天然氣輸送管道的腐蝕及對(duì)策

徐發(fā)銳

（中石油昆侖燃?xì)庥邢薰窘K分公司，江蘇南京 211100）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，天然氣已經(jīng)成為一種不可或缺的重要清潔能源，為了確保天然氣的穩(wěn)定供應(yīng)，我國(guó)在城市建設(shè)中敷設(shè)了大量的天然氣管道，從而滿足民眾對(duì)天然氣的使用需求。與此同時(shí)，由于天然氣管道是被敷設(shè)在地下的，而地下環(huán)境的復(fù)雜與多變，使天然氣管道在使用過(guò)程中不可避免的會(huì)發(fā)生腐蝕，一旦天然氣管道受到嚴(yán)重腐蝕，必然會(huì)造成管道泄漏，甚至還會(huì)因此引發(fā)后果嚴(yán)重的安全事故。因此，如何提高天然氣管道的抗腐蝕性能，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)人士迫切需要解決的重要問題，這對(duì)于保障天然氣的輸送安全，滿足群眾對(duì)天然氣供應(yīng)需求，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 天然氣輸送管道的腐蝕問題分析

近年來(lái)，我國(guó)在城市建設(shè)中敷設(shè)了大量的天然氣管道，以此確保天然氣能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸。不過(guò)，由于天然氣管道是利用鋼鐵制成的，而天然氣管道的敷設(shè)環(huán)境又位于地下環(huán)境，因地下環(huán)境過(guò)于潮濕且地質(zhì)多變，這也使地下環(huán)境中的許多因素都會(huì)對(duì)天然氣管道進(jìn)行腐蝕，長(zhǎng)此以往，必然會(huì)造成天然氣管道出現(xiàn)穿孔、泄漏，并可能由此引發(fā)安全事故。為此，以下對(duì)造成天然氣輸送管道腐蝕問題的相關(guān)因素進(jìn)行探討。

1.1 大氣腐蝕

在地下環(huán)境中，大氣是造成天然氣管道腐蝕的因素之一，由于土壤顆粒之間存在縫隙，這也使大氣能夠進(jìn)入到土壤縫隙中，因外界環(huán)境降水，會(huì)使雨水中的水分子通過(guò)大氣進(jìn)入到土壤中，進(jìn)而接觸到天然氣管道，此時(shí)，水分子會(huì)因溫度的變化而發(fā)生冷凝，并在金屬表面形成水膜，水膜的形成會(huì)與管道金屬表面發(fā)生電解質(zhì)反應(yīng)，從而使水分子中的氫離子和氫氧離子會(huì)被電離出來(lái)，這些離子會(huì)以金屬表面為反應(yīng)場(chǎng)，從而造成金屬受到腐蝕。可以說(shuō)，大氣腐蝕是造成天然氣管道發(fā)生腐蝕的部分誘因，尤其是在潮濕多雨地區(qū)，其地下天然氣管道的腐蝕程度往往要比干旱地區(qū)的天然氣管道更為嚴(yán)重。

1.2 土壤腐蝕

天然氣管道所處的地下環(huán)境中，土壤中除了含有大量的水分以外，還存在許多有機(jī)物質(zhì)與微量元素，這也使土壤會(huì)腐蝕天然氣管道，土壤對(duì)天然氣的腐蝕類型主要包括三種形式，一種是電化學(xué)腐蝕，一種是通過(guò)微生物進(jìn)行腐蝕，另一種則是通過(guò)雜亂的電流來(lái)進(jìn)行腐蝕，其中以電化學(xué)腐蝕對(duì)天然氣管道的危害最大，土壤之所以會(huì)對(duì)天然氣管道進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，是因?yàn)樘烊粴夤艿赖慕鹣嘟Y(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)乃至物理性質(zhì)都和土壤有著本質(zhì)的區(qū)別，這也使土壤中含有的水離子在接觸到管道表面后，會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)移電荷來(lái)氧化和還原管道表面的金屬元素，從而使天然氣管道的腐蝕速度明顯增加。另外，土壤中所富有的大量微生物也會(huì)產(chǎn)生腐蝕行為來(lái)加速管道表面的腐蝕速度。例如，當(dāng)土壤的pH值在4.5～9.0 時(shí)，會(huì)促進(jìn)硫酸鹽還原菌的腐蝕行為，而當(dāng)土壤的pH 值小于3.5 或大于11 時(shí)，會(huì)減緩硫酸鹽還原菌的腐蝕行為。

1.3 介質(zhì)腐蝕

天然氣管道在對(duì)天然氣進(jìn)行輸送時(shí)，因天然氣并不是非常純凈的，其內(nèi)部可能充斥著大量的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)中很可能包含水、硫化物等物質(zhì)，隨著天然氣的遠(yuǎn)距離輸送，天然氣在輸送過(guò)程中的許多雜質(zhì)會(huì)沉淀到管道的內(nèi)壁上，進(jìn)而腐蝕管道內(nèi)壁。為了解決這一問題，天然氣公司往往會(huì)在輸送天然氣前對(duì)天然氣進(jìn)行相應(yīng)的過(guò)濾與凈化，以此減少天然氣中的雜質(zhì)含量，避免這些雜質(zhì)附著在天然氣管道的內(nèi)壁中進(jìn)行腐蝕，從而能夠在一定程度上減緩管道的腐蝕速度。

2 天然氣輸送管道腐蝕問題的解決對(duì)策

2.1 外壁涂層防腐技術(shù)的應(yīng)用

考慮到天然氣輸送管道在地下環(huán)境中會(huì)受到大氣腐蝕、土壤腐蝕和外界腐蝕，因此為避免發(fā)生腐蝕問題，必須要對(duì)天然氣輸送管道的外壁進(jìn)行有效防護(hù)，而這就需要選擇合適的抗腐蝕材料，使其能夠在管道外壁上形成一層具有防腐作用的絕緣層，以此有效隔離地下環(huán)境中的水分、微生物等對(duì)管道外壁的腐蝕。在對(duì)涂層材料進(jìn)行選擇時(shí)，不僅要考慮其防腐性能，同樣還要考慮其經(jīng)濟(jì)性，雖然采用具有良好防腐性能的鍍層材料會(huì)使天然氣管道得到更好的保護(hù)，延長(zhǎng)其使用壽命，但如果其成本較高，反而是不經(jīng)濟(jì)、不合理的，會(huì)造成工程成本的大幅增加。在對(duì)天然氣管道外壁實(shí)施防腐處理時(shí)，應(yīng)確保防腐材料能夠粘附在管道的外壁表面上，并且防腐材料還要具有良好的防水性能，這樣才能使防腐材料利用保護(hù)膜將管道外壁與腐蝕介質(zhì)進(jìn)行有效隔離。當(dāng)防腐材料的保護(hù)膜與土壤接觸時(shí)，不會(huì)受到土壤的腐蝕，并且防腐涂層還要具有良好的韌性與強(qiáng)度，這樣可有效抵御來(lái)自于微生物的腐蝕，從而提高天然氣管道的抗腐蝕性能。對(duì)于天然氣管線外壁的防腐層來(lái)說(shuō)，按照其級(jí)別主要有2 個(gè)，一個(gè)是普通級(jí)的外防腐層，另一個(gè)是加強(qiáng)級(jí)的外防腐層，工程人員在對(duì)天然氣管道進(jìn)行外壁防腐處理時(shí)，應(yīng)結(jié)合施工方案來(lái)對(duì)涂層材料進(jìn)行合理選擇，通過(guò)適宜的涂層技術(shù)來(lái)確保外壁防腐效果達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)防腐層材料進(jìn)行選擇時(shí)，還要對(duì)其他因素進(jìn)行考慮，不僅要考慮其防腐效果和經(jīng)濟(jì)性，還要根據(jù)天然氣管道所處環(huán)境中土壤的酸堿程度來(lái)選擇，以此避免土壤中的酸堿性和防腐涂層發(fā)生反應(yīng)，降低防腐涂層的保護(hù)效果。例如，既可采用煤焦油瀝青來(lái)對(duì)天然氣管道的外壁進(jìn)行防護(hù)，也可采用聚乙烯材料來(lái)對(duì)天然氣管道的外壁進(jìn)行雙重防護(hù)，并通過(guò)陰極保護(hù)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用來(lái)達(dá)到理想的防護(hù)效果。

2.2 內(nèi)壁涂層防腐技術(shù)的應(yīng)用

因天然氣在輸送過(guò)程中會(huì)和管道的內(nèi)壁進(jìn)行接觸，進(jìn)而造成介質(zhì)腐蝕，因此需要通過(guò)防腐涂層的設(shè)置來(lái)保護(hù)天然氣管道的內(nèi)壁，以此防止天然氣與管道內(nèi)壁的直接接觸，進(jìn)而避免天然氣與輸送管道發(fā)生介質(zhì)腐蝕。在處理天然氣管道的內(nèi)壁之前，應(yīng)先根據(jù)天然氣管道的銹蝕情況進(jìn)行除銹作業(yè)，以此確保防腐涂層能夠粘附到管道的內(nèi)壁中，否則會(huì)因銹蝕的影響而造成防腐涂層部分脫落、破損，進(jìn)而降低其抗腐蝕性能。天然氣管道的內(nèi)表面處理水平，將直接關(guān)乎到涂層質(zhì)量，因此必須要對(duì)內(nèi)壁的涂層施工予以重視，確保涂層能夠完好粘附在管道內(nèi)壁上，進(jìn)而提高防腐效果。在應(yīng)用內(nèi)壁涂層防腐技術(shù)時(shí)，需要確保施工環(huán)境適宜，空氣不宜過(guò)于潮濕，溫度不應(yīng)過(guò)熱或過(guò)冷，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行涂層處理，防止雜質(zhì)或污物依附在涂層上。為了避免管線施工給涂層帶來(lái)的破壞，在噴涂涂層時(shí)，施工人員必須要具有較高的綜合素質(zhì)，以此確保天然氣管道的內(nèi)壁涂層能夠達(dá)到質(zhì)量要求。通過(guò)噴涂?jī)?nèi)壁涂層，除了可防止介質(zhì)腐蝕以外，還可減少不同介質(zhì)的摩擦阻力，從而使天然氣的長(zhǎng)距離輸送效率得到有效提高。在應(yīng)用內(nèi)壁涂層防腐技術(shù)時(shí)，應(yīng)選擇合適的防腐涂料，建議采用環(huán)氧樹脂作為防腐涂料，這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂可使涂料的耐酸堿性更強(qiáng)，從而提高天然氣管道的內(nèi)壁防腐效果。在對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行防腐處理時(shí)，還要注意對(duì)管道焊接部位進(jìn)行防腐處理，除了要采用更好的防腐技術(shù)以外，還要防止焊接位置的防腐層被破壞，以此提高天然氣管道的防腐性能，使其能夠安全的對(duì)天然氣進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送。

2.3 管道陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

天然氣管道在對(duì)天然氣進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送時(shí)，可通過(guò)陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)建立陰極保護(hù)站，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣管道的區(qū)域保護(hù)。在對(duì)管道進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí)，管道表面的金屬相當(dāng)于陰極，這樣可使金屬管道的使用壽命得到有效延長(zhǎng)，確保管道在使用過(guò)程中所受到的腐蝕速度大大降低，從而更加穩(wěn)定安全的輸送天然氣。在應(yīng)用陰極保護(hù)技術(shù)來(lái)對(duì)金屬材料的天然氣管道進(jìn)行保護(hù)時(shí)，需要設(shè)置外部電源來(lái)進(jìn)行陰極保護(hù)，也可通過(guò)犧牲陽(yáng)極來(lái)對(duì)管道進(jìn)行陰極保護(hù)，通過(guò)對(duì)結(jié)合天然氣管道的內(nèi)壁與外壁防腐層，使天然氣管道所受到的腐蝕速度得到有效降低，進(jìn)而確保天然氣得到安全的長(zhǎng)距離輸送。在對(duì)陰極保護(hù)站進(jìn)行建立時(shí)，需要制定相應(yīng)的巡回檢查制度，使陰極保護(hù)站得到及時(shí)的維護(hù)與保養(yǎng)，以便于幫助檢修人員找出陰極保護(hù)中的問題，并采取相應(yīng)的解決措施，從而確保陰極保護(hù)的效果得到穩(wěn)定發(fā)揮。當(dāng)巡回檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)犧牲陽(yáng)極無(wú)法達(dá)到理想的陰極保護(hù)效果時(shí)，應(yīng)對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行相應(yīng)的更換，確保陰極保護(hù)效果能夠達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，使金屬天然氣管道所受到的腐蝕程度能夠降低，提高天然氣的輸送效率。陰極保護(hù)技術(shù)通過(guò)極化處理腐蝕的電極來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬電位方向的調(diào)整，從而使被保護(hù)的天然氣管道能夠轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O，使電荷數(shù)量得到明顯減少，進(jìn)而保障天然氣在管道中的長(zhǎng)距離輸送。管理人員應(yīng)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行定期檢查，以此確保陰極保護(hù)站的正常運(yùn)行，防范各類故障的發(fā)生，保證天然氣管道的陰極保護(hù)效果。在陰極保護(hù)技術(shù)中，無(wú)論是設(shè)置外部電源，還是犧牲陽(yáng)極，均應(yīng)結(jié)合天然氣管道在地下環(huán)境中的實(shí)際使用情況，對(duì)天然氣管道進(jìn)行必要的檢查與驗(yàn)收，只有這樣才能使防腐效果得到最大限度的發(fā)揮。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)探討天然氣輸送管道的腐蝕問題，提出相應(yīng)解決對(duì)策，從而提高天然氣管道的抗腐蝕性能，使天然氣管道在對(duì)天然氣進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送時(shí)，具有更高的安全性能，大大延長(zhǎng)了管道的使用壽命，滿足了用戶對(duì)天然氣的供應(yīng)要求。隨著科技不斷進(jìn)步，將有越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用于天然氣輸送管道的腐蝕保護(hù)中，這也使天然氣輸送管道的防腐性能將不斷提高，從而真正切實(shí)保護(hù)天然氣的輸送安全，提高天然氣的輸送效率。