天然氣管道腐蝕與防護(hù)研究

邊威

（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，黑龍江 大慶 163000）

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的思考和現(xiàn)場(chǎng)考證發(fā)現(xiàn)，天然氣泄漏等事故的發(fā)生主要是因?yàn)樘烊粴夤艿赖母g產(chǎn)生的。為了天然氣能源能夠有一個(gè)安全光明的發(fā)展前景，相關(guān)部門已經(jīng)將管道安全提上日程，將天然氣管道的安全問(wèn)題上升到一個(gè)前所未有的高度。因此運(yùn)用高新技術(shù)來(lái)將產(chǎn)生的泄漏現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效修復(fù)并對(duì)整個(gè)管道線路有一個(gè)良好的監(jiān)控和保養(yǎng)，最大程度地降低泄漏事故的發(fā)生。

1 管道腐蝕產(chǎn)生類型分析

所謂腐蝕就是管道的金屬組織因接觸周圍的介質(zhì)發(fā)生具有破壞作用的化學(xué)反應(yīng)。管道與其輸送的介質(zhì)接觸發(fā)生的腐蝕一般稱內(nèi)腐蝕，管道與外部介質(zhì)即周圍的空氣土壤等接觸導(dǎo)致的腐蝕一般稱外腐蝕。腐蝕使管壁逐步變薄而承受不了內(nèi)部輸送介質(zhì)的壓力，便出現(xiàn)穿孔而導(dǎo)致天然氣泄漏。

1.1 化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕就是管道的組成成分與周圍物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕破壞現(xiàn)象，但是這種腐蝕現(xiàn)象并不會(huì)直接造成泄漏，而是逐步的在管道的表層產(chǎn)生銹斑，使管道金屬壁不斷地變薄，在達(dá)到一定的程度之后會(huì)造成大范圍的管壁破壞。這種反應(yīng)不會(huì)將反應(yīng)的化學(xué)能向電能相轉(zhuǎn)換，且反應(yīng)發(fā)生慢，反應(yīng)范圍均勻，同時(shí)這種腐蝕最不引人注意，但是卻必須進(jìn)行防護(hù)。

1.2 電化學(xué)腐蝕

這種腐蝕現(xiàn)象是將管道表面假設(shè)成為了一個(gè)擁有正極和負(fù)極的微電池，因此有電流的產(chǎn)生而產(chǎn)生電的腐蝕。微電池的形成是在管道滲水之后產(chǎn)生電解液，金屬元素?zé)o法得到電子而形成微電池的陽(yáng)極，而電解液中的一些物質(zhì)可以得到電子成為陰極。這種腐蝕現(xiàn)象也有化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生，是化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)換，所以理論上也是化學(xué)反應(yīng)，稱為電化學(xué)腐蝕。

1.3 生物腐蝕

生物腐蝕是管道中微生物活動(dòng)的負(fù)面效應(yīng)，類似于細(xì)菌的微生物是無(wú)處不在的，所以在管道中將加快破壞。另外需要指出，在常見的腐蝕現(xiàn)象中，生物化學(xué)腐蝕是最不可避免的，但不是腐蝕性最大范圍最廣的，腐蝕性最常見的還是電化學(xué)腐蝕。

2 造成腐蝕現(xiàn)象的典型影響因素

造成腐蝕的原因是多種多樣的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)存在腐蝕的可能性。首先分析管道的地理位置的影響，天然氣管道常年埋于地下，這就不可避免的要遭受胺類、嗎啉類等的腐蝕。這里我們分析了在地下發(fā)生腐蝕的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下3種影響較大的因素。

2.1 管道的制造原因

管道的腐蝕發(fā)生要在制造方面找原因的話主要是兩個(gè)方面：材料和工藝。就材料而言，鋼材是天然氣管道生產(chǎn)的主要材料，這種材料在地下的長(zhǎng)時(shí)間掩埋必然存在隱患，我們熟知的生銹現(xiàn)象就時(shí)常發(fā)生，這就是管道腐蝕的第一個(gè)潛在威脅。地下的溫度和濕度一般都比較大，這也是銹斑產(chǎn)生的有利條件，銹跡的產(chǎn)生是單純的化學(xué)反應(yīng)，但是其中陽(yáng)離子的產(chǎn)生和水中產(chǎn)生的陰離子又非常容易產(chǎn)生電解質(zhì)溶液，所以電化學(xué)反應(yīng)也是存在的。然后我們?cè)倏紤]鋼管再生產(chǎn)線上的工藝性影響，深入鋼材加工工廠對(duì)天然氣管道的制造工藝過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，天然氣管道常見的是微晶結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在機(jī)械制造過(guò)程中是很難產(chǎn)生的，對(duì)產(chǎn)品的表面具有非常高的要求，不允許有一點(diǎn)的凹形等缺陷，一旦有任何的缺陷存在，就是一個(gè)非常大的隱患，極有可能發(fā)生裂紋等破壞現(xiàn)象。在這樣的高要求下，一些工廠很可能達(dá)不到要求而以次品充好，用在具體的工程中，天然氣的泄漏現(xiàn)象的發(fā)生也就不足為奇了。

2.2 地下以及運(yùn)輸?shù)膼毫迎h(huán)境

地下土壤的成分其實(shí)是非常復(fù)雜的，其中包括了各種各樣的腐蝕物質(zhì)，同時(shí)也可以說(shuō)土壤并不是單純的固體物質(zhì)，在地下依然存在含有無(wú)機(jī)鹽和微生物的水溶液和氣態(tài)物質(zhì)，鋼材一但接觸到水，水溶液腐蝕腐蝕速度會(huì)大幅度上升，由于水溶液中的大量的離子進(jìn)行移動(dòng)，就是金屬表面上的無(wú)數(shù)個(gè)微電池的電流在流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的電化學(xué)反應(yīng)。在地下我們完全不能忽略掉垃圾的存在，這是生物化學(xué)產(chǎn)生的重要原因，我們都知道垃圾中存在大量的微生物包括細(xì)菌和種種具有腐蝕性的微生物，這樣在鋼材中就極容易產(chǎn)生生物化學(xué)腐蝕。微生物的腐蝕可大可小，其腐蝕性并不均勻，同時(shí)考慮到土壤中各區(qū)域包含的物質(zhì)的不均勻性，因此腐蝕的發(fā)生無(wú)常理可循，也是進(jìn)行防護(hù)最難把握的。因此在地下進(jìn)行管道的布置時(shí)一定要提前準(zhǔn)備好防護(hù)措施，一旦在地下發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象很難進(jìn)行處理，需耗費(fèi)大量的人力物力。

2.3 物理應(yīng)力因素

天然氣之外運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中肯定是要進(jìn)行過(guò)壓縮的，本身就會(huì)存在一定的壓強(qiáng)，作用在管道壁上，會(huì)加速管道腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。同樣的在天然氣的運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)存在應(yīng)力的不均勻，我們假設(shè)管道由于加工的原因存在裂痕，這樣就會(huì)使裂痕加深，不穩(wěn)定的應(yīng)力相對(duì)不穩(wěn)定的壓強(qiáng)對(duì)裂痕的擴(kuò)散要更加嚴(yán)重，在這樣的情況下為了避免管道的破裂，除了要保證防護(hù)措施到位之外，還必須要確認(rèn)輸送的天然氣的壓強(qiáng)保持穩(wěn)定，使天然氣在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中盡可能的降低應(yīng)力的波動(dòng)，避免惡性循環(huán)的產(chǎn)生。同時(shí)這里也對(duì)材料的選擇和熱處理提出了更高的要求，顯然抗壓能力強(qiáng)的材質(zhì)更適合運(yùn)輸天然氣，進(jìn)行淬火和調(diào)質(zhì)處理等熱加工來(lái)加強(qiáng)表面硬度，都可以減緩管道的腐蝕和避免管道的破裂。

3 進(jìn)行管道防腐蝕的具體舉措

3.1 絕緣層防護(hù)

這種方式是根據(jù)鋁的氧化形成氧化膜的思路開展的，形成的防護(hù)層會(huì)有很多優(yōu)點(diǎn)（例如，避免天然氣管道的金屬層與自然界中的腐蝕物質(zhì)直接接觸，防護(hù)層可以有效的鈍化化學(xué)腐蝕，延長(zhǎng)管路的使用壽命，絕緣層可以使電解質(zhì)中電流無(wú)法流通，起到防止電化學(xué)腐蝕的作用）。在進(jìn)行涂層處理時(shí)，一層涂層并不能保證絕對(duì)的防護(hù)作用，或者是一層涂層仍然存在許多的缺陷，在美觀方面距離理想要求也是相差甚遠(yuǎn)。針對(duì)這種情況一般在管道鋼材的表面進(jìn)行多層防護(hù)，一般來(lái)說(shuō)分為底漆、中漆和面漆，同時(shí)每一個(gè)漆層也必須涂制多次，這樣整體性的防止腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。其中底漆和中漆主要起到防護(hù)作用，防止微生物和化學(xué)腐蝕物質(zhì)與鋼材接觸，承擔(dān)主要的防護(hù)任務(wù)，而面漆的主要目的是滿足美觀要求。

3.2 陰極保護(hù)法

這種傳統(tǒng)的保護(hù)方式主要是抑制電化學(xué)腐蝕，這種方法一般分為兩個(gè)方面，一個(gè)方面是犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，另一種是外加的陰極保護(hù)方式。犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法是輔助金屬的腐蝕電位相較于管道鋼材的腐蝕電位還要低得多，這樣與管道的鋼材金屬進(jìn)行偶接，從而使輔助金屬的腐蝕速度大幅度加快，這就是犧牲的陽(yáng)極，這樣將管道鋼材的腐蝕效率降到最低，這樣形成電偶電池的方式就是犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法。而外加的陰極保護(hù)法仍然需要輔助性的陽(yáng)極保護(hù)，但是作用不再形成電偶電池而是要在一定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)與外接陰極的完整的電路連接，這種外加的電流將負(fù)極與管路的鋼材相連接，使其陰極化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼材的保護(hù)。

對(duì)于在實(shí)際的工程中選用哪種方式來(lái)進(jìn)行天然氣管道的防護(hù)舉措，就必須根據(jù)具體的地質(zhì)條件來(lái)進(jìn)行決議。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，對(duì)于短距離輸送的小型系統(tǒng)，因?yàn)槠涞刭|(zhì)中沒(méi)有電源的加持，物質(zhì)的電阻效率也是非常的低，因此采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法可以很好的完成其所需的要求并且不會(huì)對(duì)資源造成浪費(fèi)。相反的對(duì)于一些長(zhǎng)距離傳輸?shù)拇笮拖到y(tǒng)就一定要采用嚴(yán)格的外加電流的陰極保護(hù)法，這樣再針對(duì)劇烈變化的條件是可以保持穩(wěn)定，同時(shí)保護(hù)電流可以盡可能的加大，這樣就可以最大限度的提高系統(tǒng)的使用壽命。當(dāng)然再具體的施工環(huán)境下還需要進(jìn)行進(jìn)一步的加深研究，將現(xiàn)代的高新技術(shù)融入其中，開發(fā)出新型的陰極保護(hù)方式。

4 結(jié)語(yǔ)

天然氣將成為取代煤能源的重要資源，這一點(diǎn)在很大程度上會(huì)再度擴(kuò)展天然氣管道的使用，所以天然氣的運(yùn)輸肯定會(huì)提到越來(lái)越高的地位。必須指出，利用現(xiàn)代快速發(fā)展的高新技術(shù)將管路運(yùn)輸狀況進(jìn)行監(jiān)控是有效防護(hù)的另一主要手段。在未來(lái)，天然氣的管道輸送必須與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合才能顯著的降低腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。