天然氣長(zhǎng)輸管道腐蝕的形成與防腐保護(hù)措施探析

周鵬 黃保亮

摘 要：長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)奶烊粴夤艿罁?dān)負(fù)著將天然氣運(yùn)輸至城市的重任，運(yùn)輸工作能否穩(wěn)定順利的開展會(huì)受到該管道防腐程度及安全性的直接影響。管道腐蝕一直是一個(gè)無法避免的問題，管道的使用壽命及可靠性會(huì)受到腐蝕的嚴(yán)重影響。很多因素均會(huì)導(dǎo)致天然氣管道出現(xiàn)腐蝕導(dǎo)致其出現(xiàn)泄漏等情況，因此加強(qiáng)天然氣長(zhǎng)輸管道的防腐保護(hù)工作是需要高度重視的問題。

關(guān)鍵詞：天然氣長(zhǎng)輸管道;腐蝕;形成;防腐保護(hù)措施;探析

當(dāng)前大部分架空敷設(shè)或埋在地下的長(zhǎng)輸天然氣管道需要多次穿越各種地理環(huán)境，因其距離長(zhǎng)、壓力大、供氣連續(xù)不斷等諸多特點(diǎn)導(dǎo)致管道在運(yùn)行期間很容易受地理環(huán)境和氣候的影響，由于腐蝕穿孔會(huì)導(dǎo)致漏氣造成嚴(yán)重的人員傷亡事故和經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)由于維修管道會(huì)浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。因此本文針對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕形成因素進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的防腐保護(hù)措施。

1 天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕成因

1.1 大氣腐蝕

放置在大氣環(huán)境中的天然氣長(zhǎng)輸管道表面會(huì)有一層不容易看見的極薄水膜形成。如果水膜的分子厚度達(dá)到20～30個(gè)時(shí)便會(huì)變成電解液膜。處于純凈水膜中的管道表面通常不會(huì)出現(xiàn)極強(qiáng)的電化學(xué)腐蝕，而融入腐蝕性氣體和含有水溶性鹽類的大氣環(huán)境下的水膜極容易使天然氣管道表面在潮濕環(huán)境中受到大氣腐蝕。

1.2 土壤腐蝕

水、空氣及各種鹽類布滿在土壤顆粒間使其擁有了電解質(zhì)特征，在土壤電解質(zhì)溶液中的金屬管道會(huì)因?yàn)橥寥栏g介質(zhì)的差異形成宏觀腐蝕電池，或因鋼管表面狀態(tài)的差異形成微腐蝕電池。各種土壤透氣性導(dǎo)致氧的濃度不同導(dǎo)致腐蝕電池發(fā)育，土壤腐蝕性強(qiáng)度與土壤電阻率成反比。

1.3 溫度和壓力

一定量的酸性和活性物質(zhì)存在于天然氣管道內(nèi)可使金屬導(dǎo)管受到腐蝕的速率加快，高溫環(huán)境下上升的土壤中硫化物含量會(huì)明顯提升管道外壁的腐蝕速率。當(dāng)超過70℃后酸性物質(zhì)與天然氣管道的反應(yīng)速率會(huì)達(dá)到極限值，不會(huì)再出現(xiàn)變化。

2 天然氣長(zhǎng)輸管道的防護(hù)措施

2.1 表面保護(hù)技術(shù)

非金屬覆蓋層和金屬鍍層是天然氣管道防腐表面保護(hù)技術(shù)的主要內(nèi)容，其中非金屬覆蓋層又分為有機(jī)和無機(jī)兩種覆蓋層，如塑料、橡膠、油漆、石油瀝青等屬于有機(jī)覆蓋層;化學(xué)轉(zhuǎn)化覆蓋層則屬于后者。金屬鍍層如果出現(xiàn)空隙會(huì)有小面積的鐵裸露出來，與大范圍的鍍層形成腐蝕電池，導(dǎo)致漏電腐蝕的速度加快而極容易出現(xiàn)穿孔，因此應(yīng)當(dāng)將防腐覆蓋層設(shè)置于該鍍層的外側(cè)，使其質(zhì)量和保護(hù)層的品質(zhì)更加穩(wěn)定[1]。分為陰極和陽極性兩種鍍層，如作為陰極性鍍層的鋁、鋅等在電化學(xué)腐蝕時(shí)因其較低的電位，屬于腐蝕電池的陽極，被腐蝕，擁有犧牲陽極的效果。屬于陰極的鐵只能將電子傳遞因此被保護(hù)起來。屬于陰極性鍍層的錫、鎳、鉑等的電位比鐵高，是腐蝕電池的陰極。

2.2 內(nèi)壁腐蝕防護(hù)措施

防護(hù)長(zhǎng)輸天然氣管道內(nèi)壁時(shí)需要考慮兩個(gè)方面，一是輸送天然氣前應(yīng)當(dāng)將其中的有害物質(zhì)清除，進(jìn)入管道前的天然氣應(yīng)當(dāng)經(jīng)過脫水脫硫處理[2]，將天然氣體中過多的水分及腐蝕性元素過濾消除，控制天然氣內(nèi)其他物質(zhì)的含量在一定范圍內(nèi)才能減少管道內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕的概率。二是根據(jù)管道內(nèi)壁的質(zhì)量將防腐涂層涂刷在內(nèi)壁從而隔離天然氣和管道，避免天然氣管道內(nèi)壁受到天然氣中有害物質(zhì)的腐蝕。由于當(dāng)前市場(chǎng)上的防腐涂層材料、價(jià)格性能及類型繁多且差異較大，因此選購(gòu)天然氣管道防腐涂層材料時(shí)應(yīng)當(dāng)格外注重材料是否有良好的抗剝離及絕緣性能，附著在管道表層上的能力及隔水能力如何。目前熔結(jié)環(huán)氧粉末、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末等是常用的天然氣管道防腐層材料，其中雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末的覆蓋層表面光滑，擁有較高的機(jī)械性能且可用于管道的補(bǔ)口位置;溶解環(huán)氧粉末雖然有絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但沒有較高的耐劃傷及磕碰性能且覆蓋層較薄。由于各種防腐層材料缺陷和優(yōu)點(diǎn)各不相同，因此選用時(shí)應(yīng)當(dāng)按照經(jīng)濟(jì)可行性和施工需求等各方面進(jìn)行對(duì)比。

2.3 施工期間的防腐蝕控制

施工期間應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在管道運(yùn)輸、卸管、布管等過程中進(jìn)行操作，嚴(yán)禁野蠻施工。鋼絲繩不可直接使用，而應(yīng)當(dāng)選用橡膠錕輪吊蘭或尼龍吊帶作為吊具，注意保證下溝的天然氣管道不要和溝壁發(fā)生刮碰，如果條件允許的話為防止管道防腐層出現(xiàn)擦傷，可將草袋或木板墊在溝壁上。針對(duì)石方段管溝下溝后管道的防腐涂層容易受到損壞的情況，可將200mm厚細(xì)土回填在管溝底部，如果涂層已經(jīng)出現(xiàn)損壞可根據(jù)防腐涂層補(bǔ)傷操作流程進(jìn)行補(bǔ)傷，以此將管道涂層出現(xiàn)損壞引發(fā)的防腐安全問題解決。臨時(shí)陰極保護(hù)措施應(yīng)當(dāng)應(yīng)用于天然氣長(zhǎng)輸管道整體，利用測(cè)試樁連接管道和陽極帶可避免管道受到施工環(huán)境的腐蝕。定向鉆穿越和大開挖穿越的河流，需將一組鋅合金犧牲陽極分別埋設(shè)在穿越段兩端的電流測(cè)試樁部位。將高純鋅參比電極設(shè)置于盾構(gòu)穿越河流的隧道中，在河岸的測(cè)試樁中引入?yún)⒈入姌O引線可對(duì)天然氣管道進(jìn)行防腐保護(hù)。

2.4 電化學(xué)保護(hù)措施

電化學(xué)保護(hù)措施應(yīng)用于天然氣長(zhǎng)輸管道通常有陽極和陰極兩種形式，陽極保護(hù)措施是確保保護(hù)對(duì)象能夠長(zhǎng)時(shí)間處在反應(yīng)遲鈍的狀態(tài)且該狀態(tài)基本不會(huì)受到外界因素的影響。使用該防腐措施時(shí)可加入氧化劑或用另加電源進(jìn)行極化反應(yīng)使天然氣管道的抗腐能力加強(qiáng)，由于該保護(hù)措施的使用實(shí)效性不會(huì)受到地貌地形等因素的影響，因此在管道防腐工作中的應(yīng)用率較高。陰極保護(hù)措施是指在天然氣管道金屬表層導(dǎo)入一定量的陰極電流，使極化電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在金屬表面陰極。鋼制天然氣管道土壤腐蝕的各種原電池由于壓縮引起電位差使管道形成腐蝕的電流數(shù)值接近于0，從而將管道被腐蝕的概率大大降低。也就是說電流陰極保護(hù)通過在管道原電池中引入一定量的直流電源對(duì)陽極進(jìn)行強(qiáng)化，然后使土壤中的電流被迫向被保護(hù)對(duì)象上流轉(zhuǎn)，使被保護(hù)對(duì)象結(jié)構(gòu)的電位值減少并遠(yuǎn)低于周邊的土壤環(huán)境。

2.5 雜散電流排流保護(hù)措施

由于高壓輸電線路和天然氣長(zhǎng)輸管道沿線保持平行狀態(tài)且間距較小，電氣化鐵路及高壓輸電線的運(yùn)行會(huì)使管道的運(yùn)轉(zhuǎn)受到影響從而加大管道腐蝕速率，因此施工中一定要注意盡量保證天然氣管道和直流、交流干擾源保持一定距離。強(qiáng)制性排流保護(hù)措施適用于性質(zhì)復(fù)雜且很難確定的管道陽極區(qū)域電流，極性排流保護(hù)法則應(yīng)用于交變電流存在的狀況中，直流排流保護(hù)法一般會(huì)應(yīng)用于恒定電流存在與管道陽極的狀況中。因此施工中將雜散電流的真實(shí)檢測(cè)結(jié)果作為參照依據(jù)，在地下鋪設(shè)天然氣長(zhǎng)輸管道后對(duì)排流方法進(jìn)行科學(xué)選用，才能有力保證管道防腐工作的質(zhì)量。詳細(xì)做法為組裝雜散電流流出端構(gòu)成鋅陽極，通過銜接天然氣長(zhǎng)輸管道和玻璃鋼測(cè)試樁減少管道土壤電流的影響并將其排除。

2.6 防護(hù)水腐蝕措施

由于水腐蝕對(duì)天然氣管道不會(huì)造成過大的損壞且處理難度不高，因此完成天然氣管道除銹工作后多次涂刷防銹漆防護(hù)層并整合管道電保護(hù)方法，便可取得良好的防護(hù)效果。當(dāng)前常用的天然氣長(zhǎng)輸管道防腐措施是在管道的金屬表層涂刷防護(hù)層并維護(hù)其陰極，這一點(diǎn)對(duì)水腐蝕管道的防治方面上能夠發(fā)揮出極大的作用。鋅、鎳等金屬涂層是經(jīng)常涂刷于管道金屬表層的防護(hù)涂層，如果情況特殊也會(huì)用到磷化層，磷化層相較于以上兩種涂層有更好的經(jīng)濟(jì)可行性，因此應(yīng)用率較高。落實(shí)天然氣管道防水腐蝕工作需要注意以下幾點(diǎn)：管道金屬表層和管道涂層擁有較強(qiáng)的粘附性且管道涂層平整性優(yōu)良;涂層的完整性在運(yùn)輸、安裝、保管管道設(shè)備等工序中不會(huì)受到碰撞損壞;管道的實(shí)用性不會(huì)受到涂層的負(fù)面影響且涂層應(yīng)當(dāng)擁有良好的隔水性能和電絕緣性能;涂層不能出現(xiàn)毒氣物質(zhì)的釋放且需要擁有優(yōu)良的物理性能;在地下長(zhǎng)時(shí)間埋設(shè)不會(huì)出現(xiàn)變質(zhì)，即使時(shí)間推移也不會(huì)降低其使用性能。

3 結(jié)語

綜上所述，天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕會(huì)給企業(yè)與國(guó)家?guī)硎謬?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，天然氣管道防腐技術(shù)的好壞與管道的安全運(yùn)行和使用壽命息息相關(guān)，定期對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)和外腐蝕檢測(cè)才能給管道的管理工作提供可靠依據(jù)，提前判斷管道的破壞程度才可將防控作用充分發(fā)揮，切實(shí)保障天然氣能源的正常輸送。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫鵬然.天然氣長(zhǎng)輸管道的防腐與防護(hù)措施[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2013（01）：50-52.

[2]張思.天然氣長(zhǎng)輸管道防腐的重要性及防護(hù)[J].全面腐蝕控制，2019，33（01）：85-86.