淺議油氣長輸管道腐蝕原因及陰極保護應用探討

李淼

關鍵詞：長輸管道;腐蝕;保護

0 引言

隨著油氣的使用量不斷增加，油氣長輸管道的使用量也在不斷增加。在這些管道的實際使用過程中，腐蝕是造成事故頻發(fā)的主要因素，腐蝕問題會直接引起管道的泄露，容易引起火災、爆炸和環(huán)境污染事故。目前對長輸管道防腐的措施很多，但大部分都成本較高，施工也較為復雜。由于油氣長輸管道多為金屬制成，因此可以采用防腐效果良好且成本相對較低的陰極保護方法。

1 油氣長輸管道腐蝕原因分析

1.1 管道外壁腐蝕

1.1.1 土壤腐蝕

土壤是一個復雜的介質。一般土壤中均含有氣、液、固三相的物質，其中有的部分還具有一定的導電性。同時，管道各處的結構也不全相同，土壤中還存在著大量的土壤微生物。因此，影響土壤腐蝕主要有以下因素：①土壤性質。土壤中如果存在較大的孔隙度時，這些空隙中能夠存在大量水分、微觀粒子和氣體，當其與管道直接接觸時，容易腐蝕天然氣管道外壁;②電化學腐蝕。土壤中含有部分導電的溶液和雜亂電流，由于不同溶液有不同的濃度和電位差，對管道也會產(chǎn)生不同程度的電化學腐蝕;③微生物。土壤中有時會存在還原菌，還原菌會將溶解的腐蝕性酸鹽轉化為還原性酸溶液，降低了土壤的pH值，酸性土壤進而和管材中的鐵及鐵合金發(fā)生反應，腐蝕并加快了外界對外壁的腐蝕。

1.1.2 大氣腐蝕

大氣腐蝕對于金屬腐蝕而言，是最為普通的一種腐蝕方式。大氣腐蝕受到管道所處的地理環(huán)境的影響較大，不同地區(qū)的管道由于外界氣候條件差異大而導致腐蝕速率差異極大。在含有較多的腐蝕性組分的環(huán)境，暴露在空氣中的管道腐蝕就會大大加重。同時，大氣腐蝕也與在空氣中的水分和氧氣的含量有主要關系，管材在海邊的腐蝕速度要遠比內陸的管材腐蝕速率高。離海岸越近，空氣中水含量越大，腐蝕程度越高。

1.2 內壁腐蝕

管道輸送介質中存在的腐蝕性氣體雜質，如，二氧化碳、硫化氫等。此外，在外界條件的影響下，如，使管道內部的溫度、壓力、流速快速變化的情況下，管道內壁也會遭受到嚴重的腐蝕。

1.2.1 沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是沖刷和腐蝕相互作用而引起的管材表面腐蝕，主要由液固兩相流動過程中，流體流動速度較快，引起管道內壁的腐蝕。同時流體中的固相會不斷沖擊鋼鐵的表面，剝離出天然氣管道表面腐蝕的部分，并在高速的流體中直接被帶走，不斷暴露出新的金屬面，從而進一步加快腐蝕。沖刷與腐蝕相互促進，腐蝕情況比較嚴重。沖刷腐蝕中的液相一般由于壓降導致天然氣管道中的飽和天然氣出現(xiàn)液相，且管道中含有一些固體雜質，會出現(xiàn)氣、液、固三相流動的狀態(tài)，因而出現(xiàn)沖刷腐蝕。

1.2.2 高溫高壓腐蝕

高溫高壓腐蝕一般發(fā)生在采油采氣井中，隨著地層的深度逐漸變深，地層的壓力和溫度顯著提高。油氣井處于高溫高壓的工作條件下，酸性物質對材料的腐蝕速度會提高。同時，溫度的升高，一定程度上也會提高材料的抗腐蝕破裂能力，一定程度上可以提高管道的抗腐蝕能力。但一般來說，高溫高壓更傾向于導致加重管道的腐蝕變化。

1.2.3 酸性氣體腐蝕

含有酸性組分的天然氣會在管道內形成酸性環(huán)境，酸性組分與管道保護膜進行化學反應，逐步破壞管道的保護膜后，開始腐蝕天然氣管道，另一方面，該腐蝕也容易形成原電池，進而發(fā)生吸氧腐蝕。進一步加快管材的腐蝕速率。

2 陰極保護原理

根據(jù)腐蝕原因分析和電化學保護機理，使被保護金屬表面得到足夠的電子，這樣金屬原子不容易失去電子而抑制了金屬的腐蝕。其實質就是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，金屬表面各點低于一負電位，使金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入電解質的過程。通常施加陰極保護電流有兩種方法：外加電流和犧牲陽極保護。

3 淺析長輸管道陰極保護工作目前存在的問題

①由于長輸管道陰極保護受到交流干擾，在保護管道周圍會有散亂的電流通過，使得恒電位儀在使用過程中，無法正常工作，管道得不到正常保護，影響正常使用;②長輸管道陰極保護站在陽極地床上會容易出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，極其容易造成腐蝕，給地床下面的通氣設備造成嚴重阻塞，陽極周邊的土壤很容易干燥等情況。電位在電纜的上位和下位容易不平衡。電極一旦失效，電位差值就會比較大。在長輸管道外側的防腐層很容易被腐蝕，更嚴重的話，出現(xiàn)漏點現(xiàn)象;③由于長輸管道中的極少部分管道雖然到達了保護電位的要求，但是大部分的管道還是未達標的，這就給管道的腐蝕埋下很大的隱患，從而加大內部的電阻值，很難達到標準電壓。

4 長輸管道陰極保護方法的優(yōu)點和缺點

長輸管道主要是鋪設在電阻率比較小的土壤上，當土壤的電阻率大于15的時候，這時就必須要使用鎂合金犧牲陽極，當電阻率大于150的時候，就必須采用專門的材料做為犧牲陽極。使用犧牲陽極系統(tǒng)的方式進行保護的時候，其優(yōu)點有很多，首先比較簡便，不需要在外部設置電源，其次是能夠減少對周邊的金屬傷害，干擾性比較小，對管道的維護比較方便，能夠最大程度的節(jié)約資金;再次是工程的費用能夠隨著保護的時間增加而增加，最后也是最重要的一點就是能夠保障管道內的電流分布比較均勻合適。

但是這種保護方法也是有缺點的，有很多的限制條件，比如說，不能夠在電阻值比較大的時候使用，電流雖然能夠分布的比較均勻，但是不能夠進行調節(jié)，在長輸管道上必須添加了防腐覆蓋層，而且防腐覆蓋層的質量必須能夠達到標準，對于鋅和鎂合金的使用，需要定期進行更換，雜散的電流處也不能夠使用，而且出現(xiàn)電極逆轉的現(xiàn)象也時常發(fā)生。

5 長輸管道陰極保護系統(tǒng)升級保護措施

在長輸管道的陰極保護系統(tǒng)過程中，會時常遇到漏點的現(xiàn)象，需要加厚在連接點的位置，這種保護的方式能夠保障管道能夠運行安全，而且還能延長管道的壽命。所以，對于新建長輸管道容易發(fā)生漏點的位置，考慮在管道外面加套混凝土套管，并在套管中增加絕緣支架，能夠防止長輸管道陰極保護系統(tǒng)減少由于絕緣效果引起的問題和故障。

在長輸管道和高壓輸電線比較接近的時候，要減少由于高壓電流對長輸管道引起的破壞，常用的方式就是使用兩根裸銅導線作為接地體放置在長輸管道的兩側，再使用固態(tài)去耦合器將管道和接地體進行連接，這就能夠極大程度的保護陰極電流的流失現(xiàn)象，避免了交流的腐蝕。

對于鋼制管道的并行鋪設，為防止各管道陰極保護系統(tǒng)相互干擾，要對各個因素進行綜合考慮分析，優(yōu)化設計，比如對于不是在同一個陰極保護系統(tǒng)的不同管道之間并行間距盡量大于5m，保證新建管道的防腐層的厚度、完整性以及施工質量;對于在同一個陰極保護系統(tǒng)的不同管道，盡量同溝敷設，并且每間隔一定距離做等電位跨接。

6 結論與認識

長輸管道的陰極保護，有犧牲陽極法和強制電流法保護，工程中要對各個方面進行綜合分析，考慮到土壤的電阻率、受干擾程度、管道的長度以及工程造價等，綜合考慮后選用合適的陰極保護方法，加強對管道腐蝕的防護，避免產(chǎn)生重大事故。

參考文獻：

[1]馮洪臣.管道陰極保護——設計、安裝和運營[M].北京：化學工業(yè)出版社，2015.