具有重要意義。

1 長輸天然氣管道的腐蝕機(jī)理

1.1 腐蝕機(jī)理

長輸天然氣管道腐蝕屬于金屬腐蝕研究范疇，金屬的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是指金屬表面與介質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象。如天然氣管道與空氣中的H2S、O2等氣體的作用而發(fā)生的腐蝕就是化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指由于電解質(zhì)溶液的存在，金屬在該溶液中形成原電池而產(chǎn)生的腐蝕破壞現(xiàn)象。長輸天然氣管道由于常年埋于地下或架空敷設(shè)，因而在土壤、潮濕大氣、河流等環(huán)境中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。

2 長輸天然氣管道腐蝕類型

2.1 長輸天然氣管道外腐蝕

長輸天然氣管道常年埋于地下或架空敷設(shè)，在鋪設(shè)過程中需要穿越各種各樣的地形地貌環(huán)境和不同的氣候區(qū)，因而長輸天然氣管道外腐蝕時有發(fā)生。架空敷設(shè)的天然氣管道常年與大氣接觸，容易發(fā)生大氣腐蝕；埋于地下的天然氣管道，常年置于土壤或河流湖泊中，容易發(fā)生土壤腐蝕、微生物腐蝕、海水腐蝕。

①大氣腐蝕。當(dāng)長輸天然氣管道置于大氣環(huán)境中時，其表面通常會形成一層極薄的不易看見的水膜。當(dāng)這層水膜達(dá)到20~30個分子厚度時，它就變成電化學(xué)腐蝕所需要的電解液膜。如果天然氣管道表面只是處于純凈的水膜中，一般不足以造成強(qiáng)烈的電化學(xué)腐蝕，而大氣環(huán)境下形成的水膜往往含有水溶性的鹽類及溶入的腐蝕性氣體。因此架空敷設(shè)在潮濕環(huán)境中的天然氣管道表面極易發(fā)生大氣腐蝕。

②土壤腐蝕。土壤顆粒間布滿空氣、水和各種鹽類，使它具有電解質(zhì)的特征。金屬管道在土壤電解質(zhì)溶液中構(gòu)成多種腐蝕電池。一類是由于鋼管表面狀態(tài)的差異形成的微腐蝕電池，鋼管表面條件效應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。另一類是由于土壤腐蝕介質(zhì)的差異形成的宏觀腐蝕電池。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。土壤腐蝕性常用土壤電阻率來表示，電阻率越小的土壤腐蝕性越強(qiáng)[2]。

③微生物腐蝕。微生物腐蝕是指由微生物引起的腐蝕或受微生物影響所引起的腐蝕，是一種電化學(xué)腐蝕。埋地的長輸天然氣管道或架空的管道和微生物有著是十分親密的接觸，每年長輸天然氣管道由于微生物腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失是是巨大的，因此對微生物腐蝕的防治的研究非常重要。

④海水腐蝕。海水腐蝕是構(gòu)件在海洋環(huán)境中發(fā)生的腐蝕，海洋環(huán)境是一種復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。在這種環(huán)境中，海水本身是一種強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)，同時波浪、潮流又對金屬構(gòu)件產(chǎn)生低頻往復(fù)應(yīng)力和沖擊，加上海洋微生物、附著生物及它們的代謝產(chǎn)物等都對腐蝕過程產(chǎn)生直接或間接的加速作用。海洋中有著豐富的天然氣資源，大部分需要通過海底管道長距離的輸送到陸地，因此，海洋中的長輸天然氣管道的防腐也很重要。

2.2 長輸天然氣管道內(nèi)腐蝕

天然氣管道在運行過程中內(nèi)壁與輸送介質(zhì)常年直接接觸，輸送介質(zhì)中除了被輸送的天然氣外，通常還含有硫化氫、二氧化碳、溶解氧及水合物等雜質(zhì)，隨著輸送溫度、壓力、流速的變化，由于這些雜質(zhì)的存在，會對長輸天然氣管道內(nèi)壁造成嚴(yán)重的腐蝕。主要原因：①長輸天然氣管道具有輸量大、輸送距離長等特點，需要高溫高壓的輸送環(huán)境，而高溫高壓的環(huán)境會激發(fā)酸性氣體的運動能力和活性，從而加劇了與天然氣管道內(nèi)壁金屬的腐蝕速率；②天然氣管道在輸送介質(zhì)的過程中會出現(xiàn)自由液相，管內(nèi)一般會形成氣、固、液三相共存的狀態(tài)，隨著三相混流物沖刷和腐蝕共同作用，會加深對管壁的腐蝕，尤其是在彎頭處管壁因腐蝕變薄，容易形成氣體泄露事故[3]；③化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，當(dāng)管道內(nèi)含有水及硫化氫、二氧化碳等雜質(zhì)時，達(dá)到一定條件，這些雜質(zhì)就會與金屬管道發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，從而加快了天然氣管道內(nèi)壁腐蝕。

3 長輸天然氣管道防腐措施

3.1 管道外腐蝕防腐措施

為了保障長輸天然氣管道的長期安全穩(wěn)定運行，需要對長輸天然氣管道進(jìn)行防腐保護(hù)。目前，常用的防止天然氣管道外腐蝕的方法是采用外防腐涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合作用。外防腐涂層是比較經(jīng)濟(jì)的，也是主要的天然氣管道外防腐手段，陰極保護(hù)作為外防腐涂層的補(bǔ)充防腐手段。

目前國內(nèi)外適合于長輸天然氣管道的防腐涂層主要有熱塑性的聚烯烴（二層PE,三層PE）涂層、熱固性的熔結(jié)環(huán)氧(FBE)涂層、煤焦油瓷漆涂層等。

常用的陰極保護(hù)有犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。①犧牲陽極保護(hù)法。在待保護(hù)管道上連接更低電位的金屬或合金，從而形成一個新的腐蝕電池。保護(hù)原理是用電極電勢比被保護(hù)金屬更低的金屬或合金作為陽極，使其形成腐蝕電極，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。適用于電流需求量很小的管道或給有涂層管道外露部位提供陰極保護(hù)。②外加電流陰極保護(hù)法。將被保護(hù)管道與外加直流電源負(fù)極相連，而把另一輔助陽極接到電源的正極，在管道和輔助陽極間建立較大的電位差。便于調(diào)節(jié)電流和電壓，具有保護(hù)距離長且距離可調(diào)和使用范圍廣等優(yōu)點[4]。

3.2 管道內(nèi)腐蝕防腐措施

長輸天然氣管道內(nèi)壁腐蝕主要是由輸送介質(zhì)中所含的雜質(zhì)和金屬管道在一定條件發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)所引起的腐蝕。①天然氣管道內(nèi)壁主要的防腐措施就是在管道內(nèi)用合成樹脂防腐蝕涂料等作內(nèi)涂層，即可防止管道內(nèi)壁的腐蝕，又能降低管壁的粗糙度，相應(yīng)地提高了管道的輸氣能力[5]。②也可以通過添加緩蝕劑來對長輸天然氣管道進(jìn)行防腐。緩蝕劑防腐是指在天然氣管道輸送介質(zhì)中加入適量的緩蝕劑來達(dá)到抑制或減緩金屬管道內(nèi)壁腐蝕速率的方法。其作用原理是緩蝕劑分子通過化學(xué)或物理吸附作用吸附到金屬管道內(nèi)壁上，改變金屬管道內(nèi)表面上電荷的分布狀態(tài)或者在內(nèi)表面上形成一層保護(hù)膜阻礙電荷的轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到減緩金屬管道內(nèi)壁的腐蝕速率。緩蝕劑防腐投入小、見效快，可適用于不同地形地貌天然氣管道的防腐，目前在國內(nèi)外的長輸天然氣管道防腐中已廣泛使用③可以使用耐腐蝕的合金管材、玻璃鋼或塑料管材來輸送天然氣。

4 結(jié) 論

綜上所述，受國際油價市場的影響，國內(nèi)許多油田的油井已關(guān)停，而天然氣作為一種新型的清潔能源，在今后的能源利用中將會有廣闊的市場。管道輸送是目前國內(nèi)外天然氣輸送的主要方式，受沿線過程的環(huán)境和氣候的影響較大，容易發(fā)生腐蝕。本文分析了長輸天然氣管道腐蝕機(jī)理及腐蝕類型，針對不同的腐蝕類型，提出了不同的防腐措施。就目前國內(nèi)外長輸天然氣管道防腐研究進(jìn)展來看，宜采用涂層防腐和陰極保護(hù)防腐相結(jié)合的方式來保障天然氣管道長期安全經(jīng)濟(jì)運行。

［1］黃春芳. 天然氣管道輸送技術(shù)[M]. 北京：中國石化出版社，2009.

［2］王博. 管道腐蝕原理及防腐保護(hù)[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品, 2009，24 (12)：89-89 .

［3］魏忠革. 天然氣管道腐蝕原因分析與防護(hù)措施[J]. 化工管理, 2016，16 (06)：158-158．

［4］范開峰，王衛(wèi)強(qiáng), 等. 天然氣管道腐蝕與防腐分析[J]. 當(dāng)代化工, 2013，5（5）：654-655．

［5］許莉莉. 新型石油天然氣管道內(nèi)壁防腐涂料[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2009，12（10）: 15-16．

Discussion on Corrosion and Anticorrosion Measures of Long Distance Natural Gas Pipelines

YANG Fu-xiang, HE Zhen-nan, ZHANG Lei, WANG Pei-lun, WANG Chun-yu, YANG Feng-xiang

（1. Northeast Petroleum University，Heilongjiang Daqing 163318，China；2. CNOOC Shenzhen Human Resources Co., Ltd.,Guangdong Shenzhen 518000，China）

Long distance pipeline transportation is the main way of natural gas transportation at home and abroad. Long distance natural gas pipeline is mostly in the field, buried underground or overhead laid;it needs to go through highways, rivers and lakes and a variety of geomorphic units, different geographical environments. The natural gas pipeline has many characteristics, such as high pressure, large capacity, long distance transmission and continuous supply; therefore, the long distance pipeline is easily affected by climate and environmental conditions in the operation of the project, the corrosion and leakage easily happen, which can cause some damage to the pipeline, and even cause huge economic losses and serious casualty accident. Therefore, how to prevent the corrosion of long distance natural gas pipeline has become one of the important problems in the management of natural gas pipeline. In this paper, corrosion causes of long distance natural gas pipeline were analyzed, and effective protective measures were put forward, which could provide a theoretical basis for safe and efficient operation of long distance natural gas pipeline.

long distance gas pipeline; pipeline corrosion; cathodic protection; anti-corrosion measurement

TE 832

A

1004-0935（2017）04-0394-03

2017-02-10

楊富祥（1990-），男，東北石油大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：石油與天然氣工程油氣儲運方向。