天然氣管道的腐蝕因素分析與控制對(duì)策研究

張羽翀

摘要：在對(duì)天然氣管理到腐蝕機(jī)理的研究過程中發(fā)現(xiàn)，影響管道腐蝕的因素有很多，如地質(zhì)環(huán)境因素、管道材質(zhì)和制作工藝因素以及管道外腐層因素等。而管道防腐技術(shù)有分為外防腐層技術(shù)、內(nèi)涂層技術(shù)以及陰極保護(hù)技術(shù)，每種防腐技術(shù)都具有不同的作用機(jī)理。

關(guān)鍵詞：天然氣管道;防腐技術(shù);因素;機(jī)理

管道防腐技術(shù)在天然氣運(yùn)輸中起到了重要的保護(hù)作用，這種技術(shù)的運(yùn)用越來越廣泛。本研究對(duì)天然氣管道腐蝕機(jī)理、影響天然氣管道腐蝕的因素、管道防腐技術(shù)等內(nèi)容做了闡述，得出的結(jié)論是影響天然氣管道腐蝕的因素很多，而防腐技術(shù)的使用取得了較好的效果。

1.天然氣管道腐蝕機(jī)理

天然氣管道腐蝕在管內(nèi)、外均可發(fā)生，天然氣管道內(nèi)腐蝕可以具有均勻腐蝕、坑蝕、應(yīng)力腐蝕開裂以及沖刷腐蝕。另外，天然氣管道腐蝕可分為生物化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕以及化學(xué)腐蝕等。生物化學(xué)腐蝕主要說的是那些由于細(xì)菌的生命活動(dòng)引起或者加速的金屬腐蝕;電化學(xué)腐蝕主要指的是那些因電解質(zhì)溶液失去電子而形成的金屬腐蝕，這是一種與電流流動(dòng)有關(guān)，并且發(fā)生在電解質(zhì)中的腐蝕;而化學(xué)腐蝕是指那些管道金屬與管道、空氣以及土壤中的各種化學(xué)介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但金屬表面均沒有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的腐蝕。這三種腐蝕類型都是天然氣管道腐蝕中常見的，它們發(fā)生環(huán)境存在一定的差異。

2.影響天然氣管道腐蝕的因素

天然氣管道腐蝕的發(fā)生是具有一定的條件，而且影響天然氣管道腐蝕的因素也比較多。我國天然氣大多都含有硫化氫、二氧化碳等酸性氣體或水汽，并且天然氣管道較長，經(jīng)過區(qū)域的氣候存在很大的差異，所以天然氣管道內(nèi)腐蝕是非常常見的。另外，影響天然氣管道腐蝕的影響因素主要有以下幾個(gè)方面：第一，影響內(nèi)腐蝕的介質(zhì)。管道內(nèi)影響腐蝕的介質(zhì)主要有水汽、硫化氫、二氧化碳以及其它介質(zhì)，通常情況下管道內(nèi)的水只有以氣態(tài)形式存在時(shí)才不會(huì)造成嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕。但有的時(shí)候管道內(nèi)的水汽會(huì)液化成水膜并吸附在管道內(nèi)壁，當(dāng)有酸性氣體經(jīng)過時(shí)就會(huì)溶解到水膜中，長時(shí)間就可以腐蝕天然氣管道內(nèi)壁。雖然目前管道輸送的天然氣都處理成干氣，但是當(dāng)壓力和溫度發(fā)生變化時(shí)，通常會(huì)因?yàn)樘烊粴怙柡秃实投霈F(xiàn)液態(tài)水，繼而發(fā)生管道內(nèi)腐蝕;二氧化碳也是管道內(nèi)的主要腐蝕介質(zhì)，而影響二氧化碳腐蝕程度的因素有濃度、溫度、壓力等，二氧化碳腐蝕主要是由于自身溶于水形成碳酸而造成的;由于天然氣輸送中對(duì)硫化氫含量的要求非常高，因此在管道輸送中硫化氫的含量非常少，特別是輸送管道的下游，但在氣田開采及集中輸送時(shí)也會(huì)發(fā)生硫化氫腐蝕，而且硫化氫的濃度越高腐蝕越強(qiáng)烈;除了二氧化碳、硫化氫等腐蝕介質(zhì)還有一些其他介質(zhì)，比較有代表性的就是氯離子，它的半徑較小而且活性很高，所以很容易破壞腐蝕產(chǎn)物膜;第二，管材和制作工藝也是影響管道腐蝕的重要因素。不同管材的耐腐蝕性是不一樣的，我國天然氣管道通常采用碳鋼作為管材，雖然生產(chǎn)及相關(guān)技術(shù)較為成熟，但這種材料的耐腐蝕性并不高。然而，馬氏體不銹鋼具有較好的抗二氧化碳和氯離子腐蝕能力，雙相不銹鋼的抗腐蝕能力也非常好，所以在天然氣管道材料選擇時(shí)要選抗腐蝕能力好的材料;另外，天然氣管道的制作工藝對(duì)其抗腐蝕性也有很大的影響，比如說焊接工藝對(duì)管道焊口的耐腐蝕性影響非常大，如果焊口處有焊渣殘留就會(huì)加速焊口的腐蝕。因此，要提升管道制作質(zhì)量;第三，天然氣管道的掩埋深度對(duì)管道腐蝕也有很大的影響。當(dāng)管道掩埋深度和管徑發(fā)生變化時(shí)，非常容易形成積液，積液處就是最容易發(fā)生腐蝕的地方。另外，當(dāng)氣體流速和壓力較高時(shí)，管徑改變及彎頭處非常容易產(chǎn)生沖刷腐蝕;第四，輸送工藝對(duì)管道腐蝕也有著巨大的影響。常見的輸送工藝有溫度、壓力、流速等，這些因素發(fā)生改變時(shí)很可能導(dǎo)致天然氣管道內(nèi)腐蝕，比如說管道溫度在20℃時(shí)管道鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕最為敏感;當(dāng)流速過高會(huì)導(dǎo)致較嚴(yán)重的沖刷腐蝕。

3.管道防腐的技術(shù)對(duì)策

要想確保管道的安全運(yùn)行和延長管道的使用壽命，就要采用一些管道防腐技術(shù)，這些常用的防腐技術(shù)有外防腐層技術(shù)、內(nèi)涂層技術(shù)以及陰極保護(hù)技術(shù)，隨著防腐技術(shù)的不斷發(fā)展，很多技術(shù)也得到了不斷地更新。

3.1外防腐層技術(shù)

在天然氣管道防腐過程中，外防腐層技術(shù)發(fā)揮了巨大的作用，并外防腐層技術(shù)也在不斷地發(fā)展與更新，它正朝著高性能、復(fù)合化、壽命長和經(jīng)濟(jì)性好的方向發(fā)展。在外防腐層技術(shù)實(shí)施中通常采用的是環(huán)氧粉末、三層PE結(jié)構(gòu)防腐層、聚乙烯包覆層等材料，這幾種材料的性能良好且實(shí)施技術(shù)比較成熟，同時(shí)還具有一定的經(jīng)濟(jì)適用性。因此，這種技術(shù)將未來的幾年也得到較為廣泛地應(yīng)用。不過隨著管道防腐工作的不斷發(fā)展，將對(duì)外防腐層技術(shù)使用材料提出更高的要求，所以科技工作者還要加大對(duì)外防腐層技術(shù)使用材料的研究開發(fā)力度，需要進(jìn)一步開發(fā)出防腐性能好、易于涂施、價(jià)格便宜外防腐層材料，只有這樣才能更好地順應(yīng)社會(huì)的發(fā)展以及滿足管道建設(shè)的需求。

3.2內(nèi)涂層技術(shù)

內(nèi)涂層技術(shù)也是天然氣管道防腐技術(shù)之一，這種技術(shù)主要是解決天然氣管道的內(nèi)腐蝕問題，內(nèi)涂層技術(shù)發(fā)揮的作用是減少磨擦阻力損失、提高看管線的輸送速度，降低了運(yùn)輸成本。天然氣管道內(nèi)涂層所擁有的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為它可以改善流動(dòng)性能、防止施工期間的腐蝕、有助于管子內(nèi)表面的目視檢查、減少維修量，延長管道和閥門及管件的壽命以及減少沉積物，改善清管效果，減少環(huán)境污染。而管道內(nèi)涂層通常采用的材料有液體環(huán)氧、環(huán)氧粉末以及其它。管道內(nèi)涂層技術(shù)在國內(nèi)外天然氣運(yùn)輸中均得到了較為廣泛地應(yīng)用，這主要是因?yàn)楣艿纼?nèi)涂層技術(shù)在管道增輸、節(jié)能方面有較好的性能，并且這種管道防腐技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用。但為了順應(yīng)天然氣業(yè)的快速發(fā)展，研究人員還需進(jìn)一步加大研究開發(fā)新材料的力度，爭取開發(fā)出更多的減阻效果好、性能穩(wěn)定、施工簡單、價(jià)格便宜的內(nèi)涂層材料，只有這樣才能進(jìn)一步擴(kuò)大內(nèi)涂層技術(shù)的使用范圍。

3.3陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù)技術(shù)在天然氣管道防腐中也得到了廣泛地應(yīng)用，這種技術(shù)的核心是向被保護(hù)的鋼質(zhì)管道通過一定量的直流電流，這樣可以是管道表面產(chǎn)生陰極極化，從而減小了造成鋼質(zhì)管道土壤腐蝕的各種原電池的電極電位差，最終達(dá)到防止管道腐蝕的目的。在陰極保護(hù)技術(shù)實(shí)施過程中，主要通過犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。但陰極保護(hù)技術(shù)實(shí)施要滿足特點(diǎn)的條件，這些需要滿足的條件有腐蝕的介質(zhì)一定得是能導(dǎo)電的;被保護(hù)的金屬管道材料在所處的介質(zhì)中是比較容易進(jìn)行陰極極化的;保護(hù)管道和非保護(hù)管道都需要進(jìn)行電絕緣;被保護(hù)管道間的電連續(xù)性也是實(shí)施陰極保護(hù)技術(shù)的必要條件。

4.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

天然氣是我國重要的能源，它的運(yùn)輸是非常關(guān)鍵的。但在天然氣管道輸送過程出現(xiàn)的管道腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生了很多比較嚴(yán)重的后果，而且這種現(xiàn)象也是比較常見的。為了保證天然氣管道運(yùn)行安全以及提高管道使用壽命，就需要利用好管道防腐技術(shù)。同時(shí)為了順應(yīng)天然氣輸送的快速發(fā)展，還要加大對(duì)防腐技術(shù)的研究力度。

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