長輸天然氣管線防腐措施分析

葉昊(國家管網(wǎng)集團(tuán)山東天然氣管道有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 天然氣長輸管道防腐的重要性

對(duì)于天然氣長輸管線來說，其核心價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)長距離天然氣的運(yùn)輸，一般會(huì)埋設(shè)大量的管線，容易受到各種因素影響，出現(xiàn)不同程度的腐蝕現(xiàn)象，如：土壤腐蝕、化學(xué)腐蝕等，大部分腐蝕介質(zhì)產(chǎn)生在天然氣長輸管線中，造成管道不同程度的腐蝕[1]。

天然氣長輸管線腐蝕主要原因有是由土壤腐蝕、局部腐蝕以及細(xì)菌腐蝕等，這些腐蝕會(huì)造成金屬管道強(qiáng)度不斷下降，嚴(yán)重的甚至?xí)o金屬管道結(jié)構(gòu)帶來一定影響，不僅直接影響管道的使用期限，而且還有可能出現(xiàn)天然氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)。泄漏到空氣中天然氣如果和明火接觸，可能會(huì)發(fā)生爆炸和火災(zāi)，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。基于此，因此相關(guān)部門應(yīng)給予天然氣長輸管線防腐工作高度重視，結(jié)合實(shí)際情況做好天然氣長輸管線防腐工作，采取一系列保護(hù)與管理措施，防止泄漏發(fā)生，保證天然氣長輸管線運(yùn)行安全。

2 天然氣長輸管道腐蝕的類型及機(jī)理

2.1 管道腐蝕的類型

一般來說，管道腐蝕類型有兩種：一是內(nèi)壁腐蝕。天然氣管道內(nèi)壁腐蝕的原因在于天然氣管道內(nèi)部含有一定的水分，其在管道內(nèi)部形成一個(gè)親水膜，類似于原電池腐蝕，發(fā)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。或者在天然氣管道中存在硫化氫、二氧化碳等物質(zhì)，其和金屬產(chǎn)生一定的反應(yīng)，從而發(fā)生化學(xué)腐蝕。二是外壁腐蝕。通常情況下，外壁腐蝕一般產(chǎn)生在架空或者埋地管道中，架空管一般會(huì)涂抹一次防腐劑，而埋地管道的化學(xué)腐蝕為全方位腐蝕，受到化學(xué)腐蝕影響，管壁厚度不均勻，從而出現(xiàn)天然氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)致埋地鋼管外壁腐蝕的原因比較多，主要以電化學(xué)腐蝕為主[2]。

2.2 腐蝕機(jī)理

腐蝕指的是金屬和周圍介質(zhì)充分結(jié)合以后形成的一種化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其表面出現(xiàn)不同程度的損壞。對(duì)于金屬腐蝕來說，因?yàn)殡姌O位置不同，金屬在產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)過程中，電極電位比較少的位置可能會(huì)失去電子，形成陽極；電極電位高的位置則可以獲得電子，形成負(fù)極。

3 導(dǎo)致長輸天然氣管線腐蝕的原因

3.1 環(huán)境因素

因?yàn)楣艿酪话銜?huì)采用埋設(shè)法，所以會(huì)受到自然地理環(huán)境因素的影響，使得天然氣管道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。在這種環(huán)境下，腐蝕類型包含了土壤腐蝕、局部腐蝕以及細(xì)菌腐蝕等。其中，土壤腐蝕的原因在于土壤結(jié)構(gòu)，一般由空氣、水分、其他固定物質(zhì)等組成，表面含有大量孔隙，水分中的鹽自身具備離子傳導(dǎo)功能，因此土壤中化學(xué)和物理成分相互結(jié)合形成一定的電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生土壤腐蝕現(xiàn)象。

3.2 管道外防腐層因素

一般情況下，管道外部腐蝕保護(hù)層的保護(hù)功能在避免管道腐蝕中發(fā)揮著重要作用。所以，需要采用高質(zhì)量材料進(jìn)行管道外部防腐層的設(shè)計(jì)。現(xiàn)階段，我國輸氣管道一般采用的是雙重保護(hù)對(duì)策，也就是防腐土層、陰極保護(hù)等。其中，防腐涂層在其中發(fā)揮著重要作用，需要保證防腐層和天然氣管道充分接觸，防止出現(xiàn)陰極與陽極分離的狀況。如果保護(hù)區(qū)發(fā)生局部脫落的狀況，需要適當(dāng)調(diào)整保護(hù)參數(shù)的陰極電流，直到滿足防腐要求。

3.3 材質(zhì)因素

天然氣管道外部腐蝕層絕壁保護(hù)天然氣管道腐蝕的外在因素，管道材料則是管道腐蝕的內(nèi)在因素。當(dāng)前，我國長輸氣管道一般采用的螺旋焊接鋼管，利用這種材料制作的鋼管中含有大量的非金屬成分，如S 和P 元素，會(huì)到來一定的腐蝕性風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 管道運(yùn)輸介質(zhì)

在天然氣管道長距離運(yùn)行過程中，天然氣管道傳輸壓力將會(huì)給管道帶來一定影響，特別是在天然氣管道壓力增加以及管壁位置發(fā)生變化的情況下，促進(jìn)了防腐裂紋增長速度的不斷提升。此外，天然氣水分和溫度也會(huì)造成管道內(nèi)壁的腐蝕。例如，在水分含量比較大的情況下，水分附著在管道內(nèi)壁中，在管道內(nèi)壁中產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。天然氣管道如果出現(xiàn)腐蝕問題，將會(huì)造成天然氣管道的泄漏，從而引發(fā)一系列安全問題。所以，天然氣供應(yīng)部門需要結(jié)合管道的腐蝕程度判斷腐蝕產(chǎn)生原因，有針對(duì)性地做好天然氣管道保護(hù)工作，促進(jìn)長輸天然氣管道安全運(yùn)用水平的提升。

4 長輸天然氣管線的腐蝕防護(hù)措施

4.1 內(nèi)壁腐蝕防護(hù)措施

天然氣管道內(nèi)壁保護(hù)可以從兩方面進(jìn)行：一是對(duì)于天然氣管道內(nèi)壁質(zhì)量，內(nèi)壁需要安裝防腐設(shè)施，實(shí)現(xiàn)管道和天然氣的充分分類，避免天然氣中的有害物質(zhì)進(jìn)入到管道內(nèi)壁。當(dāng)前我國生產(chǎn)耐腐蝕涂料種類很多，性能和價(jià)格上有所不同。在選擇防腐涂料過程中，需要考慮以下幾個(gè)因素：防腐材料的絕緣性、耐水性、附著性以及實(shí)用性。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)管道使用的具體的要求，通過性能和特定要求的基礎(chǔ)測(cè)試，選擇性能好的耐腐蝕涂料。例如，熔融的環(huán)氧粉末展現(xiàn)出較強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性，機(jī)械強(qiáng)度比較大，絕緣性能高，但是頂層相對(duì)較薄，需要具備一定的抗沖擊能力。與之對(duì)應(yīng)的，兩層熔融環(huán)氧粉末不但能展現(xiàn)出較強(qiáng)的機(jī)械性能，同時(shí)也可以應(yīng)用在管道連接位置的光滑涂層表面。二是在天然氣運(yùn)輸之前將其中的污染物完全清除。在天然氣進(jìn)入到管道之前，通過采取脫硫、脫水處理方式將天然氣中的腐蝕元素進(jìn)行處理，將其含量控制在合理范疇內(nèi)，降低其對(duì)天然氣管道的腐蝕與影響。

4.2 外壁腐蝕防護(hù)措施

首先，做好天然氣管道規(guī)劃工作。眾所周知，輸氣管道的距離相對(duì)比較長，覆蓋范疇廣，不同地區(qū)在土壤組成方面存在一定的不同。所以，在對(duì)長輸天然氣管道規(guī)劃過程中，需要對(duì)管道覆蓋范疇內(nèi)土壤情況進(jìn)行調(diào)查與分析，成立專業(yè)的工作團(tuán)隊(duì)，對(duì)各個(gè)地區(qū)土壤情況進(jìn)行探究，采取一系列方式避免天然氣管道出現(xiàn)腐蝕問題。其次，結(jié)合工程具體要求，選擇適宜的防腐材料。通過調(diào)查分析，天然氣管道施工材料一般會(huì)給管道防腐性帶來一定影響在實(shí)際工作中，需要采取一系列對(duì)策實(shí)現(xiàn)對(duì)施工質(zhì)量的保護(hù)。一方面，對(duì)運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)的管道質(zhì)量進(jìn)行檢查，認(rèn)真檢查管道內(nèi)外壁情況，是否存在裂縫；另一方面，嚴(yán)格按照施工要求操作，由專業(yè)人員對(duì)管道吊裝過程進(jìn)行檢查，防止出現(xiàn)管道破壞。在吊裝管道過程中，需要根據(jù)施工要求完成焊接，尤其是防止對(duì)接頭和彎頭位置。例如，采用輻射交聯(lián)的三層熱縮套管來對(duì)周圍焊縫進(jìn)行處理，及時(shí)修復(fù)。對(duì)于彎頭部分實(shí)施防腐工作時(shí)，在外部防腐涂層操作上更加困難，可以通過采用兩層熔融環(huán)氧粉末操作方式，并對(duì)噴涂表層抗機(jī)械損傷情況進(jìn)行評(píng)估，噴涂防護(hù)膜。最后，選擇最佳的陰極保護(hù)方案。要想避免天然氣管道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，需要采用合理的陰極保護(hù)對(duì)策，尤其是結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇適宜的陰極保護(hù)計(jì)劃，其中包含強(qiáng)制電流方式、陰極保護(hù)方式等。采用強(qiáng)制電流方式的優(yōu)勢(shì)在于，功率能夠結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣管道的保護(hù)，不會(huì)受到特定環(huán)境電阻影響，保護(hù)裝置使用時(shí)間比較長，但是其在應(yīng)用上也會(huì)存在一些問題，如維護(hù)工作量比較大，結(jié)構(gòu)容易受到破壞。如果采用的陰極保護(hù)方式，無需設(shè)有外部電源，不會(huì)給相鄰結(jié)構(gòu)帶來影響，調(diào)試以后無需進(jìn)行特殊管理。但其不足之處在于，對(duì)管道覆蓋面質(zhì)量有著嚴(yán)格要求，如果施工不當(dāng)，容易產(chǎn)生質(zhì)量問題。所以，在實(shí)際工作中，需要對(duì)保護(hù)范疇、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)查分析，選擇適宜的保護(hù)措施。

4.3 天然氣長輸管道施工過程中的防腐措施

在實(shí)際施工中，施工現(xiàn)場(chǎng)管線運(yùn)輸、裝卸、管理、分布等環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行操作，防止出現(xiàn)隨意施工的狀況，吊具盡量采用的是尼龍吊帶或者橡膠輥輪吊籃，不可采用鋼絲繩。管道下溝施工中，應(yīng)該防止和溝壁碰撞，必要的情況下在溝壁鋪設(shè)一層防護(hù)板，防止造成防腐層的損傷。如果是石方段管溝，需要在管溝底部位置填制0.2 m 厚的細(xì)土，避免管線下溝以后造成管線防腐涂層的破壞。如果已經(jīng)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，需要按照修補(bǔ)要求及時(shí)處理，消除管線涂層破壞造成的影響。對(duì)于天然氣長輸管線全線，需要采用臨時(shí)陰極保護(hù)措施。臨時(shí)陰極保護(hù)一般采用的是帶狀鋅陽極，其陽極界面尺寸設(shè)定為8.73 mm×10.32 mm，陽極帶通過測(cè)試樁和管道直接連接，防止在施工建設(shè)中給管道造成影響。

4.4 土壤腐蝕的防護(hù)措施

當(dāng)前，我國在管道保護(hù)方面采用的方式有兩種：一是電化學(xué)保護(hù)。一般情況下，電保護(hù)法可以劃分為兩種，即陰極保護(hù)法和陽極保護(hù)。對(duì)于陰極保護(hù)來說，也就是在金屬表面通過陰極電流，讓金屬表面出現(xiàn)陰極化，降低或者消除管道土壤腐蝕發(fā)生，讓腐蝕電流為零。對(duì)于陽極保護(hù)方式，讓被保護(hù)金屬保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的鈍性狀態(tài)，通過外加電源方式實(shí)現(xiàn)管道防護(hù)效果，這種方式適合應(yīng)用在天然氣管道中，外加電流陰極保護(hù)則是通過給外加直流電源，讓電流從土壤中導(dǎo)入到被保護(hù)金屬中，讓被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)點(diǎn)位遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于四周環(huán)境。這種方式適合應(yīng)用在長距離的天然氣管道中。二是雜散電流排流保護(hù)。管道沿線和高壓輸電線路比較接近的情況下，高壓輸電線、電氣化鐵路將會(huì)給管線帶來一定影響，加劇管道腐蝕。在這種情況下，需要將管線設(shè)定在安全區(qū)域內(nèi)管線的排流保護(hù)可以結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來確定，不變的情況下可以采取直流排流方式，交變的情況下則可以利用極性排流方式。在管道埋設(shè)完成以后，結(jié)合雜散電流測(cè)量結(jié)果選擇對(duì)應(yīng)的排流方式，在雜散電流流出過程中設(shè)有組鋅陽極，利用玻璃鋼測(cè)試樁與管道充分連接，從而實(shí)現(xiàn)排流，減少干擾。

4.5 涂層保護(hù)措施

第一，煤焦油瓷漆方式。要想實(shí)現(xiàn)天然氣管道的保護(hù)，可以把煤焦油瓷漆涂抹在管道外壁，煤焦油瓷漆展現(xiàn)出一定的絕緣性，防腐能力比較強(qiáng)，并且使用時(shí)間長，所以對(duì)于管道保護(hù)應(yīng)用廣泛，但是在使用這種方式時(shí)，也存在一定劣勢(shì)，如對(duì)溫度有著嚴(yán)格要求，如果溫度和使用要求不統(tǒng)一，則會(huì)影響防腐效果。并且，這種防腐方式在機(jī)械強(qiáng)度上比較低，但是為了獲得理想的防腐效果，需要結(jié)合實(shí)際情況合理選擇。第二， PE 兩層結(jié)構(gòu)。PE 層展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)比較多，其中包含了絕緣性、防腐性等，無需承擔(dān)一定的成本，所以在天然氣管道防腐中應(yīng)用廣泛。但是這種防范對(duì)策在使用中也會(huì)存在一些問題，也就是不能長時(shí)間受到紫外線的照射，如果這種材料與陽光直接接觸，容易造成材料的老化，影響管道質(zhì)量。因此，在選擇管道防腐對(duì)策過程中，需要對(duì)其優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行綜合思考。第三，PE 三層結(jié)構(gòu)，在使用PE 三層防腐方式過程中，需要利用環(huán)氧粉末和鋼管表現(xiàn)充分結(jié)合，達(dá)到一定的固定效果。因?yàn)榄h(huán)氧粉末具備一定的防腐能力，因此需要根據(jù)粉末和管道表面情況進(jìn)行選擇，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管道表面的保護(hù)。

4.6 其他控制措施

長輸天然氣管線除了會(huì)給天然氣運(yùn)行安全帶來一定影響之外，同時(shí)也會(huì)影響人員的生命與財(cái)產(chǎn)安全。所以，在維護(hù)管理過程中，需要做好天然氣管道的防腐工作，除了和腐蝕檢測(cè)相關(guān)的項(xiàng)目，還要定期對(duì)管道檢查和維護(hù)，及時(shí)確定管道腐蝕問題，結(jié)合實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行處理，保證管道質(zhì)量安全。一方面，完善天然氣管道防腐工作體系，結(jié)合管道腐蝕保護(hù)管理要求，定期對(duì)天然氣管道進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查腐蝕發(fā)生率高的地區(qū)，一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)問題及時(shí)處理；另一方面，定期對(duì)天然氣管道進(jìn)行檢查與維護(hù)，通過把天然氣管道長期腐蝕保護(hù)工作融入到管理范疇內(nèi)，增加日常管道檢修頻率和數(shù)量，防止不必要問題的出現(xiàn)。通過這種方式，不但能夠避免腐蝕問題的發(fā)生，也能節(jié)約成本，提高工程整體效益。此外，加大資金投放，促進(jìn)技術(shù)改革創(chuàng)新。

5 結(jié)語

總而言之，長輸天然氣管道項(xiàng)目建設(shè)的重點(diǎn)在于天然氣安全運(yùn)輸，其會(huì)直接影響人們生命與財(cái)產(chǎn)安全，需要加大安全防護(hù)與管理。通過對(duì)天然氣管道腐蝕情況的監(jiān)測(cè)與分析，加強(qiáng)日常維護(hù)與管理，從根源上降低天然氣管道腐蝕幾率，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，保證天然氣管道防腐工作的有序進(jìn)行。