天然氣長輸管道陰極保護防腐技術(shù)的應用分析

王錦輝

摘 要：陰極保護是延長長輸管道壽命、抑制埋地管道腐蝕的重要手段，已廣泛應用于石油、化工、天然氣等行業(yè)中。本文重點分析了天燃氣長輸管道陰極保護防腐技術(shù)的應用。

關鍵詞：天然氣;長輸管道;陰極保護;防腐技術(shù)

1 陰極保護技術(shù)在長輸管道防腐中的重要性

當前，我國一些燃氣等資源主要傳輸路徑是依靠地下埋藏的長距離輸送管道來實現(xiàn)傳輸，管道的制成材料主要是鋼制的螺旋焊管。另外，由于這些管道主要是運用地下埋藏的方法進行鋪設傳輸，所以需經(jīng)過的路徑較長、工程難度大，同時需穿越復雜的地形地段，區(qū)域長，所以土壤的性質(zhì)就會出現(xiàn)不同的種類，這對鋪設的傳輸管道就會存在不同程度上的腐蝕。而這些傳輸管道一般都是為了城市生產(chǎn)生活所提供能源的，城市的輸源管道可以說是城市基礎設施建設的重要組成部分，擔負的不僅是傳輸能源原料的工作，同時還影響著城市的生存和發(fā)展，在很大程度上可以說是城市發(fā)展的重要生命線。但長期埋于地下的長輸管道必然會遭到不用性質(zhì)土壤的不同程度腐蝕，如若沒有適當可行的防腐技術(shù)作為支撐，必然會出現(xiàn)管道被腐蝕，燃料遭泄露。因此，對長輸管道的防腐可以說是重中之重，而陰極保護防腐技術(shù)正好填補了這一空自。

2 長輸天然氣管道造成腐蝕的原因

2.1 管道內(nèi)部問題

在輸送過程中，管道內(nèi)部與輸送物質(zhì)直接碰觸，輸送物質(zhì)中不僅含有純天然氣，它還含有多種化學物質(zhì)，如二氧化碳、溶解氧、硫化氫、水合物等，在輸送過程中不斷受溫度、流速和壓力的變化，輸送物質(zhì)容易發(fā)生一定程度的變化，從而粘附在管道內(nèi)部，導致嚴重腐蝕。其原因包括：①在管道輸送過程中，具有輸送量大、輸送不間斷、輸送距離長等特點，加上輸送過程中會產(chǎn)生高溫高壓，正是這樣的高溫高壓可激活酸性氣體中的動能及活性因子，從而使管道內(nèi)的金屬腐蝕更加嚴重;②在輸送過程中還會產(chǎn)生部分自由液相化學物質(zhì)，通常，氣、固、液三種物質(zhì)會在管道中共存。這三種物質(zhì)的共同運動進一步加劇了管道內(nèi)部的腐蝕，同時腐蝕最嚴重的地方是管道的彎曲處，腐蝕后的管壁會慢慢變薄，直至出現(xiàn)天然氣泄漏。

2.2 管道外部因素

2.2.1 土壤腐蝕

在天然氣管道因腐蝕泄漏的情況下，土壤對管道的腐蝕最為常見。由于天然氣管道在安裝過程中與含有各種物質(zhì)的土壤密切接觸，加上地質(zhì)條件的原因，管道某些節(jié)點處的金相組織不完全相同，因此，會在很大程度上產(chǎn)生電流電解質(zhì)及腐蝕電流，從長遠來看，會造成土壤腐蝕。通常，放置在地下的管道外層必須實施相應的防腐措施，即防腐涂層。防腐涂層的主要作用是將管道的外壁與土壤隔離，防止直接接觸，以避免出現(xiàn)腐蝕狀況。

2.2.2 大氣腐蝕

在中高空安裝輸送管道也較為常見，此時因空間壓力和空氣稀薄原因，一層薄水膜將出現(xiàn)在管道的外壁表層，隨著薄膜厚度的增加，會逐漸演化成電化學腐蝕所需的電解液膜。但也無需太擔心，當管道外層只形成較少的雜質(zhì)水膜時，并不一定會形成具有腐蝕性的電解化學物，但在大氣中產(chǎn)生的水膜大多具有水溶性的堿性氣質(zhì)及熔解后具有腐蝕性氣體，所以安裝在大氣外的輸送管道更易受大氣的腐蝕。此外，風吹、日曬、雨雪等自然物質(zhì)侵蝕的累積，也增加了輸送管道的腐蝕率。

3 天燃氣長輸管道陰極保護防腐的技術(shù)應用注意事項

3.1 套管方式

當管道埋藏并穿越高速公路時，通常需使用套管提供陰極保護，套管方式使保護更加合理，在保護不合理的情況下，屏蔽問題難以解決，通常是用鋅帶以螺旋形纏繞在管道上，并每隔2m用管道焊接一次。

3.2 絕緣分析

隔離連接起到絕緣作用，不僅可防止電流，還可實現(xiàn)有效的絕緣，以減少電流腐蝕，還可有效防止干擾。隔離時可安裝干管的連接位置，新老管和非絕緣管的連接位置可連接到頂層，保證了整體絕緣分析策略在連接過程中的應用效果。

3.3 交流干擾

在管道中存在一定程度的干擾，不但腐蝕管道與線路。瞬時感應電壓也可突破管道，絕緣裝置易造成安全事故，對于這樣的問題可解決犧牲陽極，應在管道完工后立即進行施工，以保證陽極的接地效率。管道及接地導體間的距離大約3m最為適宜。管道與絕緣裝置和接地殼串聯(lián)安裝，接地電池立即激活，感應電壓進入管道并通過接地裝置。

4 天燃氣長輸管道陰極保護防腐技術(shù)應用

4.1 陽極材料選擇

陰極保護系統(tǒng)分為強制電流系統(tǒng)及犧牲陽極系統(tǒng)。因城市燃氣管道普遍存在于城市大部分地區(qū)，地下管道及設施在該地區(qū)非常受歡迎，以減少對鄰近管道及建筑物的不利影響。天然氣工程及管道腐蝕控制技術(shù)導則明確了金屬腐蝕原理。金屬失去電子氧化會導致金屬的腐蝕，如金屬及電解質(zhì)溶液間的界面沉積。大量的負電荷，腐蝕過程就會停止，利用犧牲陽極的陰極保護技術(shù)，運用此原則電解液中幾種常見金屬的標準電極具有較低的電位。鎂、鋁、鋅、鐵、銅等原則上任何材料通過電化學反應都能防止鋼材的腐蝕，具有很高的實用價值，用于保護管道犧牲陽極的陽極材料主要由鎂與鋅組成，其中，鎂是一種理想的陽極材料，但價格昂貴，因此鎂合金是首選的陽極材料。

4.2 陽極材料計算

雖然埋在土壤中的管道會受到各種各樣的腐蝕條件，但最常見的是電化學腐蝕，一旦發(fā)生電化學腐蝕，將會發(fā)生更多的化學反應，繼而發(fā)生鐵原子對輸送管道腐蝕的現(xiàn)象，這導致管道慢慢變薄，并且還會因腐蝕形成孔洞。有效的解決辦法是把活潑的金屬放在管道周圍，使用導線進行連接，將導致陰極的腐蝕被活性金屬的陽極腐蝕所取代。通過對鐵腐蝕的研究和對金屬平衡電位的分析，能有效降低天然氣輸送管道的腐蝕，探究金屬電位變動，分析電子移動情況，在探究直流供電設備的控制優(yōu)勢后，可明確陰極維護站兩側(cè)的輸送管道有一定的長度，首先研究最大保護長度，然后確定最大保護長度，便可應用于實際保護中。在使用過程中，為了達到更好的保護效率，可使用陰極保護裝置，需明確管道陰極保護的最低要求，即管道陰極保護電位不應低于-850mV（CSE）。了解輸送管道的直徑長度及承壓能力，以選擇更合適的管道外壁保護層及電流密度保護。科技引領發(fā)展，當前輸送管道外壁保護層由三層聚乙烯構(gòu)成，管道保護采用三層PE，保證電流保護密度，三層PE保護層電阻是100000Ωm2，它能更好地控制保護密度。經(jīng)不斷的設計實踐，三層PE保護層保護的管道電流保護密度為30μA/m2，通過對這些基本目標的設定和對管道內(nèi)全部土壤的分析，可為管道的保護設計提供專業(yè)的解決方案，得出棄陽極系統(tǒng)的計算公式，并扭轉(zhuǎn)了舍棄陽極的比重。

4.3 犧牲陽極地床

為了使陽極在土壤中能可靠地工作，并有效防止土壤陽極鈍化，犧牲陽極層專門用于特定組件的化學填充。陽極層可溶解陽極腐蝕產(chǎn)物陽極和陽極周圍持續(xù)的潤濕，材料與局部土壤的分離提供了陽極材料的電阻率約1Ωm。陽極輸出電流的增加及穩(wěn)定的工作環(huán)境，鎂合金犧牲陽極在土壤中抵抗力>20Ωm，填料應由75%石膏粉、20%膨潤土、工業(yè)硫酸鈉組成5%的質(zhì)量分數(shù)對應。填料預先包裝在50mm厚的袋中，確保陽極厚度均勻，成分均勻致密。測量相鄰站電位，完成對最小電位的有效保護，保護值為（-0.85V）。分析最小電位的保護狀況與條件，并將最小電位控制在-0.85V條件上?？刂齐娢恢?，限制最大電位保護值，保證電位的準確性受到限制，促使電位不超最大保護，以完成陰極保護。

5 結(jié)語

總之，陰極保護作為一種埋在地下的銅制的管道防腐技術(shù)，已在許多管道中得到了充分運用，并取得了顯著地成效。另外，隨著我國社會的發(fā)展，經(jīng)濟的飛速發(fā)展對能源的需求不斷增加，而長輸管道是天然氣輸送的重要環(huán)節(jié)，所以需重視陰極保護防腐技術(shù)對長輸管道在保障運輸能源方面所起的作用，這對國民經(jīng)濟的健康穩(wěn)定發(fā)展至關重要。

參考文獻：

[1]杜鴻.天燃氣長輸管道陰極保護防腐的技術(shù)應用分析[J].化工管理，2019（09）.

[2]趙忠旺.天燃氣長輸管道陰極保護防腐技術(shù)的應用[J].工藝與設備，2019（12）.