淺談長輸天然氣管道的腐蝕與防護

陳清

摘 要：天然氣中往往含有硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，它們會對天然氣鋼制管道造成腐蝕，造成天然氣管道泄露風險，因此天然氣管道在輸送中必須實施防腐蝕保護。

關(guān)鍵詞：天然氣；腐蝕；防腐層；陰極保護

目前天然氣管道防腐保護的方法主要有絕緣層防腐和陰極保護兩種方法。絕緣層防腐分為管道內(nèi)壁絕緣層防腐和管道外壁絕緣層防腐；陰極保護又分為犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。天然氣管道腐蝕防護兩種方法同時應(yīng)用才能高效的防護天然氣管道的腐蝕。

一、腐蝕對天然氣管道的危害

天然氣中含有的H2S、CO2等酸性腐蝕介質(zhì)溶于管道中的水形成酸，與管道內(nèi)壁發(fā)生電化學反應(yīng)，同時管道外壁與土壤發(fā)生土壤腐蝕，對輸氣管道的安全運行造成嚴重威脅，管道防腐不及時易發(fā)生腐蝕穿孔，造成天然氣泄露著火、爆炸的危害。

二、天然氣管道的腐蝕特點

（一）天然氣管道的內(nèi)腐蝕

天然氣管道輸送的介質(zhì)中含有H2S、CO2溶于水，生成酸，鋼制管道在酸中發(fā)生電化學反應(yīng)腐蝕，在陽極區(qū)鐵被氧化為Fe2+離子，所放出的電子自陽極（Fe）流至鋼中的陰極（Fe3C）上被H+吸收而被還原成氫氣，即

陽極氧化反應(yīng)：

陰極還原反應(yīng)：

總的反應(yīng)：

（二）天然氣管道的外腐蝕

1、土壤引起的腐蝕。管道外腐蝕與土壤有著密切的關(guān)系，土壤是無機的和有機的膠質(zhì)混合顆粒的集合，土壤中含有水分和空氣，鹽類溶解在這些水中，土壤就成了電解質(zhì)，土壤的導電性與土壤的干濕程度及含鹽量有關(guān)。土壤中的氧含量與土壤的濕度和結(jié)構(gòu)都有密切的關(guān)系，濕度不同和結(jié)構(gòu)不同的土壤中，氧量不均勻，造成氧濃差電池腐蝕管道。土壤的酸堿性、土壤中的微生物對金屬的腐蝕也有很大的影響。2、雜散電流引起的腐蝕。雜散電流是一種漏電現(xiàn)象，雜散電流是由直流電源（如電氣火車，有軌電車，電焊機，點解槽，電化學保護等）設(shè)備漏失出來的電流，直流電往往從路軌漏到地下，進入地下管道某處，再從管道的另一處流出而回到路軌，雜散電流從管道流出的地方，成為腐蝕電池的陽極區(qū)，腐蝕破壞就發(fā)生在這個地方。

三、天然氣埋地鋼管的防腐方法

（一）絕緣層防護法

絕緣層防護法有三方面的作用：1、屏蔽腐蝕介質(zhì)的作用。2、鈍化緩釋作用。3、電化學保護作用。在實際應(yīng)用中，一種涂層往往不能很好的起到保護金屬的作用，或不能同時滿足防腐、耐候、美觀等使用要求，因此大多在金屬表面涂覆幾種涂層，以組成一個整體系統(tǒng)共同發(fā)揮功效，這一涂層體系包括底漆，中間層，面漆，每層按需要分別涂刷一至數(shù)次，也有的僅是單層結(jié)構(gòu)就同時滿足了不同的使用要求，如粉末涂料。在選擇防腐層的時候防腐涂層應(yīng)具備以下基本性能：有效的電絕緣性；有效的隔水屏障性；與管道表面有良好的附著力；抗剝離性能；抗化學介質(zhì)破壞；補傷容易；物理性能保持能力強；對環(huán)境無毒；能防止地面儲存和長距離運輸過程不發(fā)生變化和降解。

目前國內(nèi)外適用于長輸管道的防腐蝕涂層主要有煤焦油瓷漆、PE二層結(jié)構(gòu)、PE三層結(jié)構(gòu)、熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末（雙層FBE）覆蓋層等。下面主要對PE三層結(jié)構(gòu)、熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末（雙層FBE）覆蓋層簡述如下：1、三層PE結(jié)構(gòu)防腐蝕層結(jié)合了高密度聚乙烯包覆、熔結(jié)環(huán)氧粉末的優(yōu)點。是目前我國大型管道工程首選的涂層。2、熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）具有與鋼管表面結(jié)合牢固、絕緣性能好、機械強度高、耐溫度變化、耐化學腐蝕等優(yōu)點，可適用于各種惡劣自然環(huán)境。主要缺點是耐紫外線性能差，耐劃傷和磕碰性能差。3、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末（雙層FBE）與PE三層結(jié)構(gòu)類似，具有和PE三層相同的綜合性能，機械性能尤其高，補口也用雙層FBE，相容性好，覆蓋層表面光滑。另外可避免陰極屏蔽問題。

（二）陰極保護的兩種方法

陰極保護分為犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護兩種，犧牲陽極法是用一種腐蝕電位比被保護金屬腐蝕電位更負的金屬或合金與被保護體組成電偶電池，偶接后其自身腐蝕速度增加，故被稱作“犧牲陽極”。外加電流陰極保護是利用外部直流電源對被保護體提供陰極極化，實現(xiàn)對被保護體的保護方法。外部電源的負極與被保護體相連，正極接輔助陽極，輔助陽極的作用是為了構(gòu)成陰極保護完整的回路。

通常情況下，對無電源、介質(zhì)電阻率低、條件變化不大、所需保護電流較小的小型系統(tǒng)，宜選用犧牲陽極保護；相反，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，因此長輸天然氣管道適宜用外加電流陰極保護。

保護電位，是指通過陰極保護金屬使金屬結(jié)構(gòu)達到完全保護或者有效保護所需達到的電位值，美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）在《埋地和水下金屬管道外部腐蝕控制推薦規(guī)范》RP-01-69（1983）的標準中，對陰極保護準則做出了某些規(guī)定，對于天然水和土壤中的鋼和鑄鐵構(gòu)筑物，規(guī)定保護電位至少為-0.85V（相對于飽和Cu/CuSO4參比電極，即SCSE），最大保護電位則根據(jù)環(huán)境而定，對于天然氣管道而言一般應(yīng)為-1.3V（相對于飽和Cu/CuSO4參比電極，即SCSE）。

四、結(jié)語

針對埋地天然氣管道的腐蝕防護，只單獨采用涂層外防腐和陰極保護兩種方法中的任意一種是不行的，因此天然氣管道的腐蝕防護大都采用陰極保護與防腐層相結(jié)合的方法，這種方法被稱為管道的“聯(lián)合保護”，是當今世界上公認的管道防腐措施。

參考文獻：

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[2]茹惠靈.油氣管道保護技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008