淺析輸氣管線防腐

摘 要：隨著經濟的發展，各種新材料的出現，管道防腐的發展也日益完善，管道防腐方案也多種多樣。輸氣管線對管道防腐的要求也越來越高。所以在眾多的防腐措施中，根據具體的實際情況，選擇適當的方案，對管道防腐非常重要。文章就金屬管道腐蝕與防腐的機理、防腐材料的選擇和陰極保護進行了簡單的介紹。

關鍵詞：管道防腐；防腐材料；陰極保護

輸氣管道在自然或人為條件下，時刻都在產生腐蝕。腐蝕是一種自發進行的無謂的耗費。其基本原因是管道處于熱力學不穩固狀況，在上述條件下它們就要恢復本來的相對穩固的狀況，這一進程就是金屬的腐蝕進程。腐蝕不僅使管道壽命縮短，還大面積減薄管道的壁厚，導致管道的過度變形或破裂，又可能導致管道穿孔，引發天然氣泄漏事故。因此，重視腐蝕問題，防止或減輕腐蝕，不僅有明顯的經濟效益，而且有巨大的社會效益，同時對促進新技術、新工藝的發展也是必不可少的。

1 腐蝕類型及機理

管道內腐蝕主要受到管材質量、輸送介質以及管道防腐水平的影響，管道內發生腐蝕的類型主要有均勻腐蝕、坑蝕、應力腐蝕、沖刷腐蝕等幾類：

（1）均勻腐蝕是由于天然氣中含有一定的水汽，在一定條件下，天然氣中的水汽凝結在管壁形成水膜，硫化氫和二氧化碳等酸性氣體溶于水膜中，對管道產生腐蝕。

（2）管道鋼在氣相和液相環境中都有可能發生坑蝕，如管壁腐蝕物不均勻、硫及多硫化物的沉積、腐蝕產物保護膜出現結晶剝裂等都有可能產生坑蝕。

（3）在含潮濕的硫化氫的天然氣介質中，應力腐蝕主要表現為硫化物的應力腐蝕開裂，硫化氫水解后吸附在金屬表面的硫化氫離子會加速陰極放氫，從而導致材料脆性增加、韌性下降，在應力遠低于材料屈服強度的情況下發生滯后斷裂。

（4）在氣體流速較高時，管道鋼遭受沖刷腐蝕也比較嚴重，由于腐蝕產物被直接沖擊的氣流帶走，新的金屬面不斷裸露，從而加速了腐蝕，曾發生多次的彎頭處氣流沖擊面壁厚減薄而引起的泄漏事故。

2 管道內外防腐層的選材和施工工藝

2.1 防腐層的選擇要求

長期的使用防腐層的主要目的還是用來保護管道。通常選擇防腐層應注意的因素有如下幾點：

（1）工作時的溫度；（2）回填和地形特性；（3）防腐層的適用性；（4）全部的防腐層費用。

隨著石油天然氣的需求不斷增大，管道防腐的要求越來越高。我國早期使用的管道防腐層基本上是以石油瀝青為主，到70年代少量的PE和膠帶開始應用，到了90年代，煤焦油瓷漆在我國開始發展起來，環氧粉末開始進入工程應用階段。世界上先進的三層PE結構是在20世紀90年代開始面世。

2.1.1 外防腐層的選擇

（1）管道瀝青防腐層技術。瀝青技術是一套比較成熟的外層防腐層技術，我國一直使用該種技術，而且石油瀝青資源豐富而廉價，具有較好的耐腐蝕性能，與其配套的外防腐工藝也比較成熟。（2）煤焦油瓷漆防腐層技術。涂敷在金屬表面上使之與周圍介質隔離，以控制管道腐蝕的一種覆蓋層。其工藝與石油瀝青相似，它具有成本低、吸水率小、防腐性能優異，特別突出的是它具有抗細菌腐蝕、抗植物根系穿入的性能。防腐層的等級的選取由設計部門根據管道建設質量要求、土壤腐蝕環境和使用陰極保護情況等因素綜合確定。

2.1.2 內部防腐層。管道防腐層材料多，質量差距大，費用也不一樣，因此在進行管道內部防腐層選取時，用戶往往根據實驗室的參數和現場的實際情況進行選材。在油氣管道的內防腐層的防腐性能上，國內外都沒有制定出統一的標準，因此，選材時用戶根據實際情況對生產商提出要求。

2.2 三層PE的優點

三層結構聚乙烯防腐層（3PE）綜合了熔結環氧粉末涂層和擠壓聚乙烯兩種防腐層的優良性質，將熔結環氧粉末涂層的界面特性和耐化學特性，與擠壓聚乙烯防腐層的機械保護特性等優點結合起來，從而顯著改善了各自的性能。因此作為埋地管線的外防護層是非常優越的。

三層PE結構防腐層在涂覆過程中與其他腐蝕涂覆之間存在這差異，其在涂覆中要經歷以下兩個過程。

（1）鋼管的表面處理。鋼管表面采用噴丸方法進行處理，處理時鋼管應預熱40～45℃。表面處理質量應達到《涂裝鋼材表面銹蝕和除銹等級》（GB8923）中規定的Sa2級要求。錨紋深度應達到50～75m。鋼管表面的焊渣、毛刺應清除干凈。同時預處理后，應將表面的灰塵及磨料清掃干凈，并防止涂敷前鋼管表面受潮、銹蝕或二次污染。

（2）施工工藝。三層結構涂敷工藝流程：鋼管預熱→噴涂環氧粉末→擠涂膠粘劑→包裹聚乙烯→冷卻→管端處理。施工的具體步驟如下：

①鋼管檢驗及表面處理；②管道內外雜質、灰塵清理；③鋼管預熱、環氧粉末噴涂；④底膠和聚乙烯層擠出涂覆；⑤水冷卻、坡口成型；⑥吊裝堆放；⑦檢驗分析、設備檢修和維護。

2.3 補口技術

隨著防腐層材料的發展和更新，管道焊接處的補口材料和技術也在不斷發展，補口材料與管體以及管體防腐層有著良好的粘結性，具有一定的抗機械損傷性能。補口位置的防腐性能通常要求與管道主體防腐性能等同或者更好。

3 陰極保護

陰極保護是目前國內外公認的即經濟又有效的防腐蝕措施。陰極保護系統分犧牲陽極與外加電流兩種。陰極保護是利用腐蝕電池的原理，將需要被保護的金屬結構作為陰極，通過陽極向陰極不間斷地提供電子，因而大大地減緩了結構的腐蝕速度。

4 陰極保護的分類

4.1 犧牲陽極法

常用犧牲陽極材料有鎂及鎂合金，鎂陽極表面被犧牲后極易脫落，鎂合金主要是降低鎂中鐵的含量，提高其電流效率。

4.2 強制電流法

強制電流的電源常用的有熱電發生器、整流器、太陽能電池、還有風力發電機等。輔助陽極的常用材料有磁性氧化鐵、高硅鑄鐵、石墨及費鋼鐵等。強制電流法是目前長距離管道最主要的保護方法。

陰極保護是管道防腐的重要措施，正確的利用好陰極保護是管道防腐的重要保障。

5 結束語

天然氣在當代經濟結構中起到的作用越來越重要，但是由于其環境的復雜性和天然氣中的各種腐蝕物質的作用，在其運輸過程中，倍受金屬腐蝕問題的困擾。因此了解輸氣管線腐蝕機理，選擇合理的防腐措施，對天然氣的輸送具有重要意義，同時具有重要的經濟意義。

參考文獻

[1]胡士信，廖宇平，王冰懷.管道防腐層設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2007

[2]車慶斌.我國鋼管防腐現狀和發展方向[J].焊管，2002，25（3）：1-4

[3]周虹伶，曹輝祥.天然氣管道腐蝕研究[J].內蒙古石油化工，2009，1

3（1）：5-6

[4]李金桂.防腐蝕工程技術[M].北京：化學工業出版社，2004

[5]孟鵬，郭靖，王博.輸氣管道內防腐技術的探討[J].石油與化工設備，2010，13（5）：48-50

[6]俞蓉蓉，蔡志章.金屬腐蝕手冊[M].北京：石油工業出版社，1998

[7]Report of the inquiry stress corrosion cracking on Canadian oil and gas pipelines[N]，National Energy Board ，Order No.MH-2-96.November1996.

[8]Manfredi C，Otegui J l： Failures by SCC in buried pipelines[J]. Engineering. Failure Analysis，2002，12（1）：2.