天然气管道输送过程中管道防腐的研究以及防腐方法的创新

伍禹臣

摘要：管道的腐蚀是造成天然气输送过程中发生事故的重要原因之一，伴随着能源市场需求的增长，天然气管道发展迅速，进行天然气管道输送过程中的防腐研究和防腐方法的创新探索，具有极大的意义。文章首先对天然气管道在输送过程中的管道腐蚀进行成因和形态的分析，并以天然气管道在输送过程中的防腐策略创新为重点，从管道外层防腐等三个方面进行防腐方法的创新探讨。

关键词：天然气管道；管道腐蚀；土壤腐蚀；腐蚀电流；大气腐蚀；细菌腐蚀

中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0019-03

1 天然气管道输送过程中管道腐蚀的分析

1.1 管道腐蚀的成因

1.1.1 土壤腐蚀和管道腐蚀。其一，作为具有液、固、气三相的多孔性胶质体，土壤空隙充满水和气，水中所含的一定量的盐使得土壤含有离子导电性。天然气管道所经的土壤，物化性质各不相同，加之管道每一部分的金相结构各异，容易导致管道形成电化学电流，即腐蚀电流，产生土壤腐蚀。其二，一般而言，长输埋地的管道表面多包裹着防腐层，用以隔离管道和腐蚀介质，防止土壤腐蚀。然而，由于施工过程当中防腐层可能被碰撞损坏，防腐层随着管道使用时间的增加而老化龟裂、剥离，都容易导致土壤当中的腐蚀介质浸入管体的外壁，造成腐蚀。

1.1.2 大气腐蚀和细菌腐蚀。其一，大气当中的水蒸气容易在管道的金属表面凝结成水膜，水膜溶解了空气中的气体和其他杂质，会起到电解液作用，造成金属表面的化学腐蚀。此外，气候条件同样是影响大气腐蚀的因素之一，在非潮湿的环境中，污染物基本上没有腐蚀的效应。然而，空气湿度一旦超过80%，腐蚀的速度将迅速上升。因此，敷设在地沟等潮湿环境当中的管道容易被腐蚀。其二，硫酸盐还原菌、铁细菌、氧化菌等是管道细菌腐蚀常见的类别。最具代表性的是在pH6～8 碱性、透气性差的土壤当中繁殖的厌氧性硫酸盐还原菌，多分布于沼泽淤泥、河、湖、海当中。

1.2 管道腐蚀的形态

1.2.1 点蚀。点蚀又被称作孔蚀，指的是管道金属上的局部腐蚀形态，呈点状、针状、小孔状。对于进行各类气体、液体输送的管道系统而言，点蚀形态的破坏性与隐患最大，并且不易检查。油气“冒、跑、滴、漏”事故的祸根都源于点蚀，容易造成突然严重事故。为了防止点蚀现象的发生，在进行管道防腐处理之前，应当对金属表面和焊缝边的尖角、毛刺、凹陷进行处理，保证管道金属表面光滑。

1.2.2 均匀腐蚀。管道金属的表面发生的大面积较为均匀的腐蚀，即为均匀腐蚀，一般发生在大部分或者全部暴露的管道金属表面。例如，管道金属表面和腐蚀介质的接触所产生的腐蚀。

1.2.3 丝状腐蚀。丝状腐蚀的发生位置多为管道保护膜下方，是一种较为特殊的腐蚀，又被称作漆下腐蚀、膜下腐蚀。为了防止此状态的腐蚀，应当使用透水率比较低、致密性好、附着力强的涂层进行管线的防腐涂层处理。

2 天然气管道防腐的传统办法

2.1 管道外层防腐

将涂料密致均匀地涂敷在经过除锈处理的管道金属表面，使之和各类腐蚀性的介质隔绝开来，是管道防腐较为常用的方法之一。防腐涂层更为倾向于使用物理性能、介电性能良好，化学性能稳定、温度适应的范围比较宽的复合结构或者复合材料，管道外层防腐一般分为内壁防腐与保温涂层。内壁是为防止管道内的腐蚀，降低摩擦的阻力，提升输量，进行管子内壁的涂料薄膜敷设。为确保涂层和管壁牢牢粘结，应事先进行管道内壁的表面处理。保温涂层一般针对热输原油或者燃料油的中小口径管道，为减少管道向附近的土壤散热而在管道外部增加防腐和保暖复合层。常用的保温材料为质地松软的硬质聚氨脂泡沫塑料，适用的温度为－185℃～95℃。为提升该材料的温度，一般在隔热层外加敷高密度的聚乙烯层，从而形成复合型材料结构，防止地下水渗到保温层。

2.2 电化学阴极防腐保护及其数据的管理分析

管道的缺陷与破损导致管道金属暴露在腐蚀环境中，造成大阴极小阳极现象，加速腐蚀速度，容易造成穿孔。依据提供的极化电流方法上的差异，阴极保护分为牺牲阳极的阴极保护、外加电流的阴极保护。其一，牺牲阳极的方法，采用的是腐蚀电位比所被保护的管道金属的腐蚀电位更加负的合金或者金属和管道金属组成电偶电池，依据负电性金属进行不断的溶解而产生的电流，保证管道金属的阴极极化。由于低电位的金属所在的电偶电池为阳极，偶接之后腐蚀速度上升，因此这一方法称作“牺牲阳极”。其二，利用外部的直流电源向管道金属直接通阴极电流，使其阴极极化，实现管道进入免蚀区进行保护，是外加电流的阴极

保护。

对阴极保护进行数据管理和分析，具体做法如下：提供阴极保护全面的数据管理、分析、评价，例如阴极保护站、检测桩、绝缘法接头、牺牲阳极等。对检测桩的检测数据进行管理和分析，以提供对于密间隔管地电位、杂散干扰、Smart Logger、阴极保护效果等数据管理，提供密间隔管地电位的电流方向上的自动判断、分析评价以及交直流干扰等的分析评价。阴极保护站的相关检测包含防雷设备日常记录、恒电位仪日报、阳极地床检测数据的管理和分析以及相关的统计计算。

2.3 管道的运行和防腐管理系统化、数据化

建立起以管道的日常安全运行为目标，集管道的基础信息、专业检测数据、运行数据和常规评价于一体的管道的运行和防腐管理系统，提升管道腐蚀评价效率，进行及时有效的维修，防止事故的发生，提升管道运行的安全性。从生产运行和数据管理的角度去考虑，天然气管道的运行和防腐管理系统化数据化需要考虑三方面的需求。具体为数据库的需求，以实现数据管理；数据腐蚀的评价需求；GIS系统的展示需求。其一，在建设数据库方面，需依据国家规定的行业标准进行管道腐蚀和防护的数据库建立，提供管道的材质和规格等基础的信息，管道沿线的土壤信息，阴极保护等管道保护的信息。进行数据录入以实现数据管理，依据数据模板上传、导入、统计和查询数据。其二，在实现数据库管理的基础之上，结合相关的评价标准和模型建立起综合的评价运用系统。在系统的建设上，包含有土壤腐蚀、覆盖层、阴极保护的评价以及剩余强度分析等。其三，利用地理的信息技术，开发出基于地理信息的系统腐蚀、防护的数据化展示系统，实现对于腐蚀和防护系统的数据可视化和形象展示。

3 管道防腐技术的提升与优化

3.1 外层防腐涂料的新开发研制仍旧是我国亟待解决的问题

尽管多数涂料已经实现了国产化，但和国外技术相比仍有较大的差距，应该加大研究力度，避免不必要的管道腐蚀情况。例如，聚乙烯存在环境应力开裂的问题，环向大分子取向导致的非取向方向开裂

的问题，热收缩套的温控和收缩不同步等问题。

3.2 腐蚀管道的快速而准确定位技术，需要进一步优化提升

进行管道运行和防腐系统的数据化管理，有助于及时发现并评价管道的安全隐患，但我国目前所使用的管道防腐检查技术和国外相比，仍存在较大差距，该技术和我国经济的发展战略需求不同步，应加速研究的步伐。

3.3 关注阴极保护的关键参数，确保阴极保护的准确到位

在阴极保护当中，对于金属的构筑物完全达到保护与否，需要借助于参比电极测量金属的保护电位。为达到所需的保护电位，需要通过变更保护电流的密度来实现。因此，保护电位与保护电流是阴极保护两大关键的参数。保护电位指采取阴极保护时管道金属停止腐蚀时需要的电位值。要达到腐蚀的完全停止，需将管道金属的电位极化到和表面最为活跃的阳极点初始电位。在具体操作上，要兼顾保护的效率和程度，给出保护电位的范围，允许管道金属在保护状态下仍然以不大的速度进行均匀的腐蚀。保护电流则指的是被保护的结构单位面积中所需要的保护电流，其密度大小受金属表面状态、温度等环境条件、管道金属的种类等多种因素的影响，应当进行切合实际的分析。

4 结语

天然气管道的腐蚀是造成天然气管道事故的一个主要原因，采取适宜的措施进行防腐十分必要。根据实践表明，采取管道外层防腐、电化学阴极防腐保护及其数据的管理分析以及管道的运行和防腐管理系统化数据化措施进行管道防腐，效果良好。天然气管道输送过程中管道的防腐是值得长期研究、探讨的课题，可以发挥重要的工程应用价值，应当予以重视。

参考文献

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（责任编辑：王书柏）