基于天然氣長(zhǎng)輸管道的防腐與防護(hù)策略分析

安志強(qiáng)

山西壓縮天然氣集團(tuán)運(yùn)城有限公司 山西 運(yùn)城 044000

天然氣長(zhǎng)輸管道具有長(zhǎng)距離、大口徑、高壓力、連續(xù)輸送等特點(diǎn)，是天然氣輸送的重要基礎(chǔ)設(shè)施。因此管道敷設(shè)環(huán)境復(fù)雜，如土壤、水分、微生物等因素隨著環(huán)境條件變化而變化，導(dǎo)致天然氣長(zhǎng)輸管道存在嚴(yán)重的腐蝕問題。在管道管理中，工作人員要了解天然氣長(zhǎng)輸管道腐蝕的原因和特點(diǎn)，并采取有效的防護(hù)措施，保障管道安全。

1 天然氣長(zhǎng)輸管道的特點(diǎn)

天然氣長(zhǎng)輸管道埋設(shè)在地下，與地下水和土壤長(zhǎng)期接觸，這意味著管道受到地下環(huán)境的影響大，面臨腐蝕、侵蝕等問題，由于長(zhǎng)時(shí)間與地下環(huán)境接觸，管道可能會(huì)受到腐蝕、磨損等因素的影響，導(dǎo)致其使用壽命相對(duì)較短。管道長(zhǎng)期暴露在地下環(huán)境中，會(huì)受到地震、地質(zhì)變化等自然因素的影響，增加了管道的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。管道與地下水接觸，一旦發(fā)生泄漏或事故，會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成污染，因此對(duì)于天然氣長(zhǎng)輸管道的環(huán)境保護(hù)要求相對(duì)較高，而且天然氣長(zhǎng)輸管道維護(hù)和檢修難度較大，要采取特殊的技術(shù)手段和設(shè)備才能進(jìn)行有效的維護(hù)工作。

2 天然氣長(zhǎng)輸管道腐蝕的原因

2.1 管道材質(zhì)受環(huán)境影響

天然氣長(zhǎng)輸管道是由鋼鐵材料制成，在某些環(huán)境條件下，如潮濕、鹽分、氧氣等，都可能引發(fā)腐蝕，金屬與環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬損失和性能下降。在某些情況下，腐蝕可能會(huì)對(duì)管道的完整性造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致天然氣泄漏和其他安全問題，

2.2 管道防腐蝕措施不足

對(duì)于天然氣長(zhǎng)輸管道，采取防腐蝕措施是必要措施，然而，防腐蝕措施不足或不當(dāng)，就會(huì)增加管道的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。例如，如果涂層質(zhì)量差或維護(hù)不當(dāng)，可能導(dǎo)致局部區(qū)域出現(xiàn)腐蝕，此外，如果防腐蝕層受到損壞或剝落，而沒有及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，也會(huì)導(dǎo)致腐蝕加劇。涂層質(zhì)量差或維護(hù)不當(dāng)，可導(dǎo)致局部區(qū)域出現(xiàn)腐蝕，如果在防腐蝕層受到損壞或剝落的情況下，卻沒有及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，也會(huì)導(dǎo)致腐蝕加劇，管道的安全性被破壞[1]。

2.3 管道應(yīng)力水平不同

天然氣長(zhǎng)輸管道腐蝕會(huì)受到管道應(yīng)力水平不同的影響而發(fā)生，管道應(yīng)力水平不同，其抵抗外界環(huán)境侵蝕的能力也不同，在運(yùn)輸過程中會(huì)受到各種力的作用，包括內(nèi)部壓力、外部地質(zhì)應(yīng)力、溫度變化等，導(dǎo)致管道產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力的分布不均勻可能會(huì)引發(fā)腐蝕問題。在管道的彎曲、連接處、焊縫等部位，由于幾何形狀的變化和應(yīng)力集中的效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致這些區(qū)域的應(yīng)力水平相對(duì)較高，高應(yīng)力區(qū)域容易引發(fā)腐蝕，尤其是在存在腐蝕介質(zhì)的情況下。高應(yīng)力區(qū)域的存在會(huì)使管道的材料變得脆弱，容易受到腐蝕介質(zhì)的侵蝕，導(dǎo)致腐蝕的加速，腐蝕和應(yīng)力之間存在相互作用的關(guān)系，腐蝕會(huì)降低材料的強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)一步影響管道的應(yīng)力分布，天然氣長(zhǎng)輸管道施工流程見圖1。

圖1 天然氣長(zhǎng)輸管道施工流程

3 天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕防護(hù)策略

3.1 使用防腐層保護(hù)措施，防范管道腐蝕

使用防腐層保護(hù)措施，例如煤焦油瓷漆涂層、熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層，在一定程度上防范管道腐蝕，在管道表面涂覆一層防腐蝕涂層，隔離管道與環(huán)境的接觸，減少化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，有效防止管道腐蝕。其中，煤焦油瓷漆涂層和熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層是兩種常見的涂層保護(hù)措施，煤焦油瓷漆涂層是一種由煤焦油和瓷漆樹脂混合而成的材料，具有很好的防水性和抗老化性，在惡劣的環(huán)境條件下可以保護(hù)管道。這種涂層可以在管道表面形成一層堅(jiān)韌的保護(hù)膜，有效抵抗了多種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，同時(shí)防止氧氣和水分滲透到管道表面。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層是一種熱固性材料，經(jīng)過高溫熔融和快速冷卻，形成一層致密的保護(hù)膜，涂層具有很高的附著力和耐磨性，在管道表面形成一層堅(jiān)固的保護(hù)屏障，其優(yōu)點(diǎn)是抗腐蝕性能強(qiáng)，有效防止了管道腐蝕，還可以提高管道的耐磨性能。使用涂層保護(hù)措施可以在一定程度上防范管道腐蝕，但要注意的是，防護(hù)效果并不是絕對(duì)的，在復(fù)雜的環(huán)境條件下，涂層可出現(xiàn)老化、剝落等情況，因此要定期檢查和維護(hù)涂層，及時(shí)修復(fù)損壞的區(qū)域，以保持其防護(hù)效果。此外，為了提高涂層的防護(hù)效果，還可以采取其他措施，如加強(qiáng)涂層施工質(zhì)量、選擇合適的涂層材料、控制管道表面處理質(zhì)量等[2]。

3.2 加強(qiáng)防護(hù)措施，利用電化學(xué)保護(hù)法

加強(qiáng)防護(hù)措施，利用電化學(xué)保護(hù)法，施加外部電流或電位，保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)免受腐蝕，首先要設(shè)計(jì)一個(gè)合適的陰極保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括陰極保護(hù)電源、陽(yáng)極、引線等組件，陰極保護(hù)電源用于提供所需的電流，陽(yáng)極則被安裝在管道周圍的地下區(qū)域。陽(yáng)極材料以高電化學(xué)活性的金屬或合金為主，例如鋁、鋅、鎂等，旨在保障陽(yáng)極在電化學(xué)保護(hù)過程中可以被消耗，而不影響管道的結(jié)構(gòu)。在天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕防護(hù)中，將陽(yáng)極安裝在管道周圍的地下區(qū)域，以均勻分布的方式安置在需要保護(hù)的區(qū)域內(nèi)。不同類型的陽(yáng)極具有不同的特性和適用場(chǎng)合，根據(jù)管道的具體情況和陰極保護(hù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行選擇，常見的陽(yáng)極類型包括鋅陽(yáng)極、鎂陽(yáng)極和硅鐵陽(yáng)極等。安裝陽(yáng)極時(shí)，要將陽(yáng)極埋設(shè)在地下，使其與管道周圍的土壤接觸。利用陽(yáng)極的電化學(xué)反應(yīng)，將管道上的電流導(dǎo)出，從而防止管道腐蝕，增強(qiáng)陽(yáng)極的有效性，對(duì)陽(yáng)極與管道的連接部分進(jìn)行良好的電氣連接，以避免產(chǎn)生電位差。除了選擇合適的陽(yáng)極類型和將其埋設(shè)在地下外，還要注意陽(yáng)極的分布方式，使電流均勻地分布在管道周圍，將陽(yáng)極以一定的間距安置，每隔一段距離安裝一個(gè)陽(yáng)極，保障管道的各個(gè)部分得到充分的保護(hù)。

在安裝陽(yáng)極后，還要進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)，包括檢查陽(yáng)極是否正常工作、電流密度是否符合要求、電氣連接是否良好等，如果發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極出現(xiàn)故障或電流密度異常，要及時(shí)進(jìn)行維修或更換，以促進(jìn)陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。使用導(dǎo)線將陽(yáng)極與陰極保護(hù)電源連接，促使電流流動(dòng)。調(diào)整陰極保護(hù)電源的輸出電流密度，保持管道周圍的土壤具有足夠的電位，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的有效保護(hù)。定期對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查電流密度、電位等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整和維護(hù)，以維護(hù)陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，在一定程度上減緩管道的腐蝕速度，延長(zhǎng)其使用壽命[3]。

3.3 加強(qiáng)調(diào)研分析，預(yù)防管壁裂紋問題

防范天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕問題，要了解管道工程的情況，包括對(duì)管道的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)，掌握管道的特點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，有針對(duì)性地采取腐蝕防護(hù)措施，考慮到過高的輸送壓力可能導(dǎo)致管道破裂或泄漏，而過大的壓力波動(dòng)則可能引起管道材料的疲勞和裂紋，因此要對(duì)輸送壓力和壓力波動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)的分析，以確定合理的輸送壓力范圍和壓力波動(dòng)幅度。管道的直徑、長(zhǎng)度、材料、壁厚等管道結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，直接影響到管道的承載能力和穩(wěn)定性，較大的直徑和厚實(shí)的壁厚可以承受更高的壓力。天然氣的密度、粘度、壓縮因子等物性參數(shù)會(huì)影響其在管道內(nèi)的流動(dòng)特性，從而影響到輸送壓力的選擇，因此在調(diào)研分析環(huán)節(jié)，要掌握此類參數(shù)數(shù)據(jù)。

查詢管道周圍的環(huán)境條件，包括地質(zhì)情況（如土壤類型）、溫度、濕度等因素，對(duì)影響管道穩(wěn)定性和腐蝕狀況的因素進(jìn)行合理分析，了解預(yù)期的天然氣流速和流量，為設(shè)計(jì)輸送壓力奠定基礎(chǔ)，借助工程計(jì)算或模擬的方式，確定各項(xiàng)參數(shù)。全面考慮以上因素，制定出合理的輸送壓力和壓力波動(dòng)控制方案，減少管壁裂紋等問題的發(fā)生，保持管道的安全可靠運(yùn)行，遵循相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證設(shè)計(jì)方案的合法合規(guī)性。注意其他可能引起管壁裂紋的因素，例如，管道的支撐和固定結(jié)構(gòu)影響管道的穩(wěn)定性和安全性，此外，土壤移動(dòng)、地質(zhì)災(zāi)害等外部因素也可能對(duì)管道造成損害管道防腐補(bǔ)口工見圖2[4]。

圖2 管道防腐補(bǔ)口工序

3.4 利用外加電流陰極保護(hù)技術(shù)，保護(hù)防腐層

利用外加電流陰極保護(hù)技術(shù)，施加外部電流來保護(hù)管道免受腐蝕，要設(shè)計(jì)一個(gè)完善的陰極保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括陰極保護(hù)電源、陽(yáng)極、引線等組件，陰極保護(hù)電源用于提供所需的電流，陽(yáng)極則被安裝在管道周圍的地下區(qū)域。選用高電化學(xué)活性的金屬或合金，例如鋁、鋅、鎂等，以確保陽(yáng)極在電化學(xué)保護(hù)過程中可以被消耗，而不影響管道的結(jié)構(gòu)。

將陽(yáng)極安裝在管道周圍的地下區(qū)域，以均勻分布的方式安置在需要保護(hù)的區(qū)域，使用導(dǎo)線將陽(yáng)極與陰極保護(hù)電源連接，調(diào)整陰極保護(hù)電源的輸出電流密度，保障管道周圍的土壤具有足夠的電位，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的保護(hù)。定期對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查電流密度、電位等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，如果發(fā)現(xiàn)電流密度、電位等參數(shù)不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和維護(hù)，調(diào)整陰極保護(hù)系統(tǒng)的參數(shù)、更換失效的設(shè)備、修復(fù)管道表面的問題，保護(hù)管道免受腐蝕[5]。

3.5 加強(qiáng)遠(yuǎn)程在線技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

加強(qiáng)遠(yuǎn)程在線通訊自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和異常排查，其中應(yīng)用到了傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸通道等組件，將組件安裝在天然氣長(zhǎng)輸管道的關(guān)鍵部位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。采用先進(jìn)的遠(yuǎn)程在線通訊技術(shù)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心或相關(guān)部門，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理，其中涵蓋了包括無(wú)線通訊、互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)确绞?。借助傳感器，不斷采集與管道相關(guān)的信息，如溫度、壓力、腐蝕程度等數(shù)據(jù)，輸送到數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行處理，形成可用于分析的數(shù)字信息。

在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)定預(yù)警閾值，一旦監(jiān)測(cè)到管道狀態(tài)異常（如腐蝕速度超過設(shè)定值、壓力異常等），在系統(tǒng)中自動(dòng)將警報(bào)信息發(fā)送給相關(guān)人員，以便及時(shí)采取措施。盡管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但仍需要定期進(jìn)行人工巡檢和維護(hù)，以保持監(jiān)測(cè)設(shè)備的正常運(yùn)行和準(zhǔn)確性。借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家在管道監(jiān)測(cè)方面的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)和管理方法，可以提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效率和精度，保障天然氣輸送的順暢進(jìn)行[6]。

4 結(jié)論

綜上所述，深入分析和研究天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕原因，制定防護(hù)策略，延長(zhǎng)天然氣長(zhǎng)輸管道工程的使用壽命，對(duì)于我國(guó)的社會(huì)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和管道工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。在具體的策略應(yīng)用和實(shí)踐中，要以增強(qiáng)長(zhǎng)輸管道內(nèi)腐蝕性能為目的，最大限度的延長(zhǎng)管道的使用周期，切實(shí)提高管道安全性、可靠性，在技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐中，積累豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)天然氣管道工程的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。