天然气长输管道防腐防护措施分析

董加秋

摘要：天然气输送管道尤其是长输管道的防腐保护效果，直接关系到天然气输送的安全性和可靠性以及输送管道的使用寿命。因此，加强对天然气长输管道的防腐保护至关重要。介绍了天然气输送管道腐蚀的主要影响因素与腐蚀机理，并且对输气管道提出了必要的防腐措施要求，提出了为确保防腐保护达到应有的效果，在设计、施工、运行中应注意的问题。长输管道的防腐保护要从所涉及的主客观因素出发进行综合考虑。

关键词：输气管道；阴极保护；腐蚀机理；防腐措施

一、引言

为保证长输天然气管道的运行安全，常用的敷设方式为埋地敷设。天然气长输管道的核心材料是金属材料，在与地下水和土壤的长期接触过程中，金属材料很容易产生复杂的化学腐蚀，降低管线的强度，甚至破坏管道结构，严重缩短了管线的使用寿命，给管线的安全运行带来了极大的风险。因此，对埋地长输管线采用合理的防腐蚀控制措施，能够确保对金属管道进行有效保护，延长使用寿命。

二、腐蚀的类型

1、内壁腐蚀。天然气管道内壁腐蚀的主要因素为天然气中含有的一定量水，它在管道内壁生成一层亲水膜，形成了类似原电池腐蚀的条件，产生电化学腐蚀;还有就是天然气中含有硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蚀性化合物，它们直接和金属起作用，引起化学腐蚀。

2、外壁腐蚀。外壁腐蚀可以在架空或埋地钢管上发生，架空管通常以涂层实现防腐，而埋地钢管的化学腐蚀是全面腐蚀，在化学腐蚀的作用下，管壁厚度的减薄是均匀的。

三、致使埋地管道被腐蚀的因素分析

1、由于管道采用的是钢制材料且其制造工艺也会产生相应的影响

采用钢材作为管道的材质，这就为管道腐蚀的发生提供了可能。钢材的组分是各类金属，金属在湿度和温度一定的环境中很容易发生腐蚀的情况。而对于钢管的制作工艺来说采用的是微晶结构，微晶结构本身的特质对钢管在制作过程中的要求很高，如果存在某些表面的缺陷，那么存在缺陷的部分就会发生腐蚀开裂的情况。所以说钢管的制作材料以及制造工艺都会使钢管受到不同程度的腐蚀破坏。

2、管道被埋于地下其所处环境使发生腐蚀成为可能

对于埋地管道而言，其所处的环境使其不可避免地会受到腐蚀，而对管道产生腐蚀的除了土壤这一因素以外，还存在有细菌和杂散电流等因素。土壤是胶质体，包含有固相、液相和气相三种形式，它的空隙被水和空气填充满。土壤腐蚀的产生是由于土壤在水的作用下产生了离子导电性——金属材质的电化学特质具有不均匀性，土壤的物理化学性质也具有不均匀性，于是构成了土壤腐蚀的条件。细菌通过参与电极反应，使铁和可溶硫酸盐转化氢发生反应，这类反应一般都在缺氧的土壤中发生，所以细菌腐蚀就主要发生在缺氧的土壤中。对金属管道具有腐蚀破坏的作用的另一类物质就是杂散电流，其腐蚀作用主要包括有交流杂散电流和直流杂散电流两种电流腐蚀作用。其中直流杂散电流腐蚀跟电解腐蚀具有相同的腐蚀原理；那么交流杂散电流又是怎么产生腐蚀作用的呢?对于交流杂散电流而言，二次感应交流电的相互叠加产生电化学电池，该电池附着在管道上，这类电池对管道的腐蚀性虽然不大，但是集中腐蚀的性能相对比较强，也是需要防患的一种腐蚀方式。

3、管道的腐蚀防护效果做得不够好

埋地管道一般采用阴极保护和防腐蚀覆盖层的双重防护措施，以此来对埋地管道可能遭受的腐蚀破坏进行防护。在使用防腐蚀覆盖层的方法时，最主要的是对现场环境腐蚀的抵御，一旦受现场环境的影响而使覆盖层与钢管发生剥离，如果不及时调整相关参数，则会形成腐蚀死区并且使死区范围扩大，要想防止管道腐蚀，必须要做好防护效果，这样才能更好地达到防护的要求。

4、管道的应力水平不同对于外界影响的抵抗能力自然不同

在管道的操作运行过程中，输送压力和压力波动会对管道产生影响，应力腐蚀也就由此产生。应力腐蚀产生的机理是过高压力对管壁造成过大使用应力，进而促使管壁裂纹的产生，而裂纹又会在应力的影响下不断扩展，这样的循环使得管壁从开裂继而出现被腐蚀的现象。不同应力水平的管道对于应力的抵抗力自然不同，抵抗力强的，在一般情况下出现裂纹的情况比较少，可在一定程度上抵抗应力腐蚀的作用。

四、天然气长输管道防腐蚀方法

天然气长输管道防腐主要方法分为涂层防护、电化学防护和排流防护三种。

1、涂层防护

涂层防护是指在金属管道外表面通过覆盖防腐绝缘层，隔离管道金属材料与腐蚀环境，达到防止金属腐蚀的防护技术。该技术的核心是涂层的漏点控制和涂层的抗剥离强度，防腐涂层只有与钢管表面保持良好的粘结，才能发挥性能其。三层PE防腐层是近些年在天然气长输管线中广泛应用的涂层防腐技术，是一种对原材料质量、涂敷预制工艺参数准确性控制，以及检测水平要求都高的防腐层体系，涂层防腐质量好，造价相对较高。

2、电化学防护

电化学防护分为牺牲阳极保护和阴极保护。牺牲阳极保护方法，是通过选择金属活性高的金属材料与被保护管道形成极化反应，在极化反应中损失活性高的金属材料，从而使相对活性低的金属管道得以保护。阴极保护是通过外加阴极电流作用在被保护管线上，使金属管道外表面成为电化学腐蚀中的阴极，形成阴极极化，从而使金属管道得以保护。

3、排流防护

排流防护是采用绝缘钨电缆，将被保护的金属管道与排流设备相连,把管道环境中的杂散电流引回电气设备或引至地极,从而使金属管道得以保护。排流保护的方法主要有直流排流、强制排流和接地排流。

目前的天然气长输管道的防腐设计，在选用三层PE防腐层的条件下，一般采用外加电流保护，根据线路的长度，分段设置若干阴极保护站，特殊地质条件下，采用牺牲阳极进行辅助保护。

五、天然气长输管道施工过程中的防腐蚀控制

施工过程中，施工现场的管线运输、卸管、及布管、组对和焊接过程中，应严格按照施工技术规程，禁止野蛮施工，吊具宜使用尼龙吊带或橡胶辊轮吊篮，严禁直接使用钢丝绳，管道下沟时，应注意避免与沟壁刮碰，必要时应在沟壁垫上木板或草袋，以防擦伤防腐层。对于石方段管沟，应在管沟底部回填200mm厚细土，防止管线下沟过后对管线防腐涂层造成损坏。对已经出现的涂层破损，应按照防腐涂层补伤操作规程进行补伤，消除管线涂层的破损造成的防腐安全隐患。

天然气长输管线全线应采取临时阴极保护措施。临时阴极保护采用带状锌阳极，阳极界面尺寸8.73mm×10.32mm,每1km敷设15m，阳极带通过测试桩与管道连接，防止施工过程中环境对管道的腐蚀。大开挖穿越的河流或定向钻穿越的河流，穿越段两端的电流测试桩位置处需要各埋设一组锌合金牺牲阳极，阳极组由4支净重为24.5kg/只的预包装锌阳极组成。在盾构穿越河流的隧道内，设置高纯锌参比电极（每200m置1只），参比电极引线引入河岸的测试桩内，对管线进行防腐蚀保护。

总之，埋地钢质管道是天然气长输管道最主要的传输载体,但金属管道的腐蚀给国家和企业造成了严重的经济损失。金属管道外防腐技术和防腐层施工的质量控制，关系到管道的使用寿命和安全运行。结合长输管道穿越地区土壤性和地下水特点,采取不同的外防腐保护设计、施工过程中保护措施及规范的施工规程，确保天然气长输管道创造更大的经济效益。

参考文献

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[2]黄河. 天然气管道防腐技术研究与探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量,2013,33(15):82.