石油天然氣管道的防腐保護

史大源 羅霄 朱蕾 劉白楊

作者簡介：史大源（1986—），男，本科，工程師，研究方向為管道陰極保護及電氣自動化.

摘要：社會的進步發展加大了對石油和天然氣的使用需求，同時，在我國能源、化工行業持續發展背景下，使得社會范圍內對石油、天然氣的進口需求也在不斷擴大。在石油、天然氣進口數量日益增多的背景下，人們對石油、天然氣管道的防腐蝕工作也提出了更高的要求?；诖耍疚脑陉U述石油天燃氣管道防腐蝕類型的基礎上，結合石油天然氣管道腐蝕原理和發展現狀，就如何優化石油天然氣管道防腐蝕管理進行探究。

關鍵詞：石油;天然氣;管道;腐蝕機理;防腐蝕

中圖分類號：TE988.2

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-5190

Abstract：The progress and development of society has increased the demand for oil and natural gas. At the same time， under the background of the sustainable development of China's energy and chemical industry， the import demand for oil and natural gas is also expanding. With the increasing number of oil and natural gas imports， people also put forward higher requirements for the anti-corrosion of oil and natural gas pipelines. Therefore， on the basis of expounding the anti-corrosion types of oil and gas pipelines， combined with the corrosion principle and development status of oil and gas pipelines， this paper explores how to optimize the anti-corrosion management of oil and gas pipelines.

Key Words： Petroleum; natural gas; The Conduit; Corrosion mechanism; Corrosion protection

1 石油天然氣管道腐蝕機理和腐蝕現狀

1.1 機理

按照石油天然氣管道的腐蝕反應原理來說，石油天然氣管道的腐蝕包含化學腐蝕、電化學腐蝕、生物化學腐蝕，化學腐蝕是土壤、空氣、管道中各類化學介質和金屬接觸產生引起的，在物質的接觸下不會出現化學能向電能的轉化。在出現化學腐蝕的時候，整個管道金屬表面的流失會呈現出均勻的狀態。一般情況下，石油天然氣的電化學腐蝕是金屬在電解質中所出現的電流流動腐蝕一，即表現為金屬在電解質溶液中出現的溶解。石油天然氣生物化學腐蝕體現在細菌腐蝕，在細菌活動的作用下會加速金屬表面的腐蝕[1]。

1.2 腐蝕現狀

石油天然氣管道的流經途徑經歷了從油氣供應點到油氣場所的變化，在這個期間，管道所處的環境是多樣的，輸送的介質類型也比較多，這些介質包含了大量的腐蝕性氣體和水，最終會對輸氣管道帶來嚴重的腐蝕。大慶油田每年因為腐蝕需要護理和防護的管道有700km，天津燃氣管線長38km，管道在被腐蝕之后被更換多次。當前，城市石油天然氣管道的設計趨向于使用無腐蝕的塑料管，但是塑料管的承受壓力較低，特別是在低溫的環境下，管道的抗拉強度會被降低。

2 石油天然氣管道防腐蝕及管道腐蝕的分類

石油天燃氣管道防腐主要是指為了能夠減緩或者防范管道在內外介質化學、電化學、生物代謝作用下出現的腐蝕和變質所采取的措施，通過采取這樣的措施能夠避免管道遭受空氣、土壤、輸送介質的干擾[2]。

3 天然氣油氣管道防腐蝕的重要性分析

在天然氣、油氣管道運輸的過程中，受其所處土壤環境的復雜，管道流通過程中所經歷的物質具有較強的腐蝕性，各個類型的腐蝕材質都會對管道的內外部管壁產生腐蝕。在管道遭受腐蝕之后就會出現穿孔的情況，這種情況的出現不僅會導致天然氣和石油管道出現泄漏，最終導致管道材料被中斷傳輸，周圍的環境也會被污染。我國天然氣管道的鋪設長度比較長，在經過地形這類不利背景的時候就需要進一步加強長輸管道的防腐蝕工作，通過對管道采取必要的防護處理能夠有效延長管道被腐蝕而出現損壞的時間，保證天然氣管道運輸的有效性[3]。

4 天然氣油氣管道防腐蝕的工藝流程和材料選定

4.1 工藝流程

天然氣油氣管道防腐蝕的基本流程如下：在進行天然氣油氣管道腐蝕的時候需要提前進行必要的基面處理，在調配涂料之后直接在上面涂抹油漆，在材料噴漆之后進行管道的養護。

4.2材料的選定

在天然氣油氣管道防腐蝕處理的時候需要根據主體管道防腐蝕層材料的不同來做出相應的選擇。當前，國內范圍內常見的管道防腐蝕材料包含3層PE復合結構和單層粉末環氧。

3層PE熱縮材料具備良好的防腐蝕性能，材料使用過程中也會呈現出較強的機械強度和防水性能，質量穩定，所適合應用的管道類型較多，在使用的時候還不會污染環境。PE材料的吸收率較低，環氧強度較高，在使用的時候會顯示出較強的防腐蝕可靠性。但是在實際應用中，PE材料的缺點是和其他補口材料成本相比需要消耗比較多的費用。與同種類型的材料防腐管體熔結相比，單層粉末環氧防腐蝕采取的是靜電噴涂的方式，由此會顯示出良好的管體熔結好、粘接力強的屬性[4]。

5 天然氣油氣管道防腐蝕方法技術

5.1 涂層防腐蝕

5.1.1 防腐蝕涂層

第一，外部防腐蝕涂層。根據管道材料的外部屬性和特點來采取必要的防腐蝕處理，從而使得管道材料能夠滿足天然氣、油氣資源的運輸需要。第二，內壁防腐蝕涂層。為了能夠防范天然氣油氣管道的內部腐蝕，降低管道內部的摩擦阻力，可以通過在管道內部涂抹防腐層的方式來增強管道內部的厚度。管道內部防腐蝕層常用的涂料包含聚酰胺環氧樹脂、固化環氧樹脂。在選擇材料之后wield能夠確保涂層和管壁的密切粘結，需要采取積極的措施對管道內壁進行處理，常用的方法是內外部聯合防腐處理。第三，防腐蝕保溫涂抹層。在中小口徑的熱輸原油或者燃料管道上，為了能夠減少管道向土壤中的散熱，可以在管道的外部添加保溫復合層和防腐蝕復合層。這些防腐蝕層的材料可以是硬質聚氨酯泡沫塑料，通過使用這種材質松軟的材料能夠打造出復合材料結構，從而有效防范地下水進入到管道內部[5-6]。

5.1.2 復合涂層

在石油天然氣管道防腐蝕處理工作中常用的新建埋地管道防腐蝕涂層包含復合涂層、環氧粉末。在具體實施操作的時候，由于煤焦油瓷漆和石油瀝青的污染較少，因而還能夠被人們應用到老管道修復工作中。

通過簡單的物理疊合、化學粘結方式來將各類具有特點的單一涂層連接在一起，由此打造出綜合性能良好的涂層系統，在這個系統中包含2層聚乙烯、2層聚丙烯、3層聚乙烯、3層聚丙烯。

5.1.3 3層聚乙烯、聚丙烯涂層

石油天然氣管道防腐蝕處理工作中常用的3層系統是復合涂層，具體由環氧粉末底層、粘結劑中間層、聚烯烴外護層共同組成。組合形成的材料會具備更為理想的防腐蝕性能、粘結性能和抗滲漏性能，在材料的綜合使用下會形成性能良好的涂層，之后適合應用在各類敷設環境比較復雜的石油天然氣管道中。在具體使用的過程中，3層涂層的使用缺點是施工工藝操作比較繁瑣，在焊接處理不恰當的情況下會出現空鼓。涂層在失去自身粘結性之后會實現層間分離，高度絕緣的聚乙烯外保護層會自動屏蔽陰極保護電流。

5.1.4 環氧粉末涂層

環氧粉末具體由固態環氧樹脂、固化劑等多個類型的助劑經過混合加工形成。在我國石油天然氣管道中應用最為廣泛的涂層就是環氧粉末涂層，這個涂層一般會作為復合涂層的底層被人們廣泛應用、熔結環氧粉末是一次成膜涂層，對鋼鐵材料會表現出較強的粘結、抗剝離屬性。熔結環氧粉末在使用的時候會一次加工完成，對很多土壤都會顯示出較強的適用性，特別是在高溫的環境下會顯示出更為理想的吸水率。

5.1.5 液體聚氯脂涂層

液體聚氯脂涂料被人們廣泛地應用到管道的涂層修復中，經過一系列的修復處理會使得管道達到理想的厚度，即將石油天然氣管道的厚度控制在1～1.5mm，在具體加工操作的時候可以被應用在溫度在80℃的管道中。無溶劑聚氯脂涂料能夠在短短的幾分鐘就能夠轉變為可以被觸摸的干度，在幾個小時之后就能夠完全固化。液體聚氯脂涂層還具備良好的抗磨損和抗土壤能力，在和其他材料配合使用的時候顯示出良好的粘結屬性，且在實際應用中對陰極保護電流的要求較低。

5.2 犧牲陽極法

犧牲陽極法主要是指使用比被保護金屬電機電位更負的金屬及被保護的金屬連接在一起，這兩個金屬會在電解液中形成一個原電池。電位處于負狀態的金屬會成為陽極，在輸出電流的過程中不斷被消耗。被保護的管道金屬會成為陰極，在變成陰極之后就不會再被腐蝕，因此可以被稱作是金屬的犧牲陽極。地下管道一般會使用犧牲陽極來作為保護，在這個期間影響保護因素的是陽極發生電流數量、陽極的數量及保護長度。

5.3 緩蝕劑保護

緩蝕劑防護主要是指在腐蝕環境中通過使用少量且能夠減緩金屬腐蝕速度的物質來實現對油氣管道的保護。緩蝕劑具有使用操作方便、投資少、效果良好的屬性，因而被人們廣泛地應用到天然氣油氣管道施工中。在具體實施操作上，緩蝕劑是通過緩蝕劑分子上極性基團的物理、化學吸附作用來吸收燃氣管道內部的污染物，清潔金屬管道的表面。

5.4 陰極保護

陰極保護早在20世紀30年代就被人們應用到石油天然氣管道中，在20世紀50年代這項防腐蝕技術發展成熟。發展至今，陰極保護技術在石油天然氣管道中的應用已經擁有50多年的發展歷史。對埋地管道的陰極保護是一種管道保護的附加保護方式，在實施操作的時候會為管體金屬提供防腐蝕保護支持。為了能夠達到理想化的保護效果，有很多石油天然氣管道還會額外使用外加電流陰極保護方式，個別石油天然氣管道使用了犧牲陽極的保護方式。

6 天然氣油氣管道的防腐管理

6.1 按照科學的要求篩選鋼管材料和加工工藝

在進行天然氣油氣管道生產加工的時候需要相關人員就管道所在的環境進行調查研究，根據管道的使用環境來選擇適合的天然氣油氣管道加工材料。在管道材料的選擇上一方面需要著重從鋼材材料篩選角度入手積極選擇一些耐腐蝕性良好的鋼制材料。

6.2 結合管道使用環境選擇適合的防腐蝕工藝

天然氣石油管道是在地下運行的，因此想要保證油氣管道具備良好的防腐蝕效果，需要立足社會環以及管道運行環境來選擇適合的防腐蝕工藝。一方面，根據油氣管道出現腐蝕的原因來對管道內外壁實施防腐涂層保護。在防腐涂層的支持下來實現對鋼管內外壁的保護，提升鋼管的耐腐蝕性能，延長管道的使用壽命。另一方面，需要根據管道的屬性來選擇適合的涂層工藝，常見的土層工藝包含煤焦油瓷漆、PE 2層結構、PE 3層結構、熔結環氧粉末等。

6.3 強化對油氣管道應力的控制

為了能夠減少應力腐蝕對整個天然氣油氣管道的運行干擾，在設計管道的過程中還需要充分考慮天然氣輸送過程中不同應力對油氣管道的干擾，將油氣管道的應力控制在適合的范圍內，有效提升管道對應力的承受能力。

參考文獻

[1]詹鵬.石油天然氣管道的防腐維護[J].當代化工研究，2020（23）：21-22.

[2]艾青鋒，歐陽珺.長輸天然氣管道腐蝕的形成與防腐保護措施探析[J].商品與質量，2020（2）：116.

[3]單慶偉.長輸天然氣管道防腐層及陰極保護技術分析[J].全面腐蝕控制，2021，35（8）：128-129.

[4]亓國良，李亮.長輸天然氣管道腐蝕的形成與防腐保護措施探析[J].石化技術，2020，27（1）：313，327.

[5]趙梓藝.油田站間天然氣管道腐蝕與防護技術研究[D].大慶：東北石油大學，2018.

[6]林煥明，李清亮，吳振宙，等.天然氣集輸管道的腐蝕機理及防腐蝕技術研究[J].當代化工，2021，50（12）：2849-2852.