天然氣管道腐蝕與防腐蝕處理技術探討

【摘 要】目前石油天然氣資源的輸送主要依靠長距離埋地管道來實現，管材一般為鋼制管道。比如中國石油管道公司承擔國內陸上大部分油、氣田油氣外輸管道的建設組織及運營管理任務，下轄近萬公里原油、成品油、天然氣長輸管道，分布在全國十幾個省、自治區、直轄市。因此，如何防止埋地管道的腐蝕破壞，長期以來一直是管道工程中的一個重要環節。

【關鍵詞】石油天然氣；管道運輸；腐蝕；防護

0.前言

在天然氣開采過程中，常常會有一些伴生氣體，如二氧化碳、硫化氫等，這些氣體的存在，不但降低了天然氣的熱值，還會對管道、設備等有腐蝕作用，腐蝕會造成天然氣井油（套）管的斷裂、集輸管線爆破等，破壞正常平穩供氣，影響用戶的生產和生活，腐蝕帶來的危害不僅給國家造成很大的經濟損失，也威脅工作人員的生命安全。因此，對天然氣管道中的腐蝕及如何解決腐蝕的問題進行研究是非常有要的。

1.腐蝕類型及機理

根據大量實例可以看出，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在含濕硫化氫的天然氣介質中應力腐蝕主要是硫化物應力腐蝕開裂，硫化氫水解后吸附在鋼表面的HS-會加速陰極放氫，從而導致材料韌性下降、脆性增加，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.石油天然氣管道腐蝕的防護措施

2.1涂層防護

防蝕涂層作為公認的防護方法已廣泛用于埋地管道的腐蝕控制。涂層作為腐蝕控制的第一道防線，其作用是將管體金屬基體與具有腐蝕性的土壤環境隔離，同時為附加陰極保護的實施提供必要的絕緣條件。此外，管道涂層在涂裝、運轉裝卸、下溝回填以及投產運行后不可避免會出現缺陷。

2.1.1防蝕涂層

目前用于新建埋地管道的防蝕涂層主要有：復合涂層和環氧粉末。煤焦油瓷漆和石油瀝青由于污染環境目前用的很少，用于老管道修復主要是纏帶類和液體涂料。

2.1.2復合涂層

通過簡單的物理疊合或化學粘結將各具特點的單一涂層材料聯為一體，形成綜合性能良好的多層涂層系統。包括二層聚乙烯/聚丙烯、三層聚乙烯/聚丙烯等。

2.1.3三層聚乙烯/聚丙烯涂層

三層系統是目前常用的復合涂層，由環氧粉末底層、粘結劑中間層和聚烯烴外護層組成。由于其兼有熔結環氧優異的防蝕性能、良好的粘結性與抗陰極剝離性能以及聚烯烴優良的機械性能、絕緣性能及強抗滲透性，從而成為綜合性能優異的涂層，廣泛用于施工及敷設環境均較苛刻的地帶。如：陜-京輸氣管線、靖-西輸氣管線及蘭-成-渝成品油管線等。三層涂層的主要缺點是施工工藝較復雜；由于中間膠粘劑和外層聚乙烯均采用擠出工藝，焊縫處易形成空鼓；涂層一旦失去粘結，涂層將出現層間分離，高度絕緣的聚乙烯外護層將屏蔽陰極保護電流，產生膜下腐蝕。

2.1.4環氧粉末涂層

環氧粉末由固態環氧樹脂、固化劑及多種助劑經混煉、粉碎加工而成，在我國也得到了推廣應用，但主要是作為復合涂層的底層。熔結環氧粉末為一次成膜涂層，具有對鋼鐵強粘結、良好的膜完整性、優秀的耐陰極剝離性能、耐土壤應力、耐磨損、可冷彎等特點，適用于大多數土壤環境，但是對沖擊較為敏感，特別是高溫條件下吸水率較高，因此不適用于濕熱環境和石方段。

2.1.5液體聚氯脂涂層

液體聚氨酯涂料也經常用于管道的涂層修復，能夠達到要求的厚度，即1-1.5mm。一般無溶劑產品適合于運行溫度高達80℃的管道。無溶劑聚氨酯涂料的優勢包括，在幾分鐘內就可以達到可觸摸的干度，幾個小時可以完全固化：抗磨損和抗土壤應力的能力強；有非常好的粘結性，但不如環氧樹脂的粘結能力好：對陰極保護電流的要求非常低；能抗陰極剝離。主要的不利條件與液體環氧涂料相類似，表面不能含有可溶性鹽，涂敷過程中對濕氣和潮氣很敏感，需要用專門的涂敷設備，為了保證表面不連續處得到充分的覆蓋，需要在這些地方增加涂層厚度等。

2.2陰極保護

陰極保護應用于管道始于上世紀三十年代，到五十年代中期已成為較成熟的防蝕技術，被世界各國廣泛采用。在我國應用也已有五十年的歷史。對于埋地管道陰極保護是作為附加保護方式對涂層破損處的管體金屬提供防蝕保護的。絕大多數管道工程采用了外加電流陰極保護方式，也有部分管道工程或部分管段采取了犧牲陽極保護方式。陰極保護目前有相應的行業標準可執行，包括設計標準、施工驗收規范、運行維護規范及材料標準。此法具有施工簡單，安裝工作量小，對鄰近地下金屬構筑物不產生干擾影響，同時對雜散電流干擾能起到接地排流作用，管理也方便等優點。

2.3緩蝕劑防護

緩蝕劑保護是在腐蝕環境中，通過添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質以保護金屬的方法。采用緩蝕劑防腐蝕，由于使用方便、投資少、收效快，因而對于燃氣管道的防腐有很廣闊的前景。在緩蝕機理上，緩蝕劑是通過緩蝕劑分子上極性基團的物理吸附作用或化學吸附作用，使緩蝕劑吸附在金屬表面。這樣，一方面改變金屬表面的電荷狀態和界面性質，使金屬表面的能量狀態趨于穩定化，從而增加腐蝕反應的活化能，使腐蝕速度減慢；另一方面被吸附的緩蝕劑上的非極性基團，尚能在金屬表面形成一層疏水性保護膜，此膜阻礙著與腐蝕反應有關的電荷或物質的轉移，故能使腐蝕速度減小。

3.結束語

天然氣在現代社會經濟結構中，起著重要作用，由于其環境的復雜性，在天然氣輸送過程中，備受金屬腐蝕問題的困惑，據調查，我國東部九個油氣田各類管道因腐蝕穿孔達2萬次/年，更換管道數量達400km/年，因腐蝕造成的年直接經濟損失約為數億元，因此，加強對腐蝕及防腐問題的研究，具有重要的經濟意義。總之隨著新的材料技術，特別是新型管材、涂層材料的出現和改進，納米技術及合金技術，都將為天然氣輸氣管道的防腐技術帶來新興的發展。 [科]

【參考文獻】

[1]盧綺敏等.石油工業中的腐蝕與防護[M].化學工業出版社，2001.

[2]楊靜.高酸性氣田地面集輸管道內腐蝕機理與防護技術研究[D].四川：西南石油大學，2006.