長輸天然氣管道防腐及陰極保護(hù)常見缺陷及對策研究

＊董 爽

（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司 北京 100029）

前言

面對天然氣在我國能源發(fā)展中地位的日益上升，天然氣的輸送成為我國研究的主要環(huán)節(jié)，管道傳輸屬于天然氣輸送的主要方法，在實際的長輸天然氣管道的防腐以及陰極保護(hù)過程中，產(chǎn)生了很多問題，嚴(yán)重影響了長輸天然氣管道的輸送，所以對長輸天然氣管道防腐及陰極保護(hù)常見缺陷及對策的研究具有非常重要的意義。

1.長輸天然氣管道防腐的重要性

現(xiàn)階段，不論國內(nèi)還是國外，對天然氣的需求量都是逐漸增加的狀態(tài)，其中，天然氣已成為不可替代的重要能源。在這種情況下，在新型的高效的能源未出現(xiàn)前，以及不能進(jìn)行量產(chǎn)之前，天然氣的需求量會不斷攀升。要想切實保證天然氣的供給要求，對長輸天然氣管道進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)是非常重要的。雖然近年來在天然氣的運輸方面，管道屬于最為安全、最少損耗天然氣的運輸方式，但是現(xiàn)階段，管道事故產(chǎn)生的數(shù)量也逐漸上升，證明在管道運輸?shù)倪^程中，也存在缺陷，在此過程中，引起管道事故最為普遍因素就是金屬腐蝕[1]。

在實際的管道運輸?shù)倪^程中，管道腐蝕可能造成的危害包括以下幾個方面：第一，一旦管道被嚴(yán)重腐蝕，腐蝕的產(chǎn)物將與其中的天然氣產(chǎn)生混合，導(dǎo)致天然氣當(dāng)中混入雜質(zhì)，進(jìn)而嚴(yán)重影響天然氣的質(zhì)量。第二，若管道腐蝕非常嚴(yán)重，極有可能造成天然氣泄漏，不僅會嚴(yán)重?fù)p失天然氣資源，而且對于管道公司而言，也將產(chǎn)生嚴(yán)重的財產(chǎn)損失。第三，若腐蝕的程度達(dá)到了可能泄漏的程度，泄漏的天然氣將會進(jìn)入土壤，進(jìn)而對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而且此類對環(huán)境的破壞是不可逆的，在現(xiàn)階段，環(huán)境保護(hù)問題日益突出的情況下，對環(huán)境的嚴(yán)重污染將嚴(yán)重限制天然氣資源的發(fā)展。第四，一旦遭到泄漏的天然氣直接遇到火源，極易產(chǎn)生火災(zāi)以及爆炸事故，不僅會對天然氣的運輸產(chǎn)生影響，而且還會造成人員傷亡。第五，在管道遭到腐蝕以后，腐蝕的產(chǎn)物將附著與管道內(nèi)壁，進(jìn)而加速管道腐蝕進(jìn)程。所以，在實際的天然氣管道運輸?shù)膽?yīng)用過程中，管道防腐具有非常重要的意義[2]。

2.長輸天然氣管道防腐措施

在實際的管道運輸過程中，從本質(zhì)上來看，管道腐蝕屬于正常的現(xiàn)象，并且是不能夠完全避免的狀況。要想降低管道腐蝕對天然氣運輸?shù)挠绊懗潭?，只能通過相應(yīng)措施的應(yīng)用進(jìn)行緩解，進(jìn)而實現(xiàn)管道腐蝕速率的減少。長輸天然氣管道防腐可以從物理和化學(xué)兩個方面研究，從物理方面而言，主要采取的是增設(shè)涂層的方法，化學(xué)層面而言，主要采取的是電化學(xué)防護(hù)措施。大多情況下，實際的管道防護(hù)會選擇采用物理和化學(xué)相結(jié)合的防護(hù)措施[3]。

(1)增設(shè)涂層

增設(shè)涂層的主要方法包括：

首先，煤焦油瓷漆。在運輸區(qū)外添加煤焦油搪瓷是現(xiàn)階段比較成熟的防護(hù)措施，煤焦油瓷漆不僅具有很強的防腐功能，而且還擁有一定的絕緣性。能夠防止管道遭受雜散電流的影響，對于管道的防護(hù)而言具有非常關(guān)鍵的作用。由于煤焦油瓷漆的使用壽命比較長，所以其經(jīng)濟(jì)性較高，大多數(shù)選擇其作為增設(shè)涂層的主要材料。除此之外，煤焦油瓷漆在使用過程中，也存在一些缺點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，這個技術(shù)對于管道溫度的要求相當(dāng)高，一旦輸送管道的溫度超過煤焦油瓷漆的規(guī)定溫度，就會造成煤焦油瓷漆的融化，不僅無法起到對管道的保護(hù)作用，而且很有可能造成對環(huán)境的污染，進(jìn)而不能起到對管道的保護(hù)作用，所以在實際的應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)注意煤焦油瓷漆不能適用于加熱輸送管道。第二，煤焦油瓷漆的機械性能屬于比較差的狀態(tài)，非常容易被外界其他硬度高的物質(zhì)干擾，若其附近的土壤當(dāng)中含有較多硬石塊，也會對煤焦油瓷漆防腐層產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，在這種情況下，對于地下石塊硬度較高的區(qū)域，煤焦油瓷漆也并不適用[4]。

其次，PE兩層結(jié)構(gòu)。在運輸管道外側(cè)進(jìn)行PE兩層結(jié)構(gòu)的增設(shè)也是現(xiàn)階段應(yīng)用次數(shù)比較多的管道防護(hù)措施，PE兩層結(jié)構(gòu)不僅具有高效的防腐功能，而且還有很強的奶細(xì)菌功能，對管道周圍的細(xì)菌干擾能夠起到很強的抑制作用。與此同時，PE兩層結(jié)構(gòu)也具有很強的吸水能力，能夠很大程度的防止土壤當(dāng)中的水分對管道運行造成的影響，PE兩層結(jié)構(gòu)的價格也不高，所以對于長輸天然氣管道而言，非常適用，但是在其實際應(yīng)用過程中，也存在相應(yīng)的問題，一方面，此類材料不能置于陽光之下，不然將會受到紫外線的嚴(yán)重干擾，進(jìn)而失去防護(hù)作用。另一方面，此類材料并不容易與管道緊密結(jié)合，這樣防護(hù)效果就會大打折扣[5]。

最后，PE三層結(jié)構(gòu)。這種PE三層結(jié)構(gòu)屬于最新產(chǎn)生的管道保護(hù)措施，也屬于現(xiàn)階段最有效的防護(hù)措施。相比于兩層結(jié)構(gòu)，三層結(jié)構(gòu)在中間環(huán)節(jié)添加了環(huán)氧粉末，不僅實現(xiàn)了抗腐蝕能力的提升，而且對于材料與管道的緊密結(jié)合提供了助力，進(jìn)而使其充分發(fā)揮防護(hù)性能。除此之外，由于PE三層結(jié)構(gòu)當(dāng)中含有環(huán)氧粉末，材料將不再受紫外線的干擾，能夠在陽光下使用[6]。

(2)電化學(xué)防護(hù)

在實際的長輸天然氣管道的電化學(xué)保護(hù)過程中，經(jīng)常使用的是犧牲陽極的陰極保護(hù)法。這種化學(xué)傳輸管道防腐方法的原理非常簡單，在實際的應(yīng)用過程中，在傳輸管道外部增設(shè)一種比管道所用金屬材料更加活躍的金屬材料，進(jìn)而構(gòu)成原電池。在此原電池當(dāng)中，陽極為活躍金屬、陰極為管道，在實際的腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的過程中，管道將被保護(hù)。在實際運用此類防腐措施的過程中，應(yīng)當(dāng)對管道的長度、壁厚以及其所處的環(huán)境進(jìn)行綜合考量。進(jìn)而對活躍金屬的位置及重量進(jìn)行詳細(xì)的計算[7]。

(3)外加電源的陰極保護(hù)法

在實際的應(yīng)用過程中，這種傳輸管道的防腐方法應(yīng)用的次數(shù)比較少，但在理論上是可行的，在實際的應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)在管道外壁進(jìn)行電源的增加，進(jìn)而使管道得到高效的保護(hù)。應(yīng)用次數(shù)比較少的原因是：大多數(shù)天然氣屬于易燃易爆氣體，在采用這種方法時，也需要根據(jù)實際情況進(jìn)行電壓簡單計算。

3.長輸天然氣管道陰極保護(hù)常見缺陷

經(jīng)過長時間的運行，長輸天然氣管道在陰極保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，產(chǎn)生了很多問題。一方面，陰極保護(hù)設(shè)備陳舊老化，已經(jīng)不能進(jìn)行正常的運行，產(chǎn)生這樣問題的原因在于：長輸天然氣管道首站的恒電位儀調(diào)節(jié)開關(guān)由于時間問題產(chǎn)生了失靈的狀況，進(jìn)而無法調(diào)節(jié)保護(hù)電位，對于末站的恒電位儀轉(zhuǎn)換器不能進(jìn)行高效的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致機子有輸出，但是管道沒有輸出。陽極地床電阻高，對陰極電流的發(fā)散造成了很大影響，對陽極的犧牲并不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，進(jìn)而導(dǎo)致大部分管道失去了保護(hù)，造成嚴(yán)重的腐蝕。另一方面，管道保護(hù)電位偏高，造成的部分管段腐蝕嚴(yán)重?，F(xiàn)階段，大多數(shù)長輸天然氣管道電位處于較高的狀態(tài)，管道保護(hù)電位與正常的電位相比，產(chǎn)生了偏離，進(jìn)而加劇了管道腐蝕。

4.完善長輸天然氣管道陰極保護(hù)的對策

在天然氣的管道陰極保護(hù)過程中，首先要選擇的方法是管道陰極保護(hù)法。由于長輸天然氣管道通常會借助犧牲陽極和強制電流的陰極保護(hù)法進(jìn)行管道的防腐，此時，管道及犧牲陽極的埋設(shè)深度通常保持在為2m～2.5m的范圍內(nèi)，但是對于長輸天然氣管道而言，其長度過長，同時，由于自然地貌的原因，很多管道的兩頭具有嚴(yán)重落差，與此同時，管道的兩頭地下水位與地質(zhì)情況的不同，部分管道所處的土壤的電阻率過高，在這種地區(qū)使用犧牲陽極的陰極保護(hù)法的效率并不高，解決這一問題的方法是，對于長輸管道過程中的高土壤電阻率段管道，將犧牲陽極保護(hù)法更改為強制電流保護(hù)法。其次，恒電位儀在強制電流法的應(yīng)用過程中，能夠給予需保護(hù)金屬體提供連續(xù)可調(diào)的陰極保護(hù)電流。對強制電流法中的陽極提供輔助作用，用來使恒電位儀所提供的陰極保護(hù)電流形成回路。最后，在實際的長輸天然氣管道的陰極保護(hù)過程中，可以創(chuàng)建責(zé)任心強的專業(yè)化隊伍，并采用定崗定責(zé)的原則進(jìn)行管理，在提升隊伍整體素質(zhì)的同時，擴大管理領(lǐng)域，進(jìn)而完善我國長輸天然氣管道的陰極保護(hù)。

5.結(jié)論

綜上所述，在天然氣地位日益上升的背景下，長輸天然氣管道防腐及陰極保護(hù)成為天然氣管道傳輸行業(yè)研究的主要內(nèi)容，高效的管道保護(hù)對于長輸天然氣管道傳輸?shù)倪\行效率具有很強的提升作用，在實際的長輸天然氣管道防腐及陰極保護(hù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施，解決常見缺陷，進(jìn)而達(dá)到天然氣傳輸效率的提升。