天然氣長輸管道腐蝕及防護研究

張本同，王孟孟，宗麗娜

(1.中石油管道有限責任公司西氣東輸分公司合肥管理處，安徽 合肥 230000；2.中國石油大學勝利學院，山東 東營 257000)

天然氣長輸管道腐蝕及防護研究

張本同1，王孟孟1，宗麗娜2

(1.中石油管道有限責任公司西氣東輸分公司合肥管理處，安徽 合肥 230000；2.中國石油大學勝利學院，山東 東營 257000)

長輸管道防腐工作的好壞將直接關系到天然氣輸送的安全性和可靠性以及天然氣輸送管道的使用壽命。因此，做好加強天然氣管道防腐工作是至關重要的，本文對天然氣管道腐蝕的影響因素進行總結，其中，外界因素是管道腐蝕的主要誘因，還要綜合考慮內部因素以及生產運行因素。與之相對應的防腐方法主要是涂防腐層和陰極保護法，其中強制電流法是目前長距離管道最主要的保護方法。

天然氣長輸管道；腐蝕因素；防腐層；陰極保護法

長距離埋地管道是我國石油天然氣資源輸送的主要方式。目前，通過管道實現了我國乃至全世界的石油天然氣能源的輸送。截至2011年底，我國油氣管道鋪設約為9.1萬公里，其中石油天然氣管道占總管線長度的75%以上[1]。但是，復雜的土壤環境以及所輸送物質的腐蝕性使得輸送石油天然氣的管道內外壁均有被腐蝕的可能性。管道一旦被腐蝕穿孔，不僅會造成石油天然氣的泄漏，運輸的中斷，還會污染環境，甚至引發災難性事故，造成難以估量的經濟損失。了解我國管道運輸的腐蝕現狀，掌握管道腐蝕的規律并加以有效控制，采取適宜有效的技術對腐蝕程度嚴重的管道進行修復從而使得管道的使用壽命延長，這項研究對我國國民經濟地下大動脈的安全運行具有十分現實和長遠的意義。

1 管道腐蝕的影響因素

1.1 外界因素的影響

外界環境包括空氣、雨水、土壤等對管道的腐蝕影響很大。在外界空氣的作用下，管道會產生一些氧化作用；由于環境的污染導致雨水、河流等的水質呈現酸性；在土壤和地下水的長期接觸的過程中，地下管道會產生比較復雜的化學反應，引起化學腐蝕，以上均對管道具有一定的腐蝕作用。

1.1.1 大氣腐蝕

大氣中含有的一定量的水蒸氣會在金屬的表面進行冷卻形成水膜，水膜會溶解空氣中的某些酸性氣體，起到一定的電解質溶液的作用，使金屬管道表面發生電化學腐蝕。影響大氣腐蝕的主要因素有污染物和氣候條件。在干燥的條件下，金屬管道受污染物的影響很小，但是當管道周圍的環境的相對濕度在80%以上時，將會加快腐蝕速度。因而，潮濕環境的架空管道表面或敷設在地溝中的管道將極易受到腐蝕。

1.1.2 土壤腐蝕

土壤是多孔性的膠體，具有固、液、氣三相，其空隙充滿了水分和氣體，一定的鹽類溶解于水中使土壤具有離子導電性。輸氣管道埋藏在物理性質和化學性質各不相同的土壤各處，且管道各部分的結構亦不同，導致管道中的部分金屬易發生電離，電離的金屬正離子進入到土壤中，剩余的電子留存在該處而呈現出負電壓，不易被電離的部分將會呈現出正電壓，氧化還原反應極易在管道兩端發生。

1.1.3 細菌腐蝕

細菌腐蝕常常伴隨在土壤腐蝕的過程中，參與細菌腐蝕的細菌主要有鐵細菌、氧化菌、硫酸鹽還原菌、硝酸鹽還原菌等，其中最具有代表性的是厭氧性硫酸鹽還原菌。分布在河、海、湖泊水田、沼澤的淤泥中以及透氣性差，pH值=6～8的堿性土壤中。當陰極反應發生時產生的氫會與硫酸鹽發生反應，最終生成硫化鐵等腐蝕產物，在管道表面進行覆蓋，形成孔蝕。另外，此還原菌還能來利用土壤中的有機物質進行大量繁衍，有硫化氫臭雞蛋味和土壤顏色發黑是硫酸鹽還原菌腐蝕現場的特點。

1.1.4 雜散電流腐蝕

雜散電流腐蝕又稱為干擾腐蝕，是流散于大地中的電流對管道產生的腐蝕，是一種電化學腐蝕，該腐蝕由外界因素引起，外部電流的大小和極性將決定管道腐蝕的部位，當管道沿高壓輸電線敷設時，在管線建成四個月就會因電磁耦合在管道上感應交流電而引起電流腐蝕穿孔，對設備和人體均造成危害。

1.2 內部因素的影響

由于資金短缺、條件有限及管道設計不合理等原因也會在管道的設計、采購過程以及施工中引起天然氣管道防腐措施不到位、不合格的管道本體質量以及由于粗暴的施工方式造成的原有防腐層破損等問題。這樣會直接影響管道的運行，甚至引發安全問題。

此外，輸氣管道的內壁會附著有較多的水分，易導致電化學腐蝕，天然氣本身含有雜質，主要是酸性較強的硫化物、硫化氫、二氧化碳、氯離子及其他物質，腐蝕管道內壁，并且在管道玩頭連接處形成水合物而堵塞管道，形成均勻腐蝕；隨著輸送過程中壓力、溫差及流體流動速率的變化影響，均會使得金屬管道內壁遭受不同程度的應力腐蝕和沖刷腐蝕。

1.3 生產運行的影響

防腐工作在天然氣管道的生產運行過程中起著重要的作用，是檢測管道能否正常工作的"眼睛"。高速發展的社會經濟，使得各種施工層出不窮，如果監管不力，就可能會破壞管道的防腐層，或者產生大量的雜散電流使得管道發生孔蝕，嚴重者甚至使得管道爆裂。因此，管道企業任務艱巨，除了要加強管道的巡護，及時發現異常情況以保證管道的外界安全外，還要注重與電氣鐵路、施工單位等各部門的溝通協調。

2 管道防腐方法

天然氣管道腐蝕的影響因素復雜多變，嚴重程度不等，對其進行全方位的防腐保護，使得管道壽命延長，運行的安全性提高是十分有必要的。防腐方法較多，常見的主要有涂防腐層法、電化學保護法和加緩蝕劑法。針對不同類型的腐蝕因素，可以相應的選擇不同的方法來增強防腐保護。

2.1 涂防腐層

天然氣的輸送過程中，具有距離長、范圍廣、壓力高和流量大等特點，沿途以崎嶇的地形較多，又受到天氣和溫度的影響。因此，對管壁防腐層的選材要綜合考慮土壤、運輸條件及工藝技術要求等等，最終在保證正常輸送量的基礎上，做到經濟、合理和可靠。

2.1.1 外部防腐層

外部防腐層是天然氣管道的第一道防線，可以避免管道直接接觸土壤和空氣，防止管道在運行過程中遭受不同程度的腐蝕。對于土壤腐蝕可以增加水泥砂漿或者塑料絕緣層、噴涂環氧粉末或者瀝青層等。由于瀝青本身具有優良的防腐效果且價格低廉是一類最常見的防腐措施，此外塑料絕緣層具有較強的強度和彈塑性，保障了電絕緣性與防水性，也有具有較大的應用前景；大氣腐蝕很難徹底避免，防腐的重點在于隔離酸性物質。這就要求在管道施工的過程中，要先對輸氣管路進行全方位的刷涂與除銹處理，條件允許的情況下，可以選擇專用玻璃布進行管道的包裹處理，從而杜絕大氣腐蝕，保證輸氣管道內外層的穩定性[2]。

2.1.2 內部防腐層

內防腐層主要是在管內壁和管流之間提供隔離空間，避免金屬管道與腐蝕物質發生直接接觸。在天然氣長輸管線中進行涂層，除起到防腐作用以外，而且可以降低摩擦阻力，提高輸量。一般情況下，管道內側的防腐涂層可以選擇環氧樹脂或合成樹脂等，常用的有聚酰胺環氧樹脂和胺固化環氧樹脂，涂層厚度為0.038～0.2mm，為保證涂層與管壁粘結的牢固性需要對對便面進行處理。20世紀70年代以來，管道內外壁一般選擇相同的材料，以便可以同時進行涂覆。

2.2 陰極保護法

腐蝕電位即自然電位，可以表示金屬失去電子的難易程度。腐蝕電位越負越易失電子，失電子為陽極區，得電子為陰極區。陽極區因失去電子而發生腐蝕，如鐵原子失去電子變成鐵離子而進入到土壤中。而陰極區得到電子而受到保護，陰極保護發的遠離就是基于此。一般是給金屬補充足量的電子，則被保護的金屬出的電子將處于過飽和狀態，使得金屬表面個點達到同一負電位。主要方法主要有以下三種。

2.2.1 犧牲陽極保護法

犧牲陽極是將被保護金屬連接一種電位更負的金屬或合金，使被保護體陰極極化的方法。被保護金屬為陰極，保護金屬是陽極，被腐蝕消耗，從而實現了對陰極的被保護金屬體的防護。此保護方法具有較多優點：保護電流的利用率高，不會發生過保護現象；對于短距離和無電源地區仍然適用；不會干擾鄰近的地下金屬設備且施工技術簡單，安裝維護費用較低；管道的接地、保護兼顧；日常的管理工作量小。但也存在較多的缺點：驅動電位低較低，較難調節保護電流；由于土壤電阻率限制使用范圍；若雜散電流干擾強烈，保護作用將喪失；犧牲陽極壽命將限制保護時間。

2.1.2 外加電流保護法

通過外部電源使得周圍環境高于需要保護的設備的電位的狀態下，從而成為整個環境中的陰極，被保護的設備將不會因為失去電子而發生腐蝕。該系統是由整流電源、參比電極、連接電纜、陽極地床組成，強制電流法的電源常用的有整流器、熱電發生器、太陽能電池、風力發電機等；輔助陽極的常用材料有石墨，磁性氧化鐵、高硅鑄鐵及廢鋼鐵等[3]。該方法是目前長距離管道最主要的保護方法。此法的優點是由于驅動電壓高，可以靈活控制陰極保護電流的輸出量；使用于高電阻率或惡劣的腐蝕環境下；對不溶性陽極材料可做長期陰極保護；一座陰極保護站若采用較好的防腐絕緣層，可以保護幾十公里的范圍；另外，對于防腐絕緣層質量較差或者有局部裸露的管道也可以達到完全保護。但是此方法需要外部電源；易干擾鄰近的地下金屬設備，且維護和投入費用也較高。

2.1.3 排流保護法

天然氣長輸管道沿線與高壓輸電線路近距離平行時，會受到高壓輸電線、電氣化鐵路的干擾，使得管道的腐蝕加劇。因此，天然氣長輸管線應當盡可能的遠離交、直流干擾源[4]。

2.3 加緩蝕劑

緩蝕劑由于使用方便、成本低和見效快等特點引起了人們的重視。一般認為緩蝕劑的作用機理是成膜理論、吸附理論和電化學理論，緩蝕劑中的原子通過化學鍵與管壁金屬形成保護膜，從而保護管道。常用的緩蝕劑主要有咪唑啉類、胺類、有機磷酸鹽類、炔醇類、嗎啉類等等。這些分子及化學結構均由極性基團和非極性基團構成。其中在酸性環境下，咪唑啉類可以發揮明顯的效果。但是緩蝕劑對天然氣有一定影響，且對環境也有一定的危害。因此，選擇緩蝕劑要根據情況綜合考慮。

2.4 改善管道金屬的本質

根據用途不同可以選擇不同材質的管道使其具有耐腐蝕性。常見的方法是在金屬中添加合金元素，如：在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強防腐蝕能力。

2.5 保護環境

加強環境保護對減少和防止金屬腐蝕同樣有著重要作用?？諝赓|量的提升有助于酸性氣體的減少，使得大氣腐蝕的程度減小。此外，控制環境的溫度和濕度，減少腐蝕介質的濃度，除去介質中的氧，均可減少和防止金屬腐蝕。

3 結語

在運行的過程中，長輸天然氣管道的腐蝕影響因素眾多。腐蝕的機理也各不相同，受到目前科學技術發展的制約，每一項針對天然氣長輸管線的防腐技術并不能應對所有的環境。因此，在防腐問題上，要針對天然氣管道的具體情況，采取不同的應對措施。最大限度的提高管線的經濟效益。

[1] 毛東旭，李成林，王 昭，等.電化學防護技術在化工管道防腐中的研究與應用[J].廣東化工, 2015 , 42 (08) :5-6.

[2] 汪春勝. 探析天然氣輸送管道的腐蝕因素及防護措施[J].科學管理,2017(2):298.

[3] 李立國.關于天然氣長輸管道防腐蝕技術的探討[J]. 中國新技術新產品, 2014 (15) :61.

[4] 馮仁強.論天然氣長輸管道防腐對策[J].中國新技術新產品 , 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

張本同(1984—)，安徽定遠人，中石油管道有限責任公司西氣東輸分公司合肥管理處助理工程師，獲學士學位，主要從事管道保護領域研究。

TE988.2

A

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

(本文文獻格式張本同，王孟孟，宗麗娜.天然氣長輸管道腐蝕及防護研究[J].山東化工，2017，46(18)：134-135，138.)