長(zhǎng)輸天然氣管道防腐層及陰極保護(hù)技術(shù)中存在的問(wèn)題及解決措施

吳 相，汪久虎

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司蘭成渝輸油分公司，四川 成都 610000）

前言

天然氣管道因腐蝕導(dǎo)致天然氣泄漏，影響民生正常使用，污染環(huán)境且會(huì)引發(fā)火災(zāi)事故。因此，在建設(shè)長(zhǎng)輸管道時(shí)需引入先進(jìn)的防腐技術(shù)保障天然氣管道具備防腐性能，提高管道的使用壽命。以下內(nèi)容針對(duì)長(zhǎng)輸天然氣管道防腐層、陰極保護(hù)技術(shù)存在的問(wèn)題及解決措施進(jìn)行了研究。

1 長(zhǎng)輸天然氣管道腐蝕的原因及陰極保護(hù)的現(xiàn)狀分析

1.1 長(zhǎng)輸天然氣管道腐蝕的原因分析

1.1.1 材質(zhì)和工藝因素。在制作長(zhǎng)輸管道時(shí)選擇的材料為鋼材，分析鋼材的成分可知屬于各類金屬成分，而金屬在一定的濕度與溫度下極易產(chǎn)生腐蝕的問(wèn)題。在制作鋼管時(shí)采用的技術(shù)工藝普遍運(yùn)用微晶結(jié)構(gòu)模式，而微晶結(jié)構(gòu)對(duì)于材質(zhì)的要求較高，如果材質(zhì)表面存在著問(wèn)題與缺陷，在鋼管應(yīng)用一段時(shí)間后會(huì)因材質(zhì)表面中的問(wèn)題與缺陷而引發(fā)腐蝕開(kāi)裂的現(xiàn)象。

1.1.2 埋地腐蝕隱患嚴(yán)重。根據(jù)因埋地措施引起的腐蝕問(wèn)題，首先，管道鋼材屬于金屬材質(zhì)，擁有著電化學(xué)特質(zhì)且不均勻，土壤擁有的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)也存在不均勻現(xiàn)象，在金屬材質(zhì)擁有的電化學(xué)特質(zhì)促進(jìn)下為土壤腐蝕提供了充分的條件。其次，在電極反應(yīng)過(guò)程中會(huì)受到細(xì)菌作用而促進(jìn)鐵與可溶硫酸鹽朝向氫進(jìn)行逐漸轉(zhuǎn)變。最后，在管道埋入土壤中還會(huì)受到雜散電流的影響而產(chǎn)生腐蝕破壞的現(xiàn)象。

1.1.3 不夠到位的管道腐蝕防護(hù)效果。一般情況下埋地管道中采用的是雙重防護(hù)模式：一是陰極保護(hù)模式，二是防腐蝕覆蓋層模式，無(wú)論應(yīng)用的是哪一種防護(hù)措施，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是此技術(shù)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境存在的腐蝕因素能夠有效抵御，如果環(huán)境影響到埋地管道，會(huì)產(chǎn)生覆蓋層從鋼筋上逐漸剝離。因此，要實(shí)現(xiàn)管道防腐效果達(dá)到最佳，需要應(yīng)用行之有效的措施進(jìn)行防護(hù)。

1.2 陰極保護(hù)的現(xiàn)狀分析

在建設(shè)長(zhǎng)輸管道時(shí)普遍采用的敷設(shè)方式為埋地模式，在實(shí)施埋地措施時(shí)會(huì)受到地形與地段復(fù)雜及其他不同的因素影響，要保證埋地的金屬管道能夠具備較強(qiáng)的防腐性能。為了保證管道能夠擁有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，采用的措施為陰極保護(hù)技術(shù)。陰極保護(hù)技術(shù)具有電化學(xué)性的特點(diǎn)，此技術(shù)是在古老技術(shù)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)研究后而創(chuàng)新的一種新型技術(shù)。在社會(huì)不斷發(fā)展的過(guò)程中促進(jìn)了陰極保護(hù)技術(shù)不斷更新，保護(hù)方式誕生出多個(gè)模式，并且每個(gè)模式的誕生都顯著提升了防腐的效果。

2 天然氣長(zhǎng)輸管道防腐的重要性

在大多數(shù)鋼制的天然氣管道傳輸天然氣時(shí)，管道內(nèi)外壁會(huì)受到外部環(huán)境、內(nèi)部傳輸物質(zhì)的共同影響而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，造成穿孔，引發(fā)天然氣泄漏，嚴(yán)重污染環(huán)境、極易引發(fā)火災(zāi)事故，進(jìn)而對(duì)周?chē)h(huán)境及人們的生命安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，在建設(shè)長(zhǎng)輸管道時(shí)需要重視防腐工作，積極引入先進(jìn)的防腐技術(shù)保障天然氣管道具備防腐性能，在大幅度延長(zhǎng)管道被腐蝕時(shí)間的同時(shí)，提高管道的使用壽命。

3 長(zhǎng)輸天然氣管道陰極保護(hù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用分析

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)2019 年我國(guó)天然氣產(chǎn)量總量達(dá)到1736.2 億立方米，同比增長(zhǎng)7.83%，截止到2020 年上半年統(tǒng)計(jì)出我國(guó)天然氣產(chǎn)量達(dá)到了940.2 億立方米，同比增長(zhǎng)8.81%。建設(shè)長(zhǎng)輸天然氣管道實(shí)現(xiàn)天然氣能源的有效傳輸。因此，為了實(shí)現(xiàn)天然氣管道能夠具備防腐能力，采用陰極保護(hù)技術(shù)增強(qiáng)管道的防腐效果，具體應(yīng)用如下：

3.1 長(zhǎng)輸天然氣管道防腐層的防護(hù)技術(shù)

3.1.1 地上跨越處管道防腐層的防護(hù)技術(shù)。在開(kāi)展天然氣管道防腐層修復(fù)工作時(shí)，需要將輸氣管線實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)考慮在內(nèi)，需要根據(jù)不同的管線運(yùn)行情況制定出針對(duì)性、有效的修復(fù)方案。其中，在修復(fù)地上跨越處的管線防腐層時(shí)，在檢測(cè)輸氣管線工作中要利用鋼銼或者是利用鋼線刷將原有的防腐層進(jìn)行清除，在有效清除后實(shí)施修復(fù)工作可保障防腐修復(fù)的效果。在這一過(guò)程中需要除銹的等級(jí)達(dá)到St3級(jí)及以上，在除銹工作完成后開(kāi)展涂漆作業(yè)，在具體操作時(shí)要以環(huán)氧帶銹底漆2 道的涂刷工作為主，在控制鍍層厚度時(shí)需要保障厚度達(dá)到70μm 以上。最后實(shí)施在管道的最外層涂刷總干膜的工作，在涂抹時(shí)同樣需要注重厚度的把控，厚度要達(dá)到140μm 以上。利用此種修復(fù)防腐層的措施可有效加強(qiáng)天然氣輸氣管線所具有的防腐能力，并且同時(shí)還能夠?qū)敋夤芫€的持久性進(jìn)行有效的維護(hù)，維護(hù)效果與修復(fù)效果同樣突出。

3.1.2 增加埋深處管道防腐層的防護(hù)技術(shù)。為了保證輸氣管線能夠正常傳輸天然氣，需要實(shí)施檢測(cè)與排除輸氣管線的工作。在實(shí)際檢測(cè)與排除故障的工作中，需要實(shí)施埋深處管線防腐層修復(fù)措施，還要將管線的具體位置等基礎(chǔ)信息綜合考慮在內(nèi)。輸氣管線的部分管線會(huì)存在長(zhǎng)期深埋于地下的過(guò)程，而裸露在外的管線部位與需要開(kāi)展加深埋深的管線達(dá)到高度重視的效果。在修復(fù)埋深處管線防腐層時(shí)，一般會(huì)選擇的檢測(cè)方式為目測(cè)與電火花檢漏相結(jié)合的方式，在檢測(cè)時(shí)如果發(fā)現(xiàn)防腐層存在不合格的區(qū)域，需要針對(duì)此區(qū)域進(jìn)行除銹工作。在除銹時(shí)要保證應(yīng)用的等級(jí)在Sa2.5級(jí)以上，在完成除銹工作后要引入無(wú)溶劑液態(tài)環(huán)氧涂料實(shí)施后續(xù)修復(fù)的工作，采用此種修復(fù)的方式能夠達(dá)到最大限度保障輸氣管線正常運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。

例如，某地區(qū)經(jīng)過(guò)檢測(cè)埋地長(zhǎng)輸天然氣管道時(shí)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)挖掘出某些區(qū)域存在著腐蝕的現(xiàn)象，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 長(zhǎng)輸管道防腐層破損腐蝕狀態(tài)

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以分析出 1 號(hào)、3 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)位置一般情況下不會(huì)發(fā)生腐蝕，可以暫時(shí)不維修。4 號(hào)處于陰極保護(hù)狀態(tài)下，只有陰極保護(hù)斷開(kāi)后才會(huì)產(chǎn)生自然腐蝕的現(xiàn)象，但是防腐層存在破損漏電的問(wèn)題，產(chǎn)生了保護(hù)電流消耗的問(wèn)題，需要做好監(jiān)測(cè)工作。2 號(hào)與7 號(hào)如果要斷開(kāi)陰極保護(hù)會(huì)處于腐蝕狀態(tài)中，也存在著破損漏電消耗保護(hù)電流珠問(wèn)題。因此，采取開(kāi)挖修復(fù)的措施，開(kāi)挖后按照上述的修復(fù)方式實(shí)施。

3.1.3 埋深達(dá)到設(shè)計(jì)要求處的防護(hù)技術(shù)。在檢測(cè)輸氣管線的工作中，對(duì)于腐蝕程度相對(duì)比較低的管線可直接應(yīng)用地面防腐層檢漏儀的措施，達(dá)到有效檢測(cè)的目的。如果檢測(cè)結(jié)果顯示出含有異常管段時(shí)可采取開(kāi)挖修補(bǔ)的措施完成修復(fù)防腐層的工作。修復(fù)工作的方式與輸氣管線防腐層所應(yīng)用的修復(fù)模式相同。在具體實(shí)施防腐層修復(fù)操作時(shí)，對(duì)防腐層的厚度要把控在450μm 以上。在進(jìn)行埋深處管線防腐層修復(fù)工作時(shí)，需要保證修復(fù)效果能夠與設(shè)計(jì)要求相符合。

3.1.4 合理選用防腐涂層。為了實(shí)現(xiàn)天然氣管道的防腐效果，在選擇防腐涂層時(shí)需要合理化選用。其中，外防腐涂層為主要的防腐手段，主要是在鋼管與腐蝕性介質(zhì)之間創(chuàng)建出絕緣隔離層，防止腐蝕介質(zhì)與鋼管產(chǎn)生接觸，進(jìn)而從根本處防止鋼管產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕問(wèn)題。而在采用外防腐層防腐手段時(shí)，選擇的外防腐層需要擁有基本性能、涂層性能滿足施工與安裝的要求、涂層性能滿足使用時(shí)的要求。外防腐層需要擁有基本性能：電絕緣性，隔水屏障性，涂敷方法不會(huì)影響管道性能，涂敷涂層存在最少缺陷，良好附著力，防止針孔隨時(shí)間發(fā)展，有效抵抗裝卸、存儲(chǔ)、安裝受到的損傷，有效保持絕緣電阻恒定不變，抗剝離能力，抗化學(xué)介質(zhì)破壞能力容易補(bǔ)傷物理性能強(qiáng)無(wú)毒且不會(huì)影響環(huán)境，存儲(chǔ)與長(zhǎng)距離運(yùn)輸不會(huì)產(chǎn)生變化及降解。涂層性能滿足施工與安裝的要求：抗彎曲性，硬度與耐磨性，抗沖擊能力，抗風(fēng)化能力，補(bǔ)口與補(bǔ)傷難易程度。涂層性能滿足使用時(shí)的要求：粘結(jié)力，耐化學(xué)介質(zhì)浸泡，絕緣電阻與電氣強(qiáng)度，抗陰極剝離，抗穿透能力，抗土壤應(yīng)力。

3.1.5 做好并聯(lián)防護(hù)工作。在應(yīng)用犧牲陽(yáng)極法與外加電流陰極保護(hù)法時(shí)需做好并聯(lián)防護(hù)工作，可以保證獲得的成效最佳。首先，要實(shí)現(xiàn)管道與外界電絕緣。此過(guò)程為開(kāi)展陰極保護(hù)系統(tǒng)的前提。應(yīng)用涂層方式可大大降低陰極保護(hù)所需要的電流，并且還能夠顯著提升電力分散能力。其次，管道防腐層無(wú)法避免破損點(diǎn)的產(chǎn)生，若不能及時(shí)實(shí)施陰極保護(hù)會(huì)造成管道產(chǎn)生腐蝕穿孔的問(wèn)題。因此，要及時(shí)實(shí)施陰極保護(hù)措施防止發(fā)生涂層穿孔的問(wèn)題。再次，防腐涂層可全面性地保護(hù)管道外壁，能夠有效規(guī)避腐蝕問(wèn)題的產(chǎn)生，讓腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生均勻化的特點(diǎn)，可以對(duì)防腐涂層破損處實(shí)施有效的處理。最后，防腐涂層破損的位置并不能有效確定，導(dǎo)致補(bǔ)修防腐涂層的工作難以順利開(kāi)展。如果實(shí)施針對(duì)整體管道應(yīng)用陰極保護(hù)措施，再通過(guò)合理化應(yīng)用防腐涂層與陰極保護(hù)措施且讓兩種措施同時(shí)開(kāi)展，能夠保障管道保護(hù)工作達(dá)到長(zhǎng)期有效的效果。

3.2 長(zhǎng)輸天然氣管道陰極保護(hù)技術(shù)分析

3.2.1 做好陰極保護(hù)站的防護(hù)工作。在管理輸氣管線工作中需要恢復(fù)輸氣管線陰極保護(hù)措施，在恢復(fù)時(shí)需要在輸氣管線防腐層修復(fù)工作完成之后才能進(jìn)行。在實(shí)際修復(fù)防腐層工作中，為了保障輸氣管線盡可能不會(huì)受到各種因素影響而產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題，需要引入有效的防腐措施及防腐手段，可顯著性地降低腐蝕問(wèn)題的發(fā)生率。從當(dāng)前的輸氣管線防腐實(shí)際工作中可以看出，普遍應(yīng)用的防腐方法為陰極保護(hù)模式。將輸氣管線自身?yè)碛械姆栏瘜映３Ｌ幱诒┞锻獠凯h(huán)境這一因素考慮在內(nèi)，或者是將輸氣管線經(jīng)常處于具有腐蝕環(huán)境的因素考慮在內(nèi)，需要技術(shù)人員采取有效的措施降低外部環(huán)境對(duì)輸氣管線產(chǎn)生的影響，要借助陰極保護(hù)設(shè)備達(dá)到抵抗外部環(huán)境腐蝕的效果。通過(guò)重新調(diào)試操作輸氣管線陽(yáng)極后，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的功能。在此期間會(huì)存在陰極保護(hù)站缺少電源裝置的問(wèn)題，可利用蓄電池的方式達(dá)到保護(hù)效果。

3.2.2 犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)。在土壤電解質(zhì)環(huán)境中存在著犧牲陽(yáng)極比金屬材料活性更活潑的現(xiàn)象，主要原因是犧牲陽(yáng)極所具有的電極電位。在與被保護(hù)的體電進(jìn)行連接后會(huì)先對(duì)腐蝕實(shí)施溶解的過(guò)程，此時(shí)的犧牲陽(yáng)極金屬材料會(huì)被消耗且釋放出電子，電子在被保護(hù)體表面產(chǎn)生陰極還原反應(yīng)的過(guò)程，這一反應(yīng)抑制了被保護(hù)體陽(yáng)極溶解的過(guò)程，進(jìn)而完成了陰極保護(hù)的工作。

3.2.3 外加電流陰極保護(hù)技術(shù)。外加電流陰極保護(hù)技術(shù)的工作原理是利用導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)與直流電源負(fù)極相連接，實(shí)現(xiàn)輔助陽(yáng)極能夠與直流電源正極有效連接，連接后存在電子流入陰極表面的過(guò)程，此陰極表面是指被保護(hù)的長(zhǎng)輸管道。當(dāng)外加的電子不能及時(shí)與電解質(zhì)溶液中含有的某些物質(zhì)產(chǎn)生作用時(shí)，會(huì)在陰極的表面產(chǎn)生積聚，陰極表面的電極電位會(huì)朝向負(fù)的方向進(jìn)行移動(dòng)，形成陰極極化，金屬結(jié)構(gòu)中存在的電子釋放過(guò)程會(huì)受到阻礙。陰極電流如果不斷增大，積累的電子也會(huì)逐漸增多，在金屬結(jié)構(gòu)表面所產(chǎn)生的電極電位負(fù)值會(huì)增高，而微陽(yáng)極所釋放的電子能力則越來(lái)越弱。在金屬結(jié)構(gòu)表面形成的陰極極化處于某一值時(shí)，微陰極與微陽(yáng)極會(huì)產(chǎn)生等電位的現(xiàn)象，陰陽(yáng)極之間的電位差處于零的位置，原電池受到了腐蝕作用產(chǎn)生停止。

3.2.4 安裝相應(yīng)的沿線測(cè)試樁。在輸氣管線陰極保護(hù)操作時(shí)需要實(shí)施沿線測(cè)試樁的安裝工作，應(yīng)用沿線測(cè)試樁不只可以顯著提升輸氣管線自身?yè)碛械姆栏瘜拥男阅?，還有利于管線修復(fù)與管理工作，主要表現(xiàn)在：在修復(fù)與管理管線時(shí)，對(duì)于部分管線所處位置不能有效實(shí)施修復(fù)與管理的區(qū)域，可以方便修復(fù)與管理的過(guò)程。根據(jù)多項(xiàng)研究結(jié)果可知，在安裝沿線測(cè)試樁時(shí)，需要在每1km 處實(shí)施測(cè)試樁補(bǔ)樁的工作，目的是通過(guò)補(bǔ)樁達(dá)到保障防腐層檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度的要求，能夠有效促進(jìn)輸氣管線長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)與管理的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，天然氣能源的產(chǎn)量呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，已經(jīng)成為各行各業(yè)與人們生活中不可缺少的能源，在應(yīng)用此能源時(shí)需要建設(shè)長(zhǎng)輸天然氣管道，在建設(shè)時(shí)需要重視防腐工作，因?yàn)榉栏ぷ鳑Q定著天然氣是否能夠有效、安全地傳輸，可有效避免因?yàn)楣艿栏g而產(chǎn)生威脅環(huán)境及周?chē)嗣袢罕娙松戆踩氖鹿?，進(jìn)一步促進(jìn)了天然氣能源的有效利用并促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)。