長(zhǎng)輸天然氣管道腐蝕與防腐措施探討

趙延平

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)川氣東送天然氣管道有限公司 湖北 武漢 430074

天然氣能源在使用的過程中，并不會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)境污染問題，與傳統(tǒng)的能源相比，其在環(huán)保方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，與新型能源相比，天然氣資源可以大規(guī)模的開發(fā)及利用。我國(guó)天然氣資源在分布與需求方面存在一定的問題，因此，需要對(duì)該種類型的能源進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送，管道輸送的安全性以及經(jīng)濟(jì)性都相對(duì)較強(qiáng)，因此，管道輸送已經(jīng)成為天然氣能源輸送的重要方式。但是在進(jìn)行能源輸送的過程中，管道自身出現(xiàn)腐蝕問題的概率相對(duì)較大，在腐蝕相對(duì)較為輕微的前提下，可能會(huì)導(dǎo)致管道的承壓能力降低，在腐蝕相對(duì)較為嚴(yán)重的前提下，引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)事故問題的概率將會(huì)提升[1]。本次研究主要是針對(duì)管道的腐蝕問題，對(duì)腐蝕機(jī)理以及腐蝕類型進(jìn)行深入分析，以此提出合理的防腐措施，為保障管道的安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

1 長(zhǎng)輸天然氣管道腐蝕機(jī)理分析

通過對(duì)管道腐蝕問題進(jìn)行深入分析可以發(fā)現(xiàn)，其屬于金屬腐蝕研究的重要范疇。管道的腐蝕機(jī)理可以分為2種類型，分別是化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕。在化學(xué)腐蝕方面，金屬與腐蝕性的物質(zhì)直接接觸并引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)生對(duì)金屬破壞的現(xiàn)象，對(duì)于天然氣管道而言，其與介質(zhì)中的腐蝕性物質(zhì)或者土壤中的酸性物質(zhì)直接接觸，都將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的化學(xué)腐蝕問題，事實(shí)上，化學(xué)腐蝕雖然會(huì)產(chǎn)生一定的危害，但是與電化學(xué)腐蝕相比，化學(xué)腐蝕的危害性相對(duì)較弱。對(duì)于電化學(xué)腐蝕而言，其主要指的是在電解質(zhì)溶液存在的前提下，金屬在溶液中與其他物質(zhì)共同構(gòu)成了原電池，最終引發(fā)腐蝕破壞的行為。對(duì)于我國(guó)的長(zhǎng)輸管道而言，其敷設(shè)方式主要可以分為2種類型，分別是架空敷設(shè)和埋地敷設(shè)，管道金屬在土壤環(huán)境或者潮濕環(huán)境引發(fā)的腐蝕問題都屬于電化學(xué)腐蝕[2]。

2 長(zhǎng)輸天然氣管道腐蝕類型分析

2.1 管道外腐蝕

對(duì)于我國(guó)天然氣長(zhǎng)輸管道而言，其基本采用了埋地敷設(shè)的基本模式，在進(jìn)行管道建設(shè)的過程中，需要穿越多種類型的地形以及氣候區(qū)，由于管道各個(gè)位置處面臨的土壤環(huán)境存在一定的差別，因此，出現(xiàn)外腐蝕問題的概率也相對(duì)較高[3]。對(duì)于少數(shù)的架空管道而言，其長(zhǎng)期與外界大氣環(huán)境接觸，也容易出現(xiàn)大氣腐蝕問題。通過對(duì)我國(guó)大多數(shù)管道進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，盡管大多數(shù)管道都已經(jīng)采用了外防腐層的基本模式，但是在管道建設(shè)或者管道運(yùn)行的過程中，受到建設(shè)施工技術(shù)以及第三方入侵等問題的影響，導(dǎo)致外防腐層非常容易出現(xiàn)破損問題，在外防腐層破損以后，金屬可以直接與腐蝕性物質(zhì)接觸，進(jìn)而出現(xiàn)化學(xué)腐蝕問題，同時(shí)，對(duì)于防腐層破損點(diǎn)和完好點(diǎn)而言，其容易產(chǎn)生原電池，進(jìn)而引發(fā)電化學(xué)腐蝕問題。

如果長(zhǎng)輸管道采用了架空敷設(shè)的方式，其可以與大氣環(huán)境產(chǎn)生直接接觸，在管道的外表面可以產(chǎn)生一層水膜，這層水膜相對(duì)較薄，甚至用肉眼難以察覺。事實(shí)上，在水膜的厚度達(dá)到20～30個(gè)分子的厚度以后，就可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)所需要的電解質(zhì)，如果在管道表面形成的水膜中不存在其他成分，其出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)的概率相對(duì)較低，但是，在大氣環(huán)境的影響下，水膜中存在其他成分的概率相對(duì)較大，例如溶水性的鹽類以及腐蝕性的氣體等，此時(shí)管道金屬出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)的概率將會(huì)大幅提升[4]。如果管道采用了埋地敷設(shè)的方式，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)的土壤并不致密，土壤的顆粒之間存在一定的孔隙，大量的空氣、水分以及鹽類都存在于這些孔隙之中，使得土壤具有電解質(zhì)的基本特征，如果管道金屬處于該種類型的電解質(zhì)中，則會(huì)產(chǎn)生多種類型的腐蝕電池。首先，由于管道金屬表面存在一定的差異性，因此，此時(shí)可以形成微腐蝕電池，受到金屬表面條件差異性的影響，將會(huì)出現(xiàn)一定的腐蝕反應(yīng)；其次，在土壤腐蝕性環(huán)境存在較大差異的前提下，可以形成宏觀的腐蝕電池，事實(shí)上，由于長(zhǎng)輸管道的距離相對(duì)較長(zhǎng)，不同區(qū)域管道所處環(huán)境的透氣性存在一定的差異，土壤中的氧氣含量也存在一定的差異，進(jìn)而使得腐蝕電池得到一定的發(fā)育，腐蝕電池陰陽兩極之間的距離可以達(dá)到數(shù)公里。對(duì)于土壤自身的腐蝕性而言，其可以使用土壤電阻率進(jìn)行表示，在土壤電阻率相對(duì)較低的前提下，土壤的腐蝕性將會(huì)大幅提升。微生物腐蝕也屬于常見的腐蝕類型，其主要指的是由于微生物生命活動(dòng)或者受微生物影響所引發(fā)的腐蝕問題，微生物腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，對(duì)于長(zhǎng)輸管道而言，無論是采用埋地敷設(shè)方式和采用架空敷設(shè)方式，其與微生物之間必產(chǎn)生緊密的接觸。事實(shí)上，每年由于微生物腐蝕問題所產(chǎn)生的管道金屬損失巨大，因此，對(duì)微生物腐蝕問題進(jìn)行合理的防護(hù)也十分關(guān)鍵。隨著我國(guó)陸地能源開采量的逐漸降低，我國(guó)的天然氣資源開發(fā)工作已經(jīng)逐漸從內(nèi)陸延伸到了海洋，我國(guó)海洋能源的儲(chǔ)備量相對(duì)較大。對(duì)于海上氣田而言，在對(duì)開發(fā)的天然氣進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理以后，將會(huì)通過海底管道將能源輸送到陸地，對(duì)于海底管道而言，其將會(huì)面臨嚴(yán)重的海水腐蝕問題。通過對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其屬于非常復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，如果管道處于海底環(huán)境中，其不但需要面臨海水腐蝕問題，還將面臨波浪以及潮流對(duì)于管道產(chǎn)生的應(yīng)力沖擊，同時(shí)，海洋環(huán)境中的微生物種類相對(duì)較多，大量的微生物將會(huì)附著在管道外壁上，并產(chǎn)生大量的代謝物，這將會(huì)加快管道的外腐蝕，隨著我國(guó)海洋能源開發(fā)量的逐漸提升，海底管道的數(shù)量也將會(huì)增加，在這種背景下，加快海底管道防腐技術(shù)的研究工作十分必要[5]。

2.2 管道內(nèi)腐蝕

在對(duì)天然氣能源進(jìn)行管道輸送的過程中，管道金屬將與天然氣介質(zhì)產(chǎn)生直接接觸。事實(shí)上，天然氣介質(zhì)的成分也相對(duì)較為復(fù)雜，除了常規(guī)的烷烴以外，還含有大量的二氧化碳、硫化氫等腐蝕性成分，受到輸送溫度、輸送壓力以及輸送速度等因素的影響，這些成分將會(huì)對(duì)管道內(nèi)壁產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。管道內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕問題的原因可以分為3個(gè)方面：首先，對(duì)于長(zhǎng)輸管道而言，其輸送量相對(duì)較大，輸送距離也相對(duì)較長(zhǎng)，管道內(nèi)的介質(zhì)長(zhǎng)期處于高溫高壓的環(huán)境中，這種類型的環(huán)境將會(huì)導(dǎo)致酸性氣體的活動(dòng)能力大幅提升，其自身的活性也將會(huì)增強(qiáng)，酸性物質(zhì)對(duì)金屬產(chǎn)生的腐蝕反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)，受到酸性氣體活動(dòng)能力以及自身活性的影響，化學(xué)反應(yīng)的速率也將會(huì)提升；其次，在對(duì)天然氣介質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送之前，一般會(huì)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行脫酸脫水處理，但是受到處理設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，部分游離水和固體介質(zhì)可能會(huì)進(jìn)入到管道中，即管道內(nèi)可能會(huì)存在氣液固三相，受到三相混流的影響，可能會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生沖刷腐蝕，這種類型的腐蝕現(xiàn)象在管道彎頭或者三通位置處十分常見；最后，管道內(nèi)也可能會(huì)出現(xiàn)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，這主要是因?yàn)榻橘|(zhì)中含有大量的腐蝕性成分，在管道內(nèi)環(huán)境達(dá)到一定的條件時(shí)，出現(xiàn)化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的概率將會(huì)提升，管道面臨安全風(fēng)險(xiǎn)問題的概率相對(duì)較大。

3 長(zhǎng)輸天然氣管道防腐措施研究

3.1 外防腐措施

針對(duì)管道外腐蝕問題，常見的防腐措施可以分為3種類型，首先，需要全面提高管道材料的質(zhì)量，對(duì)于我國(guó)部分長(zhǎng)輸管道而言，其運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，管道已經(jīng)面臨嚴(yán)重的腐蝕問題，且受到建設(shè)時(shí)期管道材料的影響，材料的抗腐蝕性能相對(duì)較低，針對(duì)該種類型的問題，需要及時(shí)對(duì)管道進(jìn)行更換。目前，市面上常見的抗腐蝕管道材料相對(duì)較多，需要對(duì)這些材料進(jìn)行對(duì)比和優(yōu)選，從材料的角度出發(fā)，全面提高其抗腐蝕性。其次，外防腐層是防止管道出現(xiàn)嚴(yán)重外腐蝕問題的關(guān)鍵性措施，其主要將管道本體與腐蝕性環(huán)境隔離，從物理的角度出發(fā)避免出現(xiàn)外腐蝕問題，該措施在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，但是在進(jìn)行管道建設(shè)的過程中，管道下管溝所使用的基本設(shè)備可能會(huì)導(dǎo)致管道出現(xiàn)外防腐層破損問題，如果管溝內(nèi)存在較為尖銳的固體，出現(xiàn)防腐層破損問題的概率也相對(duì)較高，在管道運(yùn)行的過程中，管道周圍可能會(huì)存在第三方施工現(xiàn)象，由于第三方施工人員對(duì)于管道并不了解，也不具備管道安全保護(hù)方面的相關(guān)知識(shí)，因此，第三方施工也可能會(huì)引發(fā)防腐層破損問題。針對(duì)該問題，需要定期對(duì)管道開展檢測(cè)工作，主要是對(duì)管道防腐層的完好性進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)防腐層存在破損問題，則需要立即對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，以此保障防腐層的完好性，保障防腐層可以充分發(fā)揮自身的價(jià)值與作用。最后，電化學(xué)腐蝕對(duì)于管道的危害高于化學(xué)腐蝕，電化學(xué)防護(hù)所發(fā)揮的作用也將高于其他類型的防護(hù)措施，在電化學(xué)防護(hù)方面可以采取的措施分為兩種類型，在管道距離相對(duì)較短的前提下，可以采用外加電流的陰極保護(hù)措施，在管道距離相對(duì)較長(zhǎng)的前提下，可以采用犧牲陽極的陰極保護(hù)措施，2種措施都是以原電池為基本原理，在構(gòu)建原電池的過程中，管道材料作為原電池的陰極進(jìn)而得到了保護(hù)，在管道運(yùn)行的過程中，陰極保護(hù)措施也可能會(huì)出現(xiàn)失效問題，針對(duì)該種類型的問題，需要定期對(duì)陰極保護(hù)措施進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)保護(hù)電流不足的問題，需要及時(shí)對(duì)保護(hù)電流進(jìn)行調(diào)整，如果發(fā)現(xiàn)犧牲陽極材料的損失較為嚴(yán)重，則需要對(duì)犧牲陽極材料進(jìn)行及時(shí)更換，使得陰極保護(hù)措施可以充分發(fā)揮作用。

3.2 內(nèi)防腐措施

針對(duì)長(zhǎng)輸管道內(nèi)腐蝕問題，可以采取的防腐措施分為三方面，首先，需要強(qiáng)化介質(zhì)的處理工作，在介質(zhì)進(jìn)入管道之前，需要對(duì)介質(zhì)進(jìn)行充分的脫水脫酸處理，需要介質(zhì)的處理企業(yè)而言，需要定期對(duì)處理設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，全面提高處理設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，從源頭的角度出發(fā)，保證清潔的能源進(jìn)入管道，以此避免管道內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕問題；其次，需要在管道內(nèi)壁增設(shè)涂層材料，涂層材料可以將介質(zhì)與管道金屬相互隔離，在腐蝕性介質(zhì)無法與管道金屬產(chǎn)生直接接觸的前提下，管道內(nèi)壁將無法產(chǎn)生內(nèi)腐蝕問題，同時(shí)，內(nèi)涂層材料的增設(shè)還可以提高介質(zhì)的輸送效率，對(duì)于提高管輸企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益十分有利，常見的涂層材料包括合成樹脂等；最后，如果介質(zhì)中的酸性成分含量相對(duì)較多，且無法對(duì)其進(jìn)行全面的脫除，在這種背景下，可以引入添加緩蝕劑的措施，即在管道入口處設(shè)置緩蝕劑添加設(shè)備，根據(jù)管輸量的基本情況，確定緩蝕劑的添加量，緩蝕劑只要是依靠分子作用力進(jìn)而吸附在管道內(nèi)壁上，使得管道內(nèi)壁金屬的電荷分布情況出現(xiàn)一定的變化，或者可以在管道內(nèi)壁形成保護(hù)膜，進(jìn)而阻止電荷的轉(zhuǎn)移，避免管道內(nèi)壁出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問題，該種類型防腐措施需要的成本費(fèi)用相對(duì)較低，且見效相對(duì)較快，對(duì)于各個(gè)區(qū)域的管道而言該措施都可以得到合理的應(yīng)用。目前，市場(chǎng)上常見的緩蝕劑類型相對(duì)較多，不同類型的緩蝕劑針對(duì)的腐蝕性介質(zhì)不同，管輸企業(yè)需要對(duì)介質(zhì)中腐蝕性物質(zhì)的成分進(jìn)行充分分析，以此對(duì)緩蝕劑進(jìn)行合理的選擇，保證緩蝕劑充分發(fā)揮作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，腐蝕是威脅長(zhǎng)輸管道運(yùn)行安全的重要因素，大量的管道安全風(fēng)險(xiǎn)事故都是由于管道腐蝕問題所引起，因此，管輸企業(yè)十分重視管道的防腐工作，管道腐蝕的機(jī)理相對(duì)較為復(fù)雜，管道所處的環(huán)境以及管道內(nèi)的介質(zhì)都可能會(huì)引發(fā)管道內(nèi)外腐蝕問題，單一的防腐措施難以發(fā)揮優(yōu)質(zhì)的效果。針對(duì)該問題，需要針對(duì)管道的內(nèi)腐蝕問題和外腐蝕問題，分別采取多種類型的防腐措施，全面降低管道的腐蝕速率，提高管道運(yùn)行的安全性。