浅议天然气输送管道的腐蚀及防护技术

　　摘要：文章介绍了天然气输送管道在大气、土壤等不同铺设条件下腐蚀的形成及影响因素，针对不同铺设条件下的腐蚀介绍了相应地防护措施。
　　关键词：天然气；管道；腐蚀；防腐技术
　　
　　一、前言
　　
　　天然气根据其存在方式可分为伴生气和非伴生气，它是一种气态的烃类物质。近年来，随着环保要求日益严格及煤炭供需形势的日趋紧张，天然气作为一种清洁能源，在城市燃气供应中越来越受到重视。资源分布等特定条件的影响，决定了天然气的主体流向是由西向东，其输送管线，往往长达数百公里甚至上千公里，而且由于空间等因素的限制，一般多采用埋地铺设，因此其管道的防腐技术就显得非常重要。
　　
　　二、天然气管道的腐蚀与防护
　　
　　由于天然气管道在铺设后所处的地质结构和自然环境不同，其腐蚀的特征和影响因素也不尽相同，因此，应根据不同情况有针对性地采取防腐措施，以减缓大气、土壤及介质等对管道的腐蚀，延长管道的使用寿命，保证天然气的输送安全。
　　（一）大气腐蚀及其防护措施
　　大气中能使管道发生腐蚀的物质有水、腐蚀性气体、酸雾、颗粒物、滴溅液等。绝大多数情况下，水和酸性气体等是使管道发生生锈等腐蚀的主要因素。下面就主要因素分别加以阐述：
　　1、水（汽）腐蚀及其防护。大气中的水（汽）对金属管道的腐蚀主要是基于下面的原理：水可以离解成H +和OH-，使金属管道发生电化学反应，从而产生腐蚀，而且PH值的不同对金属及其氧化物的影响非常大。由于该类腐蚀程度一般较小且容易发现和处置，因此一般采用将管表除锈后刷涂2-3遍防锈漆和管道电保护法结合的防护措施。
　　2、酸性物质的腐蚀及防护。大气中常见的酸性物质一般指SO2，尤其是在工业废气污染地区，这类腐蚀相对来说更为突出，管道在该环境下的腐蚀速率随着大气中SO2含量的增加而迅速增加。该类腐蚀程度和腐蚀速率一般较大，一般采用在管道施工前对其除锈、刷涂2-3遍防锈漆再外缠专用玻璃布等形式进行防护。
　　（二）土壤腐蚀及其防护
　　普通碳钢材质管道在埋地过程中腐蚀发生的原因比较复杂，总的说来，发生的腐蚀可分为四类：化学腐蚀、电化学腐蚀、杂散电流的腐蚀、微生物引起的腐蚀等。化学腐蚀是一种全面的腐蚀，其造成的管道外壁变薄是均匀的，因此危害相对较小；而其他几类则易形成局部腐蚀乃至穿孔，危害严重，本文将对此进行详细介绍。
　　1、土壤腐蚀的种类。第一，电化学腐蚀。由于管道所埋土壤各处的物理化学性质不同、碳钢管道各部分的金相结构不同，如晶格缺陷、杂质、内部应力、表面粗糙程度等原因，一部分金属易电离，带正电的金属离子离开金属转移到土壤中，从而该段电子过剩电位变负；而另一部分金属相对不容易电离，电位较正，从而在两段间发生电子流动即发生氧化还原反应。失去电子的管段成为阳极区，得到电子管段则成为阴极区，并和土壤一起组成回路，形成了电化学电流即腐蚀电流。该回路的存在导致阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀乃至穿孔。第二，杂散电流对管道的腐蚀。由于外界各种电气设备的漏电与接地，在土壤中会形成杂散电流。杂散电流的一部分又可能流入、流出埋地管线，在电流离开金属管线流入土壤处，金属管道壁产生腐蚀。其原理类似电化学腐蚀，只不过其速度和程度远大于单纯的电化学腐蚀。杂散电流又可分为直流电和交流电，根据腐蚀发生原理可知，直流电流的危害最大。第三，微生物引起的腐蚀。据报道，土壤中存在的微生物有时会参与腐蚀过程，不同微生物的腐蚀行为的条件各不相同。例如，硫酸盐还原菌能将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，使土壤中氢离子浓度增加从而加速金属管道的腐蚀。但其最适宜的土壤PH值为4.5-9.0，在3.5以下或11.0以上时则完全受到抑制。
　　2、土壤腐蚀的防护。目前国内外对埋地管道所采用的防护主要有外层防腐和电保护法。外层防腐种类很多，有沥青、塑料防腐绝缘层、环氧粉末喷涂、搪瓷涂层及水泥砂浆涂层等。沥青是应用最多和效果较好的防腐材料。塑料防腐层在强度、弹性、化学稳定性、防水、电绝缘等方面优于沥青，但价格较贵，目前还无法与沥青竞争，只用于特殊场合。沥青防腐层一般由沥青、玻璃布和专用聚氯乙烯塑料布组成。它又可分为石油沥青和环氧煤沥青两种，其防腐层结构见表1和表2。电保护法又可分为三种，即外加阴极保护法、牺牲阳极保护法和排流保护法。第一，外加阴极保护法。利用外加直流电源，使金属管道对土壤形成负电位从而避免腐蚀的方法，其保护半径为R=15-20km。因此，一般需沿管道铺设方向每隔一定距离设立阴极保护站。第二，牺牲阳极保护法。采用比金属管道材质电极电位更负的金属和管道相连，二者与电解质溶液即土壤形成原电池，从而保护管道免于腐蚀，但阳极在输出电流过程中破坏，一般可用的阳极为镁、铝、锌及其合金等。利用该法时被保护管道的防腐层绝缘性应良好。第三，排流保护法。用排流导线将管道与其附近可产生杂流的电器设备连接，使杂流不经过土壤而单向流会电源的负极，从而保证管道不受腐蚀。一般情况下，埋地管道的防护都采用涂层防护和电保护相结合的方法，从而达到较理想的防腐效果。
　　
　　
　　（三）介质腐蚀及防护
　　介质腐蚀顾名思义是由于管道中的介质引起的腐蚀。天然气中不可避免的含有水、H2S、CO2、O2和硫化物等杂质，这些杂质的存在会对输送管道的内壁产生腐蚀。水可在内壁形成一层膜，形成原电池腐蚀的条件；而上述酸性物质则直接可形成化学腐蚀。
　　介质腐蚀的防护一般是采用介质净化、管道内壁涂层和添加化学药剂等措施。其中介质净化是根本措施，对于燃气而言则是在前段工序中将酸性物质等去除，使杂质含量达到允许值；可作内壁涂层材料的一般是合成树脂、环氧树脂等；
　　
　　三、结束语
　　
　　在现有的天然气输送管道防护措施中，每一种措施都有其相应的应用范围和适用条件，也各有其优点和劣势，因此，应该因地制宜、相互配合，做到既能保证安全运行，又不浪费材料、增加无谓的成本。
　　
　　参考文献：
　　1、费宝根.天然气长输管线施工技术[J]