长输天然气管道防腐及阴极保护常见缺陷及对策研究

＊董 爽

（中国石油化工股份有限公司天然气分公司 北京 100029）

前言

面对天然气在我国能源发展中地位的日益上升，天然气的输送成为我国研究的主要环节，管道传输属于天然气输送的主要方法，在实际的长输天然气管道的防腐以及阴极保护过程中，产生了很多问题，严重影响了长输天然气管道的输送，所以对长输天然气管道防腐及阴极保护常见缺陷及对策的研究具有非常重要的意义。

1.长输天然气管道防腐的重要性

现阶段，不论国内还是国外，对天然气的需求量都是逐渐增加的状态，其中，天然气已成为不可替代的重要能源。在这种情况下，在新型的高效的能源未出现前，以及不能进行量产之前，天然气的需求量会不断攀升。要想切实保证天然气的供给要求，对长输天然气管道进行相应的保护是非常重要的。虽然近年来在天然气的运输方面，管道属于最为安全、最少损耗天然气的运输方式，但是现阶段，管道事故产生的数量也逐渐上升，证明在管道运输的过程中，也存在缺陷，在此过程中，引起管道事故最为普遍因素就是金属腐蚀[1]。

在实际的管道运输的过程中，管道腐蚀可能造成的危害包括以下几个方面：第一，一旦管道被严重腐蚀，腐蚀的产物将与其中的天然气产生混合，导致天然气当中混入杂质，进而严重影响天然气的质量。第二，若管道腐蚀非常严重，极有可能造成天然气泄漏，不仅会严重损失天然气资源，而且对于管道公司而言，也将产生严重的财产损失。第三，若腐蚀的程度达到了可能泄漏的程度，泄漏的天然气将会进入土壤，进而对环境造成严重的污染，而且此类对环境的破坏是不可逆的，在现阶段，环境保护问题日益突出的情况下，对环境的严重污染将严重限制天然气资源的发展。第四，一旦遭到泄漏的天然气直接遇到火源，极易产生火灾以及爆炸事故，不仅会对天然气的运输产生影响，而且还会造成人员伤亡。第五，在管道遭到腐蚀以后，腐蚀的产物将附着与管道内壁，进而加速管道腐蚀进程。所以，在实际的天然气管道运输的应用过程中，管道防腐具有非常重要的意义[2]。

2.长输天然气管道防腐措施

在实际的管道运输过程中，从本质上来看，管道腐蚀属于正常的现象，并且是不能够完全避免的状况。要想降低管道腐蚀对天然气运输的影响程度，只能通过相应措施的应用进行缓解，进而实现管道腐蚀速率的减少。长输天然气管道防腐可以从物理和化学两个方面研究，从物理方面而言，主要采取的是增设涂层的方法，化学层面而言，主要采取的是电化学防护措施。大多情况下，实际的管道防护会选择采用物理和化学相结合的防护措施[3]。

(1)增设涂层

增设涂层的主要方法包括：

首先，煤焦油瓷漆。在运输区外添加煤焦油搪瓷是现阶段比较成熟的防护措施，煤焦油瓷漆不仅具有很强的防腐功能，而且还拥有一定的绝缘性。能够防止管道遭受杂散电流的影响，对于管道的防护而言具有非常关键的作用。由于煤焦油瓷漆的使用寿命比较长，所以其经济性较高，大多数选择其作为增设涂层的主要材料。除此之外，煤焦油瓷漆在使用过程中，也存在一些缺点，主要表现在以下几个方面：第一，这个技术对于管道温度的要求相当高，一旦输送管道的温度超过煤焦油瓷漆的规定温度，就会造成煤焦油瓷漆的融化，不仅无法起到对管道的保护作用，而且很有可能造成对环境的污染，进而不能起到对管道的保护作用，所以在实际的应用过程中，应当注意煤焦油瓷漆不能适用于加热输送管道。第二，煤焦油瓷漆的机械性能属于比较差的状态，非常容易被外界其他硬度高的物质干扰，若其附近的土壤当中含有较多硬石块，也会对煤焦油瓷漆防腐层产生严重的破坏，在这种情况下，对于地下石块硬度较高的区域，煤焦油瓷漆也并不适用[4]。

其次，PE两层结构。在运输管道外侧进行PE两层结构的增设也是现阶段应用次数比较多的管道防护措施，PE两层结构不仅具有高效的防腐功能，而且还有很强的奶细菌功能，对管道周围的细菌干扰能够起到很强的抑制作用。与此同时，PE两层结构也具有很强的吸水能力，能够很大程度的防止土壤当中的水分对管道运行造成的影响，PE两层结构的价格也不高，所以对于长输天然气管道而言，非常适用，但是在其实际应用过程中，也存在相应的问题，一方面，此类材料不能置于阳光之下，不然将会受到紫外线的严重干扰，进而失去防护作用。另一方面，此类材料并不容易与管道紧密结合，这样防护效果就会大打折扣[5]。

最后，PE三层结构。这种PE三层结构属于最新产生的管道保护措施，也属于现阶段最有效的防护措施。相比于两层结构，三层结构在中间环节添加了环氧粉末，不仅实现了抗腐蚀能力的提升，而且对于材料与管道的紧密结合提供了助力，进而使其充分发挥防护性能。除此之外，由于PE三层结构当中含有环氧粉末，材料将不再受紫外线的干扰，能够在阳光下使用[6]。

(2)电化学防护

在实际的长输天然气管道的电化学保护过程中，经常使用的是牺牲阳极的阴极保护法。这种化学传输管道防腐方法的原理非常简单，在实际的应用过程中，在传输管道外部增设一种比管道所用金属材料更加活跃的金属材料，进而构成原电池。在此原电池当中，阳极为活跃金属、阴极为管道，在实际的腐蚀现象发生的过程中，管道将被保护。在实际运用此类防腐措施的过程中，应当对管道的长度、壁厚以及其所处的环境进行综合考量。进而对活跃金属的位置及重量进行详细的计算[7]。

(3)外加电源的阴极保护法

在实际的应用过程中，这种传输管道的防腐方法应用的次数比较少，但在理论上是可行的，在实际的应用过程中，应当在管道外壁进行电源的增加，进而使管道得到高效的保护。应用次数比较少的原因是：大多数天然气属于易燃易爆气体，在采用这种方法时，也需要根据实际情况进行电压简单计算。

3.长输天然气管道阴极保护常见缺陷

经过长时间的运行，长输天然气管道在阴极保护系统的应用过程中，产生了很多问题。一方面，阴极保护设备陈旧老化，已经不能进行正常的运行，产生这样问题的原因在于：长输天然气管道首站的恒电位仪调节开关由于时间问题产生了失灵的状况，进而无法调节保护电位，对于末站的恒电位仪转换器不能进行高效的转换，导致机子有输出，但是管道没有输出。阳极地床电阻高，对阴极电流的发散造成了很大影响，对阳极的牺牲并不能发挥应有的作用，进而导致大部分管道失去了保护，造成严重的腐蚀。另一方面，管道保护电位偏高，造成的部分管段腐蚀严重。现阶段，大多数长输天然气管道电位处于较高的状态，管道保护电位与正常的电位相比，产生了偏离，进而加剧了管道腐蚀。

4.完善长输天然气管道阴极保护的对策

在天然气的管道阴极保护过程中，首先要选择的方法是管道阴极保护法。由于长输天然气管道通常会借助牺牲阳极和强制电流的阴极保护法进行管道的防腐，此时，管道及牺牲阳极的埋设深度通常保持在为2m～2.5m的范围内，但是对于长输天然气管道而言，其长度过长，同时，由于自然地貌的原因，很多管道的两头具有严重落差，与此同时，管道的两头地下水位与地质情况的不同，部分管道所处的土壤的电阻率过高，在这种地区使用牺牲阳极的阴极保护法的效率并不高，解决这一问题的方法是，对于长输管道过程中的高土壤电阻率段管道，将牺牲阳极保护法更改为强制电流保护法。其次，恒电位仪在强制电流法的应用过程中，能够给予需保护金属体提供连续可调的阴极保护电流。对强制电流法中的阳极提供辅助作用，用来使恒电位仪所提供的阴极保护电流形成回路。最后，在实际的长输天然气管道的阴极保护过程中，可以创建责任心强的专业化队伍，并采用定岗定责的原则进行管理，在提升队伍整体素质的同时，扩大管理领域，进而完善我国长输天然气管道的阴极保护。

5.结论

综上所述，在天然气地位日益上升的背景下，长输天然气管道防腐及阴极保护成为天然气管道传输行业研究的主要内容，高效的管道保护对于长输天然气管道传输的运行效率具有很强的提升作用，在实际的长输天然气管道防腐及阴极保护应用的过程中，应当采取相应的措施，解决常见缺陷，进而达到天然气传输效率的提升。