天然氣長輸管道腐蝕的形成與防腐保護措施探析

周鵬 黃保亮

摘 要：長距離運輸的天然氣管道擔負著將天然氣運輸至城市的重任，運輸工作能否穩定順利的開展會受到該管道防腐程度及安全性的直接影響。管道腐蝕一直是一個無法避免的問題，管道的使用壽命及可靠性會受到腐蝕的嚴重影響。很多因素均會導致天然氣管道出現腐蝕導致其出現泄漏等情況，因此加強天然氣長輸管道的防腐保護工作是需要高度重視的問題。

關鍵詞：天然氣長輸管道;腐蝕;形成;防腐保護措施;探析

當前大部分架空敷設或埋在地下的長輸天然氣管道需要多次穿越各種地理環境，因其距離長、壓力大、供氣連續不斷等諸多特點導致管道在運行期間很容易受地理環境和氣候的影響，由于腐蝕穿孔會導致漏氣造成嚴重的人員傷亡事故和經濟損失，同時由于維修管道會浪費大量的人力、物力和財力。因此本文針對天然氣長輸管道的腐蝕形成因素進行分析并提出相應的防腐保護措施。

1 天然氣長輸管道的腐蝕成因

1.1 大氣腐蝕

放置在大氣環境中的天然氣長輸管道表面會有一層不容易看見的極薄水膜形成。如果水膜的分子厚度達到20～30個時便會變成電解液膜。處于純凈水膜中的管道表面通常不會出現極強的電化學腐蝕，而融入腐蝕性氣體和含有水溶性鹽類的大氣環境下的水膜極容易使天然氣管道表面在潮濕環境中受到大氣腐蝕。

1.2 土壤腐蝕

水、空氣及各種鹽類布滿在土壤顆粒間使其擁有了電解質特征，在土壤電解質溶液中的金屬管道會因為土壤腐蝕介質的差異形成宏觀腐蝕電池，或因鋼管表面狀態的差異形成微腐蝕電池。各種土壤透氣性導致氧的濃度不同導致腐蝕電池發育，土壤腐蝕性強度與土壤電阻率成反比。

1.3 溫度和壓力

一定量的酸性和活性物質存在于天然氣管道內可使金屬導管受到腐蝕的速率加快，高溫環境下上升的土壤中硫化物含量會明顯提升管道外壁的腐蝕速率。當超過70℃后酸性物質與天然氣管道的反應速率會達到極限值，不會再出現變化。

2 天然氣長輸管道的防護措施

2.1 表面保護技術

非金屬覆蓋層和金屬鍍層是天然氣管道防腐表面保護技術的主要內容，其中非金屬覆蓋層又分為有機和無機兩種覆蓋層，如塑料、橡膠、油漆、石油瀝青等屬于有機覆蓋層;化學轉化覆蓋層則屬于后者。金屬鍍層如果出現空隙會有小面積的鐵裸露出來，與大范圍的鍍層形成腐蝕電池，導致漏電腐蝕的速度加快而極容易出現穿孔，因此應當將防腐覆蓋層設置于該鍍層的外側，使其質量和保護層的品質更加穩定[1]。分為陰極和陽極性兩種鍍層，如作為陰極性鍍層的鋁、鋅等在電化學腐蝕時因其較低的電位，屬于腐蝕電池的陽極，被腐蝕，擁有犧牲陽極的效果。屬于陰極的鐵只能將電子傳遞因此被保護起來。屬于陰極性鍍層的錫、鎳、鉑等的電位比鐵高，是腐蝕電池的陰極。

2.2 內壁腐蝕防護措施

防護長輸天然氣管道內壁時需要考慮兩個方面，一是輸送天然氣前應當將其中的有害物質清除，進入管道前的天然氣應當經過脫水脫硫處理[2]，將天然氣體中過多的水分及腐蝕性元素過濾消除，控制天然氣內其他物質的含量在一定范圍內才能減少管道內壁出現腐蝕的概率。二是根據管道內壁的質量將防腐涂層涂刷在內壁從而隔離天然氣和管道，避免天然氣管道內壁受到天然氣中有害物質的腐蝕。由于當前市場上的防腐涂層材料、價格性能及類型繁多且差異較大，因此選購天然氣管道防腐涂層材料時應當格外注重材料是否有良好的抗剝離及絕緣性能，附著在管道表層上的能力及隔水能力如何。目前熔結環氧粉末、雙層熔結環氧粉末等是常用的天然氣管道防腐層材料，其中雙層熔結環氧粉末的覆蓋層表面光滑，擁有較高的機械性能且可用于管道的補口位置;溶解環氧粉末雖然有絕緣性能和耐化學腐蝕較強等優點，但沒有較高的耐劃傷及磕碰性能且覆蓋層較薄。由于各種防腐層材料缺陷和優點各不相同，因此選用時應當按照經濟可行性和施工需求等各方面進行對比。

2.3 施工期間的防腐蝕控制

施工期間應當嚴格按照技術標準在管道運輸、卸管、布管等過程中進行操作，嚴禁野蠻施工。鋼絲繩不可直接使用，而應當選用橡膠錕輪吊蘭或尼龍吊帶作為吊具，注意保證下溝的天然氣管道不要和溝壁發生刮碰，如果條件允許的話為防止管道防腐層出現擦傷，可將草袋或木板墊在溝壁上。針對石方段管溝下溝后管道的防腐涂層容易受到損壞的情況，可將200mm厚細土回填在管溝底部，如果涂層已經出現損壞可根據防腐涂層補傷操作流程進行補傷，以此將管道涂層出現損壞引發的防腐安全問題解決。臨時陰極保護措施應當應用于天然氣長輸管道整體，利用測試樁連接管道和陽極帶可避免管道受到施工環境的腐蝕。定向鉆穿越和大開挖穿越的河流，需將一組鋅合金犧牲陽極分別埋設在穿越段兩端的電流測試樁部位。將高純鋅參比電極設置于盾構穿越河流的隧道中，在河岸的測試樁中引入參比電極引線可對天然氣管道進行防腐保護。

2.4 電化學保護措施

電化學保護措施應用于天然氣長輸管道通常有陽極和陰極兩種形式，陽極保護措施是確保保護對象能夠長時間處在反應遲鈍的狀態且該狀態基本不會受到外界因素的影響。使用該防腐措施時可加入氧化劑或用另加電源進行極化反應使天然氣管道的抗腐能力加強，由于該保護措施的使用實效性不會受到地貌地形等因素的影響，因此在管道防腐工作中的應用率較高。陰極保護措施是指在天然氣管道金屬表層導入一定量的陰極電流，使極化電化學反應發生在金屬表面陰極。鋼制天然氣管道土壤腐蝕的各種原電池由于壓縮引起電位差使管道形成腐蝕的電流數值接近于0，從而將管道被腐蝕的概率大大降低。也就是說電流陰極保護通過在管道原電池中引入一定量的直流電源對陽極進行強化，然后使土壤中的電流被迫向被保護對象上流轉，使被保護對象結構的電位值減少并遠低于周邊的土壤環境。

2.5 雜散電流排流保護措施

由于高壓輸電線路和天然氣長輸管道沿線保持平行狀態且間距較小，電氣化鐵路及高壓輸電線的運行會使管道的運轉受到影響從而加大管道腐蝕速率，因此施工中一定要注意盡量保證天然氣管道和直流、交流干擾源保持一定距離。強制性排流保護措施適用于性質復雜且很難確定的管道陽極區域電流，極性排流保護法則應用于交變電流存在的狀況中，直流排流保護法一般會應用于恒定電流存在與管道陽極的狀況中。因此施工中將雜散電流的真實檢測結果作為參照依據，在地下鋪設天然氣長輸管道后對排流方法進行科學選用，才能有力保證管道防腐工作的質量。詳細做法為組裝雜散電流流出端構成鋅陽極，通過銜接天然氣長輸管道和玻璃鋼測試樁減少管道土壤電流的影響并將其排除。

2.6 防護水腐蝕措施

由于水腐蝕對天然氣管道不會造成過大的損壞且處理難度不高，因此完成天然氣管道除銹工作后多次涂刷防銹漆防護層并整合管道電保護方法，便可取得良好的防護效果。當前常用的天然氣長輸管道防腐措施是在管道的金屬表層涂刷防護層并維護其陰極，這一點對水腐蝕管道的防治方面上能夠發揮出極大的作用。鋅、鎳等金屬涂層是經常涂刷于管道金屬表層的防護涂層，如果情況特殊也會用到磷化層，磷化層相較于以上兩種涂層有更好的經濟可行性，因此應用率較高。落實天然氣管道防水腐蝕工作需要注意以下幾點：管道金屬表層和管道涂層擁有較強的粘附性且管道涂層平整性優良;涂層的完整性在運輸、安裝、保管管道設備等工序中不會受到碰撞損壞;管道的實用性不會受到涂層的負面影響且涂層應當擁有良好的隔水性能和電絕緣性能;涂層不能出現毒氣物質的釋放且需要擁有優良的物理性能;在地下長時間埋設不會出現變質，即使時間推移也不會降低其使用性能。

3 結語

綜上所述，天然氣長輸管道的腐蝕會給企業與國家帶來十分嚴重的經濟損失，天然氣管道防腐技術的好壞與管道的安全運行和使用壽命息息相關，定期對管道進行內檢測和外腐蝕檢測才能給管道的管理工作提供可靠依據，提前判斷管道的破壞程度才可將防控作用充分發揮，切實保障天然氣能源的正常輸送。

參考文獻：

[1]孫鵬然.天然氣長輸管道的防腐與防護措施[J].管道技術與設備，2013（01）：50-52.

[2]張思.天然氣長輸管道防腐的重要性及防護[J].全面腐蝕控制，2019，33（01）：85-86.