天然氣管道腐蝕的形成與防腐保護(hù)措施

溫少飛，謝曉東，張楊

（1.中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司,天津 300457；2.華油鋼管有限公司，河北 滄州 062650）

天然氣作為清潔能源的重要組成部分，其在能源供應(yīng)中的地位日益突出。對(duì)于天然氣管道而言，其承擔(dān)著將天然氣從產(chǎn)地運(yùn)輸?shù)较M(fèi)地的關(guān)鍵任務(wù)。然而，由于管道的特殊性，容易受到腐蝕的影響，從而對(duì)管道的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。為了防止天然氣管道腐蝕，選擇抗腐蝕性能良好的材料，對(duì)管道進(jìn)行防腐涂層處理，有效隔離管道與環(huán)境接觸，減少腐蝕的可能?？刂铺烊粴庵械乃趾?，防止水蒸氣的凝結(jié)和液態(tài)水的腐蝕作用。施加外電源使管道表面產(chǎn)生負(fù)電極，在陽(yáng)極處形成陰極保護(hù)層，減少電化學(xué)腐蝕。另外，定期對(duì)管道進(jìn)行檢查，及時(shí)修補(bǔ)和更換受損的部分，保證管道的完整性和可靠性。

1 天然氣管道防腐工作的重要意義

腐蝕是天然氣管道長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中面臨的主要威脅之一，由于地下環(huán)境復(fù)雜，天然氣管道易受腐蝕，導(dǎo)致管道壁厚減薄、裂紋、泄漏甚至失效，給管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)威脅。天然氣是一種可燃?xì)怏w，管道泄漏會(huì)影響天然氣的供應(yīng)和流量，造成運(yùn)行中斷和供氣不穩(wěn)定的問(wèn)題，造成環(huán)境污染和溫室氣體排放，對(duì)大氣和自然生態(tài)產(chǎn)生不良影響。嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)天然氣泄漏和釋放，對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成巨大的損害。天然氣管道是一項(xiàng)長(zhǎng)期投資，腐蝕引起的管道損壞和泄漏造成能源資源的浪費(fèi)，同時(shí)，還需要投入大量資金進(jìn)行維修和替換。防腐工作保持管道的良好狀態(tài)，確保天然氣的連續(xù)供應(yīng)和穩(wěn)定運(yùn)行，能有效延長(zhǎng)管道的使用壽命，減少因腐蝕而導(dǎo)致的管道維修、更換和重建的成本，提高管道的安全性和可靠性。另外，通過(guò)有效的管道防腐工作，減少泄漏的發(fā)生，保護(hù)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。

2 天然氣管道腐蝕主要原因

2.1 土壤腐蝕

土壤中存在一些對(duì)金屬材料產(chǎn)生腐蝕的物質(zhì)，比如，含有酸性物質(zhì)、鹽分或者其他化學(xué)物質(zhì)的土壤，與管道表面的金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致管道的腐蝕。土壤腐蝕與土壤的類(lèi)型和成分有關(guān)。酸性土壤、含有硫化物或氯化物的土壤等，加速腐蝕過(guò)程，對(duì)管道造成損害。此外，濕潤(rùn)的土壤會(huì)導(dǎo)致氧氣和水分接觸到管道表面，形成一個(gè)濕度環(huán)境，從而加速腐蝕過(guò)程。尤其是在高濕度和高溫條件下，腐蝕速度更快。當(dāng)土壤中的水與管道表面接觸時(shí)，溶解在水中的無(wú)機(jī)鹽會(huì)形成腐蝕面，并加速管道的腐蝕。這些無(wú)機(jī)鹽包括氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽等，具有腐蝕性。此外，一些腐蝕性微生物在土壤中大量繁殖，形成生物膜或者生物酸，進(jìn)一步加劇天然氣管道的腐蝕作用，比如，硫酸鹽還原菌、鐵化細(xì)菌等。

2.2 微生物腐蝕

微生物腐蝕是一種由于微生物的活動(dòng)而導(dǎo)致的管道腐蝕現(xiàn)象。微生物腐蝕主要分為兩種類(lèi)型：生物腐蝕和微生物產(chǎn)酸腐蝕。生物腐蝕是由微生物附著在管道表面并形成生物膜，通過(guò)代謝產(chǎn)生的酶和酸性代謝物導(dǎo)致管道腐蝕。這些微生物可以從水、土壤或空氣中進(jìn)入管道系統(tǒng)，附著在管道表面并形成黏附層。生物膜會(huì)阻礙防腐涂層與金屬之間的接觸，從而降低管道的防護(hù)能力。而且，微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的酸性代謝物會(huì)降低管道的pH 值，破壞管道的保護(hù)膜，進(jìn)一步導(dǎo)致腐蝕。微生物腐蝕不僅會(huì)導(dǎo)致管道金屬的損失，還會(huì)引起管道的泄漏和斷裂，給管道運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

2.3 大氣腐蝕

大氣腐蝕是指管道暴露在大氣環(huán)境中，由于氧氣、水蒸氣、硫化物、氯化物等物質(zhì)的作用，導(dǎo)致管道表面發(fā)生腐蝕的過(guò)程。大氣腐蝕主要分為濕式腐蝕和干式腐蝕兩種類(lèi)型。濕式腐蝕是指在濕潤(rùn)環(huán)境中，管道表面的水分和氣體中的氧氣、酸性物質(zhì)等相互作用，形成電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬表面的氧化和腐蝕。濕式腐蝕通常發(fā)生在高濕度、多雨的氣候條件下，如沿海地區(qū)或高濕度地區(qū)。干式腐蝕是指在干燥環(huán)境中，管道表面的水分蒸發(fā)，形成鹽類(lèi)、灰塵等物質(zhì)，這些物質(zhì)可以吸附在管道表面形成腐蝕性層，并與氧氣和其他氣體反應(yīng)，引發(fā)腐蝕。大氣腐蝕會(huì)導(dǎo)致管道表面產(chǎn)生銹蝕、腐蝕溝槽和金屬失效，降低管道的強(qiáng)度和耐久性，甚至可能引發(fā)管道泄漏和斷裂等嚴(yán)重事故。

2.4 海水腐蝕

海水中含有多種腐蝕性物質(zhì)，包括氯離子、硫酸鹽、堿金屬離子等，這些物質(zhì)會(huì)與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起腐蝕。海水腐蝕的速度取決于多個(gè)因素，包括海水溫度、氧含量、鹽濃度、金屬材料的組成和涂層的質(zhì)量等。一般來(lái)說(shuō)，高溫、高鹽濃度和低氧含量的海水會(huì)加速腐蝕過(guò)程。海洋環(huán)境中的海水具有較強(qiáng)的沖擊力，這會(huì)導(dǎo)致管道和設(shè)備的腐蝕和損壞。海洋微生物也是一個(gè)重要的因素，附著在管道表面形成生物膜，并產(chǎn)生酸性物質(zhì)和腐蝕性代謝產(chǎn)物，加速管道的腐蝕過(guò)程。這種腐蝕現(xiàn)象被稱(chēng)為微生物腐蝕（MIC），在海洋環(huán)境中尤為常見(jiàn)。

2.5 管道內(nèi)部腐蝕

管道內(nèi)部腐蝕對(duì)管道的安全性和可靠性產(chǎn)生了重大影響，導(dǎo)致管道壁厚度減少、管道強(qiáng)度下降，甚至引發(fā)管道泄漏或破裂等嚴(yán)重后果。管道內(nèi)部腐蝕的類(lèi)型主要有以下幾種：（1）統(tǒng)一腐蝕。在管道內(nèi)壁均勻發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致管道壁厚度逐漸減少。（2）點(diǎn)蝕腐蝕。在管道內(nèi)壁的局部發(fā)生腐蝕，形成小孔或凹坑。（3）返蝕腐蝕。由于金屬表面的氧化被還原物質(zhì)迅速還原，導(dǎo)致局部腐蝕加劇，形成管道內(nèi)壁的凹陷或穿孔。管道內(nèi)部腐蝕主要受到以下因素的影響：天然氣中可能含有酸性成分，如硫化氫、二氧化碳等。這些酸性物質(zhì)與管道內(nèi)壁形成化學(xué)反應(yīng)，引起腐蝕。天然氣輸送過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間處于高壓高溫狀態(tài)，使管道內(nèi)壁涂層的消耗加劇，增加了腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。天然氣輸送過(guò)程中可能存在水、液態(tài)碳水化合物等自由液體，不同物質(zhì)的共存會(huì)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，加劇管道內(nèi)部的腐蝕。

3 天然氣管道防腐措施

3.1 初期建設(shè)防腐措施

選擇抗腐蝕性能良好的材料，如具有良好耐腐蝕性能的鋼材、特殊合金材料或聚合物材料。在管道材料的起重、運(yùn)輸和存放過(guò)程中，需注意避免與其他金屬材料接觸，避免損傷防腐層。在安裝前，對(duì)鋼管進(jìn)行表面處理，如除銹、除油、除塵等，以確保防腐層的黏附性和耐久性。在表面處理后，施加適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)涂層，如環(huán)氧樹(shù)脂涂層、聚乙烯涂層等，以提供永久性的防腐保護(hù)。在鋪設(shè)管道時(shí)，需注意避免與砂石、巖石等銳利物體接觸，以防止防腐層的破損。對(duì)于管道的接頭和焊縫等易受腐蝕的部位，特別需加強(qiáng)防護(hù)，如使用防腐膏、防腐膠帶等。

3.2 日常管理防腐措施

定期對(duì)防腐涂層進(jìn)行檢查，包括外觀觀察、涂層厚度測(cè)量和黏結(jié)力測(cè)試等。及時(shí)發(fā)現(xiàn)涂層破損、脫落或退化情況，采取修補(bǔ)和維護(hù)措施。定期清洗管道表面，去除附著的塵土、污垢和化學(xué)物質(zhì)等，保持防腐涂層的整潔和光滑。避免使用有機(jī)溶劑或酸堿性清潔劑，以免損害涂層。在管道附近設(shè)置保護(hù)措施，防止機(jī)械碰撞、磨損和化學(xué)品的侵蝕。比如，設(shè)置護(hù)欄、防撞柱和警示標(biāo)志等。管道涂層的防水性能和防潮性能是關(guān)鍵。要確保涂層不受到水分和潮濕環(huán)境的侵蝕，避免產(chǎn)生腐蝕或涂層剝落的問(wèn)題?？刹捎梅浪繉踊蚍莱睂舆M(jìn)行保護(hù)。對(duì)已經(jīng)存在的涂層進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng)，如涂層的修補(bǔ)、補(bǔ)漆和防腐處理等。根據(jù)涂層的使用壽命和環(huán)境條件，制定合理的維護(hù)計(jì)劃。對(duì)防腐涂層的管道進(jìn)行標(biāo)識(shí)，包括管道功能、防腐涂層型號(hào)和施工日期等信息，便于日常管理和維護(hù)。

3.3 管道涂層防腐措施

外壁防腐通常采用不同類(lèi)型的防腐涂層。石油瀝青是一種常用的防腐涂層材料，它具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和耐磨損性能?？梢酝ㄟ^(guò)噴涂、刷涂、浸涂或沉積等方法施工。煤焦油瓷漆適用于高溫和酸堿環(huán)境下，提供較好的防腐蝕保護(hù)，并具有良好的耐磨損性能。環(huán)氧粉末涂層和三層復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層是一種較新的防腐涂層技術(shù)，具有優(yōu)異的阻隔性能和耐腐蝕性能，能夠提供更長(zhǎng)久的防護(hù)。PF 型環(huán)氧煤瀝青冷纏帶是一種常用的管道防腐材料，提供良好的防腐蝕性能和抗機(jī)械損傷性能。RPC 型環(huán)氧煤瀝青冷纏帶是一種具有橡膠防護(hù)層的防腐材料，具有良好的防水性能和耐腐蝕性能。防腐涂層材料根據(jù)管道的具體要求和使用環(huán)境進(jìn)行選擇。無(wú)溶劑環(huán)氧涂層內(nèi)減阻涂層可以減少管道內(nèi)部流體的阻力，提高管道的輸送效率。良好的黏附力能夠牢固地附著在管道內(nèi)壁上，不易剝離。

在施加涂層前，必須對(duì)管道表面進(jìn)行徹底的清潔和處理，以去除油脂、污垢和銹跡。通常使用噴砂、噴丸或化學(xué)清洗等方法進(jìn)行表面處理。根據(jù)管道的環(huán)境條件和用途選擇合適的防腐涂層。常見(jiàn)的防腐涂層包括聚乙烯、環(huán)氧涂層、聚胺脂涂層等。涂層應(yīng)具有良好的抗腐蝕性能和耐磨損性能。通常采用噴涂、涂刷或浸涂的方法施加涂層。在施工過(guò)程中，需要對(duì)涂層進(jìn)行質(zhì)量控制，包括涂層厚度的測(cè)量、涂層的均勻性檢查和涂層的質(zhì)量驗(yàn)收等。管道接頭是腐蝕的薄弱點(diǎn)，需要特別注意防護(hù)。使用特殊的防銹劑或涂層對(duì)接頭進(jìn)行保護(hù)。管道涂層需要定期檢查和維護(hù)，以確保其防腐蝕性能。定期檢查涂層的損壞、劃痕和腐蝕跡象，并及時(shí)修復(fù)。

3.4 天然氣凈化

在天然氣進(jìn)入輸氣管道前，需要進(jìn)行預(yù)處理，以去除塵粒、凝析液、水和其他有害組分，以得到干燥且符合管道運(yùn)輸質(zhì)量要求的天然氣。使用過(guò)濾器和除塵器來(lái)去除天然氣中的固體顆粒和雜質(zhì)，通過(guò)冷卻和凝結(jié)作用，將天然氣中的凝析液分離出來(lái)。水分的存在可能會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)部的腐蝕和氣體流動(dòng)問(wèn)題，使用水分去除設(shè)備（例如吸附劑或水分除濕器）來(lái)去除天然氣中的水分。

3.5 電化學(xué)防腐

電化學(xué)防腐基于兩種基本反應(yīng)：陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)。陽(yáng)極反應(yīng)是金屬氧化的過(guò)程，也稱(chēng)為腐蝕反應(yīng)，釋放電子并氧化成陽(yáng)離子。陰極反應(yīng)是在金屬表面還原的過(guò)程，通過(guò)施加外部電流或提供陰極保護(hù)劑，陰極吸收電子并還原。兩種反應(yīng)共同作用，形成一個(gè)電池系統(tǒng)，將腐蝕電流從金屬轉(zhuǎn)移到保護(hù)體上，從而減緩或防止金屬的腐蝕。在結(jié)構(gòu)表面放置一個(gè)陽(yáng)極，如鋁或鋅，使其成為腐蝕體。當(dāng)管道與陽(yáng)極進(jìn)行電連接后，陽(yáng)極就會(huì)犧牲自身，通過(guò)氧化反應(yīng)釋放電子來(lái)供給管道的還原反應(yīng)，管道則得到防腐蝕保護(hù)。外加電流的陰極保護(hù)措施適用于各種金屬結(jié)構(gòu)，能夠提供均勻的防腐蝕保護(hù)，相比犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)方式具有更長(zhǎng)的使用壽命。然而，該方法需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，以確保外部電流的適當(dāng)施加和監(jiān)測(cè)。

3.6 緩蝕劑防腐

緩蝕劑通過(guò)在金屬表面形成一個(gè)保護(hù)性的薄膜或阻擋層，防止金屬與腐蝕介質(zhì)接觸，從而減緩腐蝕速率。緩蝕劑通過(guò)吸附在金屬表面，形成的吸附層會(huì)減緩金屬與腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率。與腐蝕介質(zhì)中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生無(wú)害的或不易溶解的產(chǎn)物，從而減少腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行。與其他防腐方法相比，緩蝕劑防腐的成本較低。很容易應(yīng)用于金屬表面，可以通過(guò)涂覆、噴涂或浸泡等方式。緩蝕劑通常提供臨時(shí)性的保護(hù)，需要定期重新應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

天然氣管道腐蝕是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致管道破裂、泄漏和安全隱患。腐蝕的形成與多種因素有關(guān)，包括介質(zhì)成分、溫度、壓力、濕度和管道材料。為了有效地防止天然氣管道腐蝕，考慮到管道的特點(diǎn)、運(yùn)行條件和經(jīng)濟(jì)因素等，根據(jù)管道的具體情況進(jìn)行評(píng)估和制定綜合的防腐措施，有效保護(hù)天然氣管道免受腐蝕的影響，確保管道的安全性和可靠性。