陰極保護(hù)在埋地燃?xì)夤艿栏g防護(hù)中的應(yīng)用

高青松

【摘 ?要】由于埋地鋪設(shè)的輸氣管道大都處于復(fù)雜的土壤環(huán)境中，尤其在鹽類(lèi)聚集的地區(qū)，天然氣輸送管道的腐蝕穿孔問(wèn)題十分嚴(yán)重，本文通過(guò)深入了解我國(guó)管道運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)及腐蝕現(xiàn)狀，掌握管道腐蝕的規(guī)律并加以有效控制，對(duì)腐蝕程度嚴(yán)重的管道采取陰極保護(hù)技術(shù)，確保我國(guó)民經(jīng)濟(jì)地下大動(dòng)脈的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】天然氣管道;鹽堿地;陰極保護(hù)

目前，國(guó)內(nèi)外輸送天然氣資源主要依靠埋地方式鋪設(shè)長(zhǎng)距離管道來(lái)實(shí)現(xiàn)，據(jù)聲明所說(shuō)，僅中國(guó)石油天然氣股份有限公司，至2012年末，建設(shè)管道總長(zhǎng)度增長(zhǎng)到為66776千米，天然氣管道長(zhǎng)度也增加到40995千米，是2000年為止所建天然氣管道長(zhǎng)度的兩倍，且該公司目前擁有的天然氣管道長(zhǎng)度已占到全國(guó)天然氣管道總長(zhǎng)度的80%左右。預(yù)計(jì)2015年時(shí)，其天然氣管道長(zhǎng)度可達(dá)到4.8萬(wàn)千米，使長(zhǎng)度再延長(zhǎng)一倍。Visiongain也著眼于全球石油與天然氣管道市場(chǎng)分析表明，全球石油與天然氣管道市場(chǎng)將在2013年達(dá)到473.5億美元，包括世界各地的所有新的石油和天然氣管道的施工成本。

但由于埋地鋪設(shè)的輸氣管道大都處于復(fù)雜的土壤環(huán)境中，且土壤中含有不同分量的水和易電離的鹽類(lèi)等物質(zhì)，使土壤與管道金屬構(gòu)成原電池，導(dǎo)致金屬管道外壁上發(fā)生不同程度的電化學(xué)腐蝕，甚至造成管道失效。一旦輸氣管道出現(xiàn)腐蝕穿孔就會(huì)造成油氣泄漏，不僅運(yùn)輸中斷，而且會(huì)污染環(huán)境，還可能引發(fā)災(zāi)難性事故，造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估量[1]。據(jù)調(diào)查，我國(guó)石油石化工業(yè)每年因腐蝕所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元。由于土壤的腐蝕性大小主要取決于土壤的含水量、含鹽種類(lèi)和含量、pH值及有機(jī)物質(zhì)和微生物含量等因素。因此，鹽類(lèi)聚集的鹽堿地地區(qū)鋪設(shè)的輸氣管道所承受的腐蝕作用更為嚴(yán)重。

然而，輸氣管道一直是管道工程中的重要環(huán)節(jié)，它的防腐保護(hù)對(duì)保障能源運(yùn)輸乃至于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等起著十分重要的作用，故一直受到研究人員的關(guān)注。為了解決腐蝕問(wèn)題，除可以在管道外壁覆蓋防腐絕緣層外，陰極保護(hù)技術(shù)也是防止金屬腐蝕的有效方法，適用于對(duì)土壤、淡水和海水等介質(zhì)中的金屬腐蝕的保護(hù)，且經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

1、土壤的腐蝕性分析

土壤是具有固、液、氣三相的毛細(xì)管多孔性的膠質(zhì)體，土壤的空隙為空氣和水所充滿，水中含有一定量的鹽使土壤具有離子導(dǎo)電性[2]。土壤的PH值以及土壤中的含鹽量明顯高于一般的其他地區(qū)，其腐蝕性也相應(yīng)變強(qiáng)。除此以外，還可依照土壤電阻率、自然電位、和氧化還原電位來(lái)判斷土壤的腐蝕性的強(qiáng)弱。

由于管道所埋土壤各處的物化性質(zhì)不同、管道各部分的金相結(jié)構(gòu)不同，如晶格缺陷、雜質(zhì)、內(nèi)部應(yīng)力、表面粗糙程度等原因，一部分金屬易電離，帶正電的金屬離子進(jìn)入土壤中，從而該段電子過(guò)剩電位變負(fù);而另一部分金屬不容易電離，電位變正，從而在兩段間發(fā)生電子流動(dòng)即發(fā)生氧化還原反應(yīng)。失去電子的管道段成為陽(yáng)極區(qū)，得到電子管道段則成為陰極區(qū)，并和土壤一起組成回路，形成了電化學(xué)電流即腐蝕電流，從而產(chǎn)生了土壤腐蝕[1]。假如管道各段落所處土壤透氣性不同，土壤中氧的濃度也就不同，從而使腐蝕電池發(fā)育，腐蝕電池兩極間的距離可達(dá)數(shù)公里。

2、陰極保護(hù)技術(shù)

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，將被保護(hù)的金屬陰極極化以消除電化學(xué)不均勻性所引起的金屬腐蝕的方法稱(chēng)為陰極保護(hù)。陰極保護(hù)技術(shù)就是通過(guò)向被保護(hù)的管道通以足夠的直流電流，使管道表面產(chǎn)生陰極極化，減小或消除造成管道土壤腐蝕的各種原電池的電極電位差，使腐蝕電流趨于零，進(jìn)而達(dá)到阻止管道腐蝕的目的[3]。該技術(shù)方法經(jīng)過(guò)幾十年的快速發(fā)展，已經(jīng)成為技術(shù)較為成熟，市場(chǎng)也較為廣闊的管道防腐技術(shù)，且操作簡(jiǎn)單，實(shí)施安裝工程量不大的同時(shí)亦能起到很好的排流作用。陰極保護(hù)作為防腐層保護(hù)的一種補(bǔ)充手段是必不可少的，它可以彌補(bǔ)涂層的缺陷（破壞、漏點(diǎn)等）。因此，陰極保護(hù)技術(shù)作為第二道防線更好地抑制管線的腐蝕，也是反應(yīng)管線防腐狀態(tài)的重要指標(biāo)。

目前較為常用的兩種陰極保護(hù)方法分別是犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法和強(qiáng)制（外加）電流陰極保護(hù)法。前者是用一種腐蝕電位比被保護(hù)金屬腐蝕電位更負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)體組成電偶電池，依靠負(fù)電性金屬不斷腐蝕溶解產(chǎn)生的電流供被保護(hù)金屬陰極極化而構(gòu)成保護(hù)的方法，由于低電位金屬所在電偶電池中作為陽(yáng)極，偶接后其自身腐蝕速度增加;后者則是利用外部直流電源直接向被保護(hù)金屬通以陰極電流，使之陰極極化，實(shí)現(xiàn)被保護(hù)體進(jìn)入免蝕區(qū)而受到保護(hù)的方法，由輔助陽(yáng)極、參比電極、直流電源和相關(guān)的連接電纜組成[4]。

犧牲陽(yáng)極法和外加電流陰極保護(hù)法各有優(yōu)缺點(diǎn)，有其各自的應(yīng)用范圍，應(yīng)根據(jù)供電條件、介質(zhì)電阻率、所需保護(hù)電流的大小、運(yùn)行過(guò)程中工藝條件變化情況、壽命要求、結(jié)構(gòu)形狀等決定[4]。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法不需外部電源，投產(chǎn)后維護(hù)管理工作量小，但在高電阻率環(huán)境中不宜使用，同時(shí)保護(hù)范圍和輸出電流小且輸出電流還不可調(diào);強(qiáng)制電流陰極保護(hù)法輸出電流連續(xù)可調(diào)，保護(hù)范圍大，不受土壤電阻率的限制，適用性強(qiáng)，保護(hù)裝置使用壽命長(zhǎng)，但是卻需外部電源，投產(chǎn)后需進(jìn)行維護(hù)管理。通常情況下，對(duì)有電源、介質(zhì)電阻率大、所需保護(hù)電流大、條件變化大、使用壽命長(zhǎng)的大系統(tǒng)，應(yīng)選用外加電流陰極保護(hù)，反之宜選用犧牲陽(yáng)極保護(hù)[4]。在一些情況下，需要將犧牲陽(yáng)極法和外加電流陰極保護(hù)法并聯(lián)防護(hù)才能取得良好的效果。

3、埋地管道微生物腐蝕的防護(hù)措施

3.1表面防腐處理

優(yōu)良的基層是防腐工程的基礎(chǔ)，金屬管道的防腐質(zhì)量絕大程度上取決于涂層與基體的粘結(jié)程度，因此管道表面的處理十分重要。在涂層厚度、除銹質(zhì)量以及施工條件等因素中，除銹質(zhì)量是表面防腐處理的重中之重，實(shí)驗(yàn)表明除銹質(zhì)量?jī)?yōu)良的比未經(jīng)除銹處理或除銹質(zhì)量相對(duì)較差的防腐涂層的使用壽命至少長(zhǎng)3至5倍。因而在管道表面防腐處理時(shí)，應(yīng)先將鋼管、容器表面的鐵銹與氧化皮徹底清除干凈。與此同時(shí)，還可采用氧化型或非氧化型殺菌劑來(lái)抑制或殺滅腐蝕微生物繁殖的方式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)控制腐蝕的目的。

3.2涂層防腐處理

3.2.1內(nèi)涂層防腐

內(nèi)涂層防腐處理中常用的內(nèi)涂層有環(huán)氧樹(shù)脂粉末涂層、聚乙烯粉末涂層等，也可采用可耐約300℃高溫的熱噴玻璃防腐新工藝，其可有效地避免管內(nèi)硫化氫等酸性氣體與碳鋼之間的接觸。此外，對(duì)于遭受?chē)?yán)重腐蝕而進(jìn)行返修的管道則可采用環(huán)氧粉末涂裝或環(huán)氧液體涂料內(nèi)涂方法。

3.2.2外涂層防腐

外涂層防腐是使管道與土壤等腐蝕環(huán)境相互隔絕的防腐途徑，當(dāng)前埋地管道通常使用在水介質(zhì)與土壤中具耐菌破壞力保護(hù)層，無(wú)機(jī)保護(hù)層主要有水泥、鍍鋅、鉻等，有機(jī)保護(hù)層則主要有塑料薄膜、環(huán)氧樹(shù)脂漆、多層PE防腐層等。此外還有煤焦油瓷漆防腐層、石油瀝青防腐層、熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層以及HPCC 涂層體系等。

4、結(jié)論

天然氣輸送管道的防腐保護(hù)對(duì)保障能源運(yùn)輸乃至于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等起著十分重要的作用，尤其在鹽類(lèi)聚集的地區(qū)，天然氣輸送管道的腐蝕穿孔問(wèn)題十分嚴(yán)重，除在管道上覆蓋防腐絕緣層外，還可以輔助采用陰極保護(hù)技術(shù)抑制土壤對(duì)天然氣輸送管道的腐蝕作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉佳.天然氣管道的腐蝕原因防治措施[J].內(nèi)江科技，2012（6）

[2] 陳勝利，蘭志剛，宋積文，等.長(zhǎng)輸天然氣管線的腐蝕與防護(hù)[J]全面腐蝕控制，2011（1）

[3] 黃騰飛.埋地管道陰極保護(hù)電位參數(shù)及電位測(cè)試技術(shù)研究[J].西南石油大學(xué)博士學(xué)位論文，2014

[4] 孫鵬然.天然氣長(zhǎng)輸管道的防腐與防護(hù)措施[J]管道技術(shù)與設(shè)備，2013（1）：

（作者單位：佛山市高明燃?xì)庥邢薰荆?/p>