長輸天然氣管線的腐蝕與防護

王彥濤 高國軍 趙元元 董林兵 鄒宇杰

摘 要：中國的天然氣資源分布不均。為了滿足社會對天然氣資源的需求，經(jīng)常使用管道來輸送天然氣。但是實際中，天然氣管道的運行會受到許多內(nèi)部和外部因素的影響。腐蝕是普遍現(xiàn)象，所以必須要提高天然氣的安全性，因為這對運輸?shù)挠绊懞艽?。因此，保護管道和防止腐蝕不僅有利于天然氣的正常供應(yīng)，而且對于天然氣的安全運輸也將具有重要意義。本文主要分析了天然氣管道腐蝕的原因，并提出了適當(dāng)?shù)姆雷o措施。

關(guān)鍵詞：長輸天然氣管線;腐蝕;防護

如今，管道已成為中國天然氣運輸?shù)闹匾M成部分，通常鋪設(shè)在較淺的深度。它們會受到許多因素的影響，并且容易腐蝕，會對天然氣的安全運輸構(gòu)成更大的風(fēng)險。因此，管道的腐蝕與防護研究具有不可替代的重要意義。

1 影響天然氣管道腐蝕的因素

1.1 自然地理環(huán)境的影響

由于管道通常使用淺埋法，因此對自然地理環(huán)境（例如土壤、空氣和濕氣）的影響敏感，這會導(dǎo)致管道腐蝕。在這種情況下，腐蝕的主要形式是土壤腐蝕、細菌腐蝕和局部腐蝕。其中，土壤腐蝕主要歸因于土壤結(jié)構(gòu)。它主要由空氣、水和其他固體物質(zhì)、液體和氣體形式的膠體組成，并且有許多孔。水中的鹽具有離子傳導(dǎo)性的功能，所以土壤的化學(xué)和物理成分會產(chǎn)生相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致土壤腐蝕。

1.2 管道外防腐層的損壞

通常，管道的外部腐蝕保護層的保護功能很大程度上取決于管道中的腐蝕程度。因此，有必要使用高質(zhì)量的材料來設(shè)計管道的外部防腐層。目前，中國的輸氣管道主要采取雙重保護措施，即防腐涂層和陰極保護。其中，防腐涂層是關(guān)鍵。應(yīng)確保防腐層與天然氣管道完全靠近，以免陽極和陰極剝離，如果保護死區(qū)無意間出現(xiàn)局部脫層問題，則應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)保護參數(shù)陰極電流，直到滿足腐蝕防護要求為止。

1.3 管道材質(zhì)問題

如果天然氣管道的外部防腐蝕層是有效控制管道腐蝕的重要外部原因，那么管道材料本身的問題就是管道腐蝕的內(nèi)部原因。目前，中國的長輸氣管道主要使用普通的螺旋焊接鋼管。用這種材料制成的鋼管含有較高的非金屬成分，例如S和P元素，它們具有很強的腐蝕性能。C和Si元素會導(dǎo)致鋼管破裂，當(dāng)鋼管表面出現(xiàn)劃痕和凹痕等質(zhì)量問題時，也會導(dǎo)致鋼管腐蝕和斷裂。

1.4 管道運輸介質(zhì)

當(dāng)天然氣管道長距離運行時，天然氣的傳輸壓力的波動會對管道產(chǎn)生不利影響，尤其是當(dāng)傳輸壓力增加且管壁位置變?nèi)鯐r，大大提高了腐蝕裂紋的增長速度。另外，天然氣的水分和溫度會引起管道內(nèi)壁的腐蝕。例如，當(dāng)水分含量高時，水分附著在管道的內(nèi)壁上并在管道的內(nèi)壁上引起腐蝕。天然氣管道一旦發(fā)生腐蝕，就會影響天然氣泄漏，并導(dǎo)致嚴重的安全事故和重大損失。因此，天然氣供應(yīng)單位應(yīng)根據(jù)管道的當(dāng)前腐蝕狀態(tài)分析管道腐蝕的原因。這是做好防護工作的基礎(chǔ)，并應(yīng)及時提出高效的保護措施。

2 長輸天然氣腐蝕防護措施

2.1 內(nèi)壁腐蝕防護措施

天然氣管道內(nèi)壁的保護主要從兩個角度開始：一方面，相對于長輸天然氣管道內(nèi)壁的質(zhì)量，內(nèi)壁設(shè)有防腐蝕裝置，以使管道與天然氣隔離，并防止天然氣的有害物質(zhì)撞擊侵蝕管道的內(nèi)壁。由于當(dāng)今有許多可用的耐腐蝕涂料，因此性能和價格上存在很大差異。因此，在選擇防腐涂料時，應(yīng)考慮以下因素：防腐材料的絕緣性能、耐水性、對管道表面的附著力等不同的材料各有優(yōu)缺點，必須實用且在經(jīng)濟上可行。在應(yīng)用中，執(zhí)行性能和特定設(shè)計要求的基準測試，并使用最佳的耐腐蝕涂料。例如，熔融的環(huán)氧粉末具有抗化學(xué)腐蝕性強、機械強度高和絕緣性能強的優(yōu)點，但是頂層更薄，必須具有抗沖擊性能。相對而言，兩層熔融環(huán)氧粉末不僅具有較高的機械性能，而且具有可應(yīng)用于管道連接位置的光滑涂層表面。另一方面，天然氣中所含的污染物在運輸前已被清除。在天然氣進入管道之前，采用脫硫和脫水處理等針對性技術(shù)來過濾腐蝕性元素和天然氣中混入的氣體以及多余的水分，控制其含量。合理控制進入允許范圍內(nèi)的其他天然氣物質(zhì)，減少對管道內(nèi)壁的損壞以及腐蝕的可能性[1]。

2.2 防止外壁腐蝕的防護措施

2.2.1 做好燃氣管道規(guī)劃

眾所周知，輸氣管道距離較遠，覆蓋的區(qū)域更多，不同地區(qū)的土壤組成也有很大差異。因此，在規(guī)劃長輸天然氣管道時，應(yīng)該對管道的長度和所覆蓋區(qū)域的土壤條件進行綜合分析。應(yīng)設(shè)立一個專門的技術(shù)小組研究流經(jīng)區(qū)域的土壤情況，并設(shè)法避免造成嚴重的管道腐蝕。

2.2.2 確保施工質(zhì)量和使用合格的防腐材料

通過分析不難確定，天然氣管道的施工質(zhì)量通常會對管道的防腐性能產(chǎn)生重大的負面影響。因此，在實際施工中必須采取措施保證施工質(zhì)量。一方面，加強對運往現(xiàn)場的管道的質(zhì)量檢查，認真檢查管道外壁是否有裂紋和凹坑。另一方面，應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)范進行施工，并應(yīng)由專人負責(zé)防止管線吊裝時損壞管線。吊裝管道后，應(yīng)按要求進行焊接，特別是避免對接頭和彎頭的腐蝕。例如，使用輻射交聯(lián)的三層熱縮套管來修復(fù)周邊焊縫，以進行修復(fù);對彎頭肘部執(zhí)行防腐措施時，執(zhí)行外部防腐涂層操作會更加困難?？梢钥紤]使用兩層熔融環(huán)氧粉末，同時深入研究噴涂表層的抗機械損傷類型和土壤的防腐類型，并同時噴涂防護膜。

2.2.3 選擇合適的陰極保護方案

為了防止天然氣管道腐蝕，還必須確保采取適當(dāng)?shù)年枠O保護措施，特別是根據(jù)實際情況，選擇合適的陰極保護方案，包括強制電流方案和陰極保護方案兩種。施加強制電流的優(yōu)點是：功率可調(diào)電流的連續(xù)性具有較大的保護區(qū)域，受特定環(huán)境電阻的影響較小，并且保護裝置的使用壽命更長，但其應(yīng)用還有一些缺點，例如過多的維護工作量，并且容易破壞相鄰結(jié)構(gòu)。犧牲陽極保護方案的優(yōu)點是：無需外部電源，幾乎不干擾相鄰結(jié)構(gòu)，并且在調(diào)試后無需太多特殊管理，它還具有以下缺點：管道覆蓋層的質(zhì)量必須可靠，保護電流但不能對其調(diào)節(jié)，并且在高電阻率環(huán)境中不容易使用。因此，在施工過程中應(yīng)綜合分析保護范圍、管道環(huán)境條件和管道鋪設(shè)工程范圍，并選擇適當(dāng)?shù)年帢O保護措施[2]。

2.3 防止燃氣管道腐蝕的其他措施

長輸天然氣管線不僅關(guān)系到天然氣的安全運輸，而且關(guān)系到相關(guān)人員的生命和財產(chǎn)安全。因此，要注意維護工作的各個方面，特別是管道的防腐。除了與腐蝕檢測和陰極保護改造有關(guān)的項目外，還需要加強對管道的日常檢查，及時確定管道腐蝕的位置，采取適當(dāng)措施加以處理，并做好日常維護和管理工作。

2.3.1 建立管道腐蝕防護機制

根據(jù)管道腐蝕防護要求定期安裝管道腐蝕防護機構(gòu)，或進行抽查，以檢查腐蝕風(fēng)險區(qū)域，及時發(fā)現(xiàn)問題并立即修復(fù)。在嚴重的情況下，需實施全面計劃改善防腐蝕措施，以避免發(fā)生安全事故。

2.3.2 進行例行管道檢查和維護

通過將天然氣管道的長期腐蝕防護工作納入生產(chǎn)管理進度表，并增加日常管道檢查和維護工作，以防止問題重復(fù)發(fā)生。這一工作不僅可以有效防止腐蝕問題，而且可以降低運行維護成本，并提高了項目的經(jīng)濟效益。

2.3.3 增加資本投資并進行技術(shù)創(chuàng)新

天然氣管道易受自然地理環(huán)境、材料和其他因素的影響，加劇了管道腐蝕問題。因此，在進行技術(shù)創(chuàng)新時，需要提高管道質(zhì)量，同時在防腐蝕技術(shù)領(lǐng)域進行研發(fā)時，要提高腐蝕測量的可靠性和準確性。

綜上所述，長輸天然氣管道項目建設(shè)的重點和難點不僅涉及天然氣的安全開采，還涉及人們的生命財產(chǎn)安全。因此，有必要增加對財力、物力和人力的投入，并通過管道的腐蝕防護測試、管道的電源測試、日常檢查和維護方法很好地保護管道不受腐蝕。同時，需要加強技術(shù)創(chuàng)新，促進管道防腐工作的進一步發(fā)展。

參考文獻：

[1]曲良山，金名惠.油田埋地輸氣管道的腐蝕檢測、評價及原因分析[J].油氣田地面工程，2005，24（2）：51-52.

[2]呂德東.油田埋地管道防腐層破損點檢測及影響因素[J].管道技術(shù)與裝備，2007（3）：39-40.