天然氣長輸管道內(nèi)腐蝕原因分析及控制

王文琦，鞠 拓

（湖北省天然氣發(fā)展有限公司，湖北武漢 436000）

當前天然氣長距離運輸時多選擇管道運輸方式，但長距離運輸會經(jīng)過諸多地質(zhì)環(huán)境，面臨復雜的氣候變化，這就造成長距離管道運輸過程中難免出現(xiàn)安全隱患。實際中需要研究天然氣長輸管道的特點，分析造成長輸管道腐蝕的主要因素，需要在保證長輸管道運輸安全的基礎上優(yōu)化與改進技術，解決當前存在的內(nèi)腐蝕問題，提高天然氣長輸管道運輸?shù)陌踩耘c可靠性，避免運輸過程中出現(xiàn)安全問題。因此，有必要做好天然氣長輸管道內(nèi)腐蝕原因研究工作。

1 天然氣長輸管道防腐工作的必要性

1.1 長輸管道防腐的重要性

新形勢下全球范圍內(nèi)天然氣逐漸取代石油，已成為最為重要的能源來源。尤其是隨著政府大力推廣使用天然氣清潔能源，國內(nèi)對天然氣的需求量持續(xù)增加，而滿足天然氣供應的基礎就是安全。天然氣長距離運輸?shù)闹饕绞骄褪枪艿?，這也是最為安全的運輸方式，但近年來天然氣長輸管道安全事故頻繁發(fā)生，其中最為常見的就是管道腐蝕，這種腐蝕會引發(fā)危險問題：

（1）天然氣長輸管道出現(xiàn)腐蝕情況后，經(jīng)腐蝕產(chǎn)生的產(chǎn)物會與管道內(nèi)的天然氣混合，造成天然氣內(nèi)雜物增加，降低天然氣的質(zhì)量。

（2）當腐蝕情況較為嚴重時，會出現(xiàn)天然氣泄漏的情況，直接威脅到天然氣運輸安全，甚至損害天然氣公司的經(jīng)濟效益。

（3）管道腐蝕造成天然氣泄漏，對周邊環(huán)境產(chǎn)生污染，污染對土壤來說是不可逆的。

（4）天然氣泄漏后如遇到火源，極大可能引發(fā)火災或爆炸事故，情況嚴重時還會出現(xiàn)人員傷亡。

長輸管道出現(xiàn)腐蝕后，管道內(nèi)壁上會附著雜物，這些物質(zhì)會造成管道腐蝕速度加快。

1.2 長輸管道腐蝕危害分析

天然氣作為重要的清潔綠色能源，已逐漸改變?nèi)藗兊纳?，有效緩解工業(yè)能源緊缺的問題，降低工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，已成為國內(nèi)重要的工業(yè)能源。我國天然氣分布主要集中在中西部地區(qū)，這也是國家開展“西氣東輸”的工程的主要原因。雖然長輸管道運輸方式較為安全，但實際運輸時依舊存在一些問題，如部分金屬管道長期埋設在地下，管道腐蝕已成為普遍現(xiàn)象，容易引起安全問題：

（1）當天然氣長輸管道因為內(nèi)腐蝕出現(xiàn)穿孔時，外界的微生物、雜物、灰塵等很容易從腐蝕孔中侵入管道內(nèi)，與管道內(nèi)氣體混合，降低天然氣的品質(zhì)，還影響到天然氣的安全使用。

（2）天然氣長輸管道受到腐蝕影響，如果沒有及時采取措施進行有效處理，就會造成腐蝕物質(zhì)掛在內(nèi)壁上，加快管道腐蝕，直接威脅到管道運輸?shù)冒踩?/p>

（3）當長輸管道腐蝕情況嚴重時，管內(nèi)氣體就會泄漏出來，給天然氣公司造成經(jīng)濟 損失。

總之，針對天然氣長輸管道運輸時出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，應采取有效的防腐措施，提高預防力度，進一步提高天然氣長輸管道運輸?shù)陌踩浴?/p>

2 天然氣長輸管道內(nèi)腐蝕的主要原因

天然氣長輸管道運輸時管道內(nèi)壁與天然氣之間密切接觸，其中含有的SO2、H2S、溶解氧等都會腐蝕管道內(nèi)壁。尤其是H2S腐蝕性極強，當他與鐵反應后會生產(chǎn)硫化鐵，當其混在天然氣中會出現(xiàn)擊穿使用設備的情況。就目前情況來說，天然氣長輸管道內(nèi)腐蝕的主要原因如下。

2.1 內(nèi)部介質(zhì)影響

天然氣長輸管道運輸時運量較大且距離遠，整個運輸過程需要維持高溫高壓狀態(tài)。但高溫高壓會造成介質(zhì)內(nèi)酸性氣體的活性與能力增加，加快其對管道內(nèi)壁的腐蝕，造成管道內(nèi)部出現(xiàn)嚴重的腐蝕現(xiàn)象。

同時，長輸管道長期運輸時會產(chǎn)生自由液相，這是一種氣液固三種狀態(tài)共存的化學現(xiàn)象，會在彎道部分產(chǎn)生物質(zhì)沖擊，造成彎頭位置管道厚度降低，長期下來出現(xiàn)泄漏情況。管道內(nèi)壁還會與天然氣雜質(zhì)之間產(chǎn)生化學（電化學）腐蝕，對管道內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕。

2.2 水汽的影響

金屬管道腐蝕離不開水與氧氣，也是造成化學腐蝕的主要原因。長輸管道內(nèi)腐蝕情況主要發(fā)生在低位置且附近容易積水的部位。針對這一特性，天然氣公司會在運輸前利用技術脫離天然氣中的水分，提高天然氣的干燥程度。

通過這一方式可以一定程度降低其對管道的腐蝕，但卻不能完善避免腐蝕。天然氣干燥技術并沒有完全去除其中的水分，當出現(xiàn)一些特殊情況時，最常見的就是高壓低溫環(huán)境下，天然氣內(nèi)含有的水汽就會以水分形式積聚在管道內(nèi)部，長期下來難免出現(xiàn)腐蝕管道內(nèi)壁的情況。

2.3 CO2含量影響

天然氣長輸管道經(jīng)過長期使用，內(nèi)壁會出現(xiàn)不同程度的腐蝕情況，時間越久這種腐蝕情況越嚴重，因此出現(xiàn)安全事故的可能性越大。

之所以出現(xiàn)這一情況，就是因為天然氣開采時天然氣成分會出現(xiàn)變化，越到開采后期，天然氣內(nèi)的腐蝕氣體的比例就越大。干氣管道內(nèi)腐蝕氣體主要為CO2。

2.4 管道傾角因素

基于流體力學角度分析，天然氣長輸管道運輸時氣體流動速度較慢，從這一點出發(fā)其流動必須滿足流體流動定理。以此為基礎，可以明確天然氣流動時會在管道流速較低處積聚水汽，而水汽集中的位置最容易出現(xiàn)腐蝕。

針對這一問題，就需要從設計層面著手，管道線路設計時進坑避免出現(xiàn)大傾角管道，造成介質(zhì)流速出現(xiàn)差異。

3 天然氣長輸管道內(nèi)腐蝕情況的應對與解決措施

3.1 選擇緩蝕劑防腐，管道內(nèi)部涂抹防腐層

3.1.1 選擇緩蝕劑防腐

通過合理利用緩蝕劑可以提高長輸管道的防腐蝕能力，因此需要做好技術研發(fā)。具體應用時根據(jù)實際選擇緩蝕劑，常見的有咪唑啉類、有機磷酸鹽等，通過緩蝕劑實現(xiàn)對長輸管道的保護。這種方法在實際中有著廣泛應用，也是重要的防腐措施，使用方便且成本低廉、見效快，因此實際中應用范圍不斷增加。

緩蝕劑技術原理，就是在管道表層形成一層保護膜，或利用電化學與吸附理論。通過合理利用緩蝕劑，緩蝕劑中存在的原子會通過化學鍵方式與金屬管壁形成一層保護膜，有效避免管道內(nèi)介質(zhì)腐蝕管壁。實際中需要根據(jù)具體情況選擇緩蝕劑，實踐表明：酸性環(huán)境下咪唑啉類緩蝕劑有著更為明顯的防腐效果。但實際應用時需要注意一個問題，會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，因此需要慎重選擇與小心使用，避免對周邊環(huán)境造成污染。

3.1.2 管道內(nèi)涂層防腐

涂防腐層是長輸天然氣管道防腐的關鍵性舉措。由于長輸天然氣管道腐蝕的影響因素較多，管道所遭受腐蝕的程度不同，因而在涂防腐層時，應綜合考慮土壤、運輸條件、工藝技術等各種因素。只有如此，才可既能達到防腐功效，又能確保防腐措施的經(jīng)濟性與可靠性。

做好內(nèi)部涂層防腐。內(nèi)防腐層，即在管道內(nèi)壁與輸送介質(zhì)之間創(chuàng)造出一定的隔離空間，最大限度避免金屬管內(nèi)壁與腐蝕物之間發(fā)生直接接觸，以此來進行管道防腐。在長輸天然氣管道中進行涂層，不僅能起到降低管道腐蝕程度的作用，還能減少管壁與管流之間的摩擦阻力，繼而提高天然氣運輸?shù)牧?。管道?nèi)側的防腐涂層可選用環(huán)氧樹脂，如聚酰胺環(huán)氧樹脂。此外，還可以使用合成樹脂。在使用這些材料進行涂層時，應保證涂層的厚度在0.038～0.2mm 。

3.2 引入電化學防腐，及時調(diào)整介質(zhì)pH

3.2.1 電化學防腐措施

電化學腐蝕在整個天然氣長輸管道腐蝕中占據(jù)了相當高的比例，為了規(guī)避電化學腐蝕對管道所產(chǎn)生的惡性腐蝕，一定要落實電化學防腐。為了提升管道防腐的有效性，可利用犧牲陰極、保護陽極的方式使被保護的金屬管道始終處于鈍性狀態(tài)，以防止電化學腐蝕的發(fā)生。此外，還可運用相反的方法，即犧牲陽極，保護陰極的方式。通過這一手段使得被保護的管道金屬變?yōu)槠骄娢唬缓笤龠\用一些可行性的辦法使金屬管道的其他部分形成防腐電池。就目前來說，保護陰極的方法運用得較為普遍，這種方式較陽極保護具有更大的優(yōu)勢。它不僅可使被保護的長度得以延長，同時，還可提升整個保護的實效性。在實際安裝操作中，可將電絕緣裝置置于管道入口處，以更好地保護陰極電流。如果絕緣接頭位置處與防腐層之間存在電力故障，就會隨即被破壞，便能對管道產(chǎn)生更好的保護。

3.2.2 調(diào)整介質(zhì)pH

天然氣長輸管道的腐蝕程度與管內(nèi)介質(zhì)的 pH 有著一定的關系。如果介質(zhì)的 pH 沒有在標準的范圍之內(nèi)，便會對管道產(chǎn)生一定的腐蝕影響，繼而導致管內(nèi)腐蝕現(xiàn)象的形成。因此，一定要適當調(diào)整管內(nèi)介質(zhì)的 pH 。調(diào)整介質(zhì) pH 可減緩管道內(nèi)腐蝕的速度，起到防腐的效果。一般情況下，天然氣長輸管道內(nèi)的 pH 應保持在 12～14 。相關實驗證明，天然氣管道內(nèi)的 pH 如果上升到 12，便可在管道內(nèi)形成一個防腐保護膜，以抑制管道腐蝕；如果介質(zhì)的pH 為 14，管道的表面便會出現(xiàn)鈍化，這種鈍化現(xiàn)象也會使管道內(nèi)的腐蝕得到有效的減緩與控制。

3.3 控制管道焊接質(zhì)量，提高管道抗腐能力

3.3.1 使用二氧化碳氣體保護焊接

二氧化碳氣體可以用于保護焊接，具有效果好、成本低、效率高、焊接質(zhì)量好的優(yōu)點。在當前的焊接情況下，對于受損部位的修復通常會用到二氧化碳 氣體。

由于焊接的內(nèi)容存在差異，因此對不同對象進行管道焊接時，需要合理調(diào)整電流的大小。如果調(diào)整不科學，容易造成焊機的電流不穩(wěn)定，對于整個電網(wǎng)電壓也會造成負面影響。尤其是對于薄管道的焊接，為保證焊接質(zhì)量，需要盡量對電流進行調(diào)小處理；對于焊絲的選擇可以使用生產(chǎn)線，并根據(jù)維修件的厚度選擇相應的生產(chǎn)線品牌。對于焊接過程中使用到的二氧化碳，需要保證純度在99.5%以上，否則會影響焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。氣體的流量選擇也會影響焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。具體還跟焊接的長度有一定關系，因此在具體施工過程中需要做好氣體流量的全面控制工作。

3.3.2 避免未熔合的對策

在開展管道焊接操作時，一定要注意對焊條（絲）和焊縫之間距離進行有效控制，操作人員需要反復調(diào)整，找到最合適的焊接角度，從而保證焊接之后，兩者間能更好地熔合在一起。在實際焊接過程中，要對焊接區(qū)域實際熔合效果進行關注，通過對電流大小的調(diào)整，保證電流量最大，從而為焊接操作提供源源不斷的熱量，加速焊條（絲）和焊縫間的融合。

在焊接過程中，需要對焊接的速度進行合理地把握和調(diào)整，根據(jù)實際操作需要，適當放慢焊接速度，使接觸處能更好地熔合，同時通過對焊接工具的合理利用，及時對焊接的角度進行調(diào)整等，既避免焊條在焊接過程中出現(xiàn)角度的偏移，影響焊接效果，同時又幫助焊條接觸到足夠的熱量，加速兩者熔合。比如，在進行氬弧焊時，為避免焊接口溫度下降過快影響焊接效果，需要對焊絲的長度進行合理控制，確保其受熱均勻，避免未熔合情況發(fā)生。

因為在焊接過程中經(jīng)常發(fā)生焊絲偏移情況，因此相關操作人員一定仔細關注焊接過程，避免出現(xiàn)焊絲偏移，而且一旦發(fā)現(xiàn)偏移，要及時調(diào)整，避免操作失誤導致其他焊接部位受影響，從而有效避免未熔合情況的發(fā)生。

3.3.3 避免出現(xiàn)氣孔的對策

在進行管道焊接操作前，針對氣孔問題的處理，操作人員需要對進行焊接操作的管道截面進行全面觀察，針對焊接口進行全面清理和打磨，去除表面的雜質(zhì)及銹斑。在焊接引弧操作中，一定要注意引弧位置的選擇，通常是從距離焊接口最遠的地方開始。

在焊接過程中，一定要保證整個焊接過程以及焊接部位受熱均勻，同時對整個焊接情況進行仔細觀察，一旦發(fā)現(xiàn)焊接時出現(xiàn)蜂窩狀氣孔，就需要停止焊接，對焊接口進行重新打磨處理。在焊接冷卻操作中，要注意對冷卻工具的檢查。在焊接操作中，一旦冷卻工具出現(xiàn)質(zhì)量問題，就可能出現(xiàn)氣孔，一定要注意對所使用的冷卻工具的檢查。另外，在焊接操作中，一定要確保所使用氬氣的純度，同時針對氬氣供應工具進行全面檢查，以免因為氬氣供應問題引發(fā)氣孔問題，從而影響到焊接整體質(zhì)量。

3.3.4 避免出現(xiàn)裂紋的對策

在管道焊接過程中，一旦出現(xiàn)裂紋，就會對管道及整個焊接質(zhì)量造成嚴重影響，從而對安全生產(chǎn)產(chǎn)生威脅。因此，針對焊接裂縫問題，一定要引起重視，謹慎對待和處理。所以，在管道焊接過程中，需要對焊接的厚度進行合理控制，避免厚度不夠，導致焊接過程中出現(xiàn)斷裂問題，影響后續(xù)正常使用。同時，在對零件進行拼接處理時，一定要控制好力度，謹慎操作，以免力度過大導致焊接口出現(xiàn)裂縫或者損壞。

針對裂縫的處理，相關操作人員一定要注意自身操作力度，以免用力過猛出現(xiàn)裂痕，從而在融合過程中導致裂紋問題的發(fā)生。此外，在對管道零件進行焊接處理時，需對整個零件的結構、焊接部位等進行全面觀察，仔細了解，包括所需要用到的焊條型號以及相關組成成分等，以免在焊接過程中出現(xiàn)反應膨脹，從而引發(fā)裂紋。

4 結束語

天然氣長輸管道運輸時需要正視防腐問題，根據(jù)實際情況制定合適的防腐方案，改善現(xiàn)有長輸管道運輸?shù)牟蛔?，提高長輸管道的防腐能力。同時，實際中要綜合考慮各方面因素，依據(jù)引起管道內(nèi)腐蝕的原因，采取針對性的防腐措施，提高長輸管道的抗腐蝕能力。天然氣管道公司需要做好管道檢測，及時發(fā)現(xiàn)潛在隱患，制定有效地應對方案，提高天然氣運輸?shù)陌踩耘c可靠性，旨在為類似研究提供借鑒。