天然气长输管道腐蚀及防护研究

张本同，王孟孟，宗丽娜

(1.中石油管道有限责任公司西气东输分公司合肥管理处，安徽 合肥 230000；2.中国石油大学胜利学院，山东 东营 257000)

天然气长输管道腐蚀及防护研究

张本同1，王孟孟1，宗丽娜2

(1.中石油管道有限责任公司西气东输分公司合肥管理处，安徽 合肥 230000；2.中国石油大学胜利学院，山东 东营 257000)

长输管道防腐工作的好坏将直接关系到天然气输送的安全性和可靠性以及天然气输送管道的使用寿命。因此，做好加强天然气管道防腐工作是至关重要的，本文对天然气管道腐蚀的影响因素进行总结，其中，外界因素是管道腐蚀的主要诱因，还要综合考虑内部因素以及生产运行因素。与之相对应的防腐方法主要是涂防腐层和阴极保护法，其中强制电流法是目前长距离管道最主要的保护方法。

天然气长输管道；腐蚀因素；防腐层；阴极保护法

长距离埋地管道是我国石油天然气资源输送的主要方式。目前，通过管道实现了我国乃至全世界的石油天然气能源的输送。截至2011年底，我国油气管道铺设约为9.1万公里，其中石油天然气管道占总管线长度的75%以上[1]。但是，复杂的土壤环境以及所输送物质的腐蚀性使得输送石油天然气的管道内外壁均有被腐蚀的可能性。管道一旦被腐蚀穿孔，不仅会造成石油天然气的泄漏，运输的中断，还会污染环境，甚至引发灾难性事故，造成难以估量的经济损失。了解我国管道运输的腐蚀现状，掌握管道腐蚀的规律并加以有效控制，采取适宜有效的技术对腐蚀程度严重的管道进行修复从而使得管道的使用寿命延长，这项研究对我国国民经济地下大动脉的安全运行具有十分现实和长远的意义。

1 管道腐蚀的影响因素

1.1 外界因素的影响

外界环境包括空气、雨水、土壤等对管道的腐蚀影响很大。在外界空气的作用下，管道会产生一些氧化作用；由于环境的污染导致雨水、河流等的水质呈现酸性；在土壤和地下水的长期接触的过程中，地下管道会产生比较复杂的化学反应，引起化学腐蚀，以上均对管道具有一定的腐蚀作用。

1.1.1 大气腐蚀

大气中含有的一定量的水蒸气会在金属的表面进行冷却形成水膜，水膜会溶解空气中的某些酸性气体，起到一定的电解质溶液的作用，使金属管道表面发生电化学腐蚀。影响大气腐蚀的主要因素有污染物和气候条件。在干燥的条件下，金属管道受污染物的影响很小，但是当管道周围的环境的相对湿度在80%以上时，将会加快腐蚀速度。因而，潮湿环境的架空管道表面或敷设在地沟中的管道将极易受到腐蚀。

1.1.2 土壤腐蚀

土壤是多孔性的胶体，具有固、液、气三相，其空隙充满了水分和气体，一定的盐类溶解于水中使土壤具有离子导电性。输气管道埋藏在物理性质和化学性质各不相同的土壤各处，且管道各部分的结构亦不同，导致管道中的部分金属易发生电离，电离的金属正离子进入到土壤中，剩余的电子留存在该处而呈现出负电压，不易被电离的部分将会呈现出正电压，氧化还原反应极易在管道两端发生。

1.1.3 细菌腐蚀

细菌腐蚀常常伴随在土壤腐蚀的过程中，参与细菌腐蚀的细菌主要有铁细菌、氧化菌、硫酸盐还原菌、硝酸盐还原菌等，其中最具有代表性的是厌氧性硫酸盐还原菌。分布在河、海、湖泊水田、沼泽的淤泥中以及透气性差，pH值=6～8的碱性土壤中。当阴极反应发生时产生的氢会与硫酸盐发生反应，最终生成硫化铁等腐蚀产物，在管道表面进行覆盖，形成孔蚀。另外，此还原菌还能来利用土壤中的有机物质进行大量繁衍，有硫化氢臭鸡蛋味和土壤颜色发黑是硫酸盐还原菌腐蚀现场的特点。

1.1.4 杂散电流腐蚀

杂散电流腐蚀又称为干扰腐蚀，是流散于大地中的电流对管道产生的腐蚀，是一种电化学腐蚀，该腐蚀由外界因素引起，外部电流的大小和极性将决定管道腐蚀的部位，当管道沿高压输电线敷设时，在管线建成四个月就会因电磁耦合在管道上感应交流电而引起电流腐蚀穿孔，对设备和人体均造成危害。

1.2 内部因素的影响

由于资金短缺、条件有限及管道设计不合理等原因也会在管道的设计、采购过程以及施工中引起天然气管道防腐措施不到位、不合格的管道本体质量以及由于粗暴的施工方式造成的原有防腐层破损等问题。这样会直接影响管道的运行，甚至引发安全问题。

此外，输气管道的内壁会附着有较多的水分，易导致电化学腐蚀，天然气本身含有杂质，主要是酸性较强的硫化物、硫化氢、二氧化碳、氯离子及其他物质，腐蚀管道内壁，并且在管道玩头连接处形成水合物而堵塞管道，形成均匀腐蚀；随着输送过程中压力、温差及流体流动速率的变化影响，均会使得金属管道内壁遭受不同程度的应力腐蚀和冲刷腐蚀。

1.3 生产运行的影响

防腐工作在天然气管道的生产运行过程中起着重要的作用，是检测管道能否正常工作的"眼睛"。高速发展的社会经济，使得各种施工层出不穷，如果监管不力，就可能会破坏管道的防腐层，或者产生大量的杂散电流使得管道发生孔蚀，严重者甚至使得管道爆裂。因此，管道企业任务艰巨，除了要加强管道的巡护，及时发现异常情况以保证管道的外界安全外，还要注重与电气铁路、施工单位等各部门的沟通协调。

2 管道防腐方法

天然气管道腐蚀的影响因素复杂多变，严重程度不等，对其进行全方位的防腐保护，使得管道寿命延长，运行的安全性提高是十分有必要的。防腐方法较多，常见的主要有涂防腐层法、电化学保护法和加缓蚀剂法。针对不同类型的腐蚀因素，可以相应的选择不同的方法来增强防腐保护。

2.1 涂防腐层

天然气的输送过程中，具有距离长、范围广、压力高和流量大等特点，沿途以崎岖的地形较多，又受到天气和温度的影响。因此，对管壁防腐层的选材要综合考虑土壤、运输条件及工艺技术要求等等，最终在保证正常输送量的基础上，做到经济、合理和可靠。

2.1.1 外部防腐层

外部防腐层是天然气管道的第一道防线，可以避免管道直接接触土壤和空气，防止管道在运行过程中遭受不同程度的腐蚀。对于土壤腐蚀可以增加水泥砂浆或者塑料绝缘层、喷涂环氧粉末或者沥青层等。由于沥青本身具有优良的防腐效果且价格低廉是一类最常见的防腐措施，此外塑料绝缘层具有较强的强度和弹塑性，保障了电绝缘性与防水性，也有具有较大的应用前景；大气腐蚀很难彻底避免，防腐的重点在于隔离酸性物质。这就要求在管道施工的过程中，要先对输气管路进行全方位的刷涂与除锈处理，条件允许的情况下，可以选择专用玻璃布进行管道的包裹处理，从而杜绝大气腐蚀，保证输气管道内外层的稳定性[2]。

2.1.2 内部防腐层

内防腐层主要是在管内壁和管流之间提供隔离空间，避免金属管道与腐蚀物质发生直接接触。在天然气长输管线中进行涂层，除起到防腐作用以外，而且可以降低摩擦阻力，提高输量。一般情况下，管道内侧的防腐涂层可以选择环氧树脂或合成树脂等，常用的有聚酰胺环氧树脂和胺固化环氧树脂，涂层厚度为0.038～0.2mm，为保证涂层与管壁粘结的牢固性需要对对便面进行处理。20世纪70年代以来，管道内外壁一般选择相同的材料，以便可以同时进行涂覆。

2.2 阴极保护法

腐蚀电位即自然电位，可以表示金属失去电子的难易程度。腐蚀电位越负越易失电子，失电子为阳极区，得电子为阴极区。阳极区因失去电子而发生腐蚀，如铁原子失去电子变成铁离子而进入到土壤中。而阴极区得到电子而受到保护，阴极保护发的远离就是基于此。一般是给金属补充足量的电子，则被保护的金属出的电子将处于过饱和状态，使得金属表面个点达到同一负电位。主要方法主要有以下三种。

2.2.1 牺牲阳极保护法

牺牲阳极是将被保护金属连接一种电位更负的金属或合金，使被保护体阴极极化的方法。被保护金属为阴极，保护金属是阳极，被腐蚀消耗，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护。此保护方法具有较多优点：保护电流的利用率高，不会发生过保护现象；对于短距离和无电源地区仍然适用；不会干扰邻近的地下金属设备且施工技术简单，安装维护费用较低；管道的接地、保护兼顾；日常的管理工作量小。但也存在较多的缺点：驱动电位低较低，较难调节保护电流；由于土壤电阻率限制使用范围；若杂散电流干扰强烈，保护作用将丧失；牺牲阳极寿命将限制保护时间。

2.1.2 外加电流保护法

通过外部电源使得周围环境高于需要保护的设备的电位的状态下，从而成为整个环境中的阴极，被保护的设备将不会因为失去电子而发生腐蚀。该系统是由整流电源、参比电极、连接电缆、阳极地床组成，强制电流法的电源常用的有整流器、热电发生器、太阳能电池、风力发电机等；辅助阳极的常用材料有石墨，磁性氧化铁、高硅铸铁及废钢铁等[3]。该方法是目前长距离管道最主要的保护方法。此法的优点是由于驱动电压高，可以灵活控制阴极保护电流的输出量；使用于高电阻率或恶劣的腐蚀环境下；对不溶性阳极材料可做长期阴极保护；一座阴极保护站若采用较好的防腐绝缘层，可以保护几十公里的范围；另外，对于防腐绝缘层质量较差或者有局部裸露的管道也可以达到完全保护。但是此方法需要外部电源；易干扰邻近的地下金属设备，且维护和投入费用也较高。

2.1.3 排流保护法

天然气长输管道沿线与高压输电线路近距离平行时，会受到高压输电线、电气化铁路的干扰，使得管道的腐蚀加剧。因此，天然气长输管线应当尽可能的远离交、直流干扰源[4]。

2.3 加缓蚀剂

缓蚀剂由于使用方便、成本低和见效快等特点引起了人们的重视。一般认为缓蚀剂的作用机理是成膜理论、吸附理论和电化学理论，缓蚀剂中的原子通过化学键与管壁金属形成保护膜，从而保护管道。常用的缓蚀剂主要有咪唑啉类、胺类、有机磷酸盐类、炔醇类、吗啉类等等。这些分子及化学结构均由极性基团和非极性基团构成。其中在酸性环境下，咪唑啉类可以发挥明显的效果。但是缓蚀剂对天然气有一定影响，且对环境也有一定的危害。因此，选择缓蚀剂要根据情况综合考虑。

2.4 改善管道金属的本质

根据用途不同可以选择不同材质的管道使其具有耐腐蚀性。常见的方法是在金属中添加合金元素，如：在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

2.5 保护环境

加强环境保护对减少和防止金属腐蚀同样有着重要作用。空气质量的提升有助于酸性气体的减少，使得大气腐蚀的程度减小。此外，控制环境的温度和湿度，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，均可减少和防止金属腐蚀。

3 结语

在运行的过程中，长输天然气管道的腐蚀影响因素众多。腐蚀的机理也各不相同，受到目前科学技术发展的制约，每一项针对天然气长输管线的防腐技术并不能应对所有的环境。因此，在防腐问题上，要针对天然气管道的具体情况，采取不同的应对措施。最大限度的提高管线的经济效益。

[1] 毛东旭，李成林，王 昭，等.电化学防护技术在化工管道防腐中的研究与应用[J].广东化工, 2015 , 42 (08) :5-6.

[2] 汪春胜. 探析天然气输送管道的腐蚀因素及防护措施[J].科学管理,2017(2):298.

[3] 李立国.关于天然气长输管道防腐蚀技术的探讨[J]. 中国新技术新产品, 2014 (15) :61.

[4] 冯仁强.论天然气长输管道防腐对策[J].中国新技术新产品 , 2015 (21) :95-95.

CorrosionandProtectionofLongDistanceNaturalGasPipeline

ZhanBentong1,WangMengmeng1,ZongLina2

(1.He-Hei Precinct of Petro-China West East Gas Pipeline Company, Hefei 230000,China;2.Shengli College China University of Petroleum, Dongying 257000 China)

Long-distance pipeline corrosion work will be directly related to the safety and reliability of natural gas transmission and natural gas pipeline service life. Therefore, it is very important to strengthen the anti-corrosion work of natural gas pipeline. In this paper, the factors influencing the corrosion of natural gas pipeline are summarized. Among them, the external factors are the main causes of pipeline corrosion, and the internal factors and production factors are also taken into account. Corresponding to the corresponding anti-corrosion method is mainly coated with anti-corrosion and cathodic protection method, in which the forced current method is the most important long-distance pipeline protection method.

long distance natural gas pipeline; the factor of corrosion; anti-corrosion coating; cathodic protection

2017-07-19

张本同(1984—)，安徽定远人，中石油管道有限责任公司西气东输分公司合肥管理处助理工程师，获学士学位，主要从事管道保护领域研究。

TE988.2

A

1008-021X(2017)18-0134-02

(本文文献格式张本同，王孟孟，宗丽娜.天然气长输管道腐蚀及防护研究[J].山东化工，2017，46(18)：134-135，138.)